玻璃制品分揀裝置機(jī)械部分的核心是目前用于各行各業(yè)的物料搬運(yùn)機(jī)械手，它是一種能自動(dòng)抓取、搬運(yùn)和放置物料的自動(dòng)化設(shè)備，常用于工業(yè)制造、倉儲(chǔ)物流、食品加工等領(lǐng)域。在電子產(chǎn)品制造行業(yè)，物料搬運(yùn)機(jī)械手能將極其微小的電子元件，像芯片、電路板中應(yīng)用的零部件，從一個(gè)工位精確地搬運(yùn)到另一個(gè)工位，不僅能保證整個(gè)工作過程在無塵、防靜電的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高精度裝配，還能按照生產(chǎn)線的節(jié)拍，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。在食品行業(yè)，搬運(yùn)機(jī)械手可以用于抓取、放置食品原料或成品。例如，在面包生產(chǎn)線上，它可以將加工好的面包從傳送裝置上搬運(yùn)到包裝設(shè)備中。它的接觸部分采用食品級(jí)材料制作而成，保證了食品的衛(wèi)生和安全。在玻璃行業(yè)，生產(chǎn)線上的玻璃制品溫度較高，人工分揀有安全隱患且效率低，采用本文提出的玻璃制品分揀裝置可以很好地解決這些問題。1、分揀裝置結(jié)構(gòu)1.1手部結(jié)構(gòu)（末端執(zhí)行器）這是直接與物料接觸的部分，根據(jù)物料的形狀、尺寸和性質(zhì)等因素設(shè)計(jì)。例如，對(duì)于塊狀物料，可能會(huì)采用夾鉗式手部，通過兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的夾爪來夾緊物料；對(duì)于一些有孔的小型零件，可以使用吸附式手部，利用真空吸附或者電磁吸附的原理來抓取物料。像在電子元件的搬運(yùn)中，吸附式手部能夠精確地吸取微小的芯片[1]。1.2

腕部腕部連接手部和手臂，它可以實(shí)現(xiàn)手部的俯仰、擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作，這些動(dòng)作使得機(jī)械手能夠靈活地調(diào)整物料的姿態(tài)。比如，在將一個(gè)長方體物料放入一個(gè)卡槽中時(shí)，若有特定方向要求，腕部的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作可以確保物料以正確的角度進(jìn)入卡槽。1.3手臂手臂是支撐腕部及手部實(shí)現(xiàn)物料在空間位置移動(dòng)的關(guān)鍵部位，它可以有升降、橫移、伸縮等多種運(yùn)動(dòng)形式，一般由多個(gè)關(guān)節(jié)及連桿組成。像直角坐標(biāo)型的物料搬運(yùn)機(jī)械手，其手臂的運(yùn)動(dòng)是沿著相互垂直的三個(gè)坐標(biāo)軸方向進(jìn)行的，能夠精確地控制物料在空間的位置。1.4機(jī)身（基座）機(jī)身是整個(gè)機(jī)械手的支撐部分，它通常固定在工作臺(tái)或地面上。機(jī)身的穩(wěn)定性對(duì)機(jī)械手的精確操作至關(guān)重要。例如，在一些大型沖壓車間的物料搬運(yùn)中，機(jī)身需要足夠堅(jiān)固，以確保能承受物料的重量和搬運(yùn)過程中產(chǎn)生的沖擊力。本文將介紹玻璃制品分揀裝置中的機(jī)械手PLC控制，系統(tǒng)主要機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。2、工藝過程及控制要求電子式檢測(cè)開關(guān)傳感器檢測(cè)到工作臺(tái)上的工件時(shí)，機(jī)械手從原位開始工作，經(jīng)過一系列動(dòng)作將工件傳送到預(yù)設(shè)的工位，一個(gè)工作周期結(jié)束。機(jī)械手控制的程序流程圖如圖2所示[2]。機(jī)械手的工作是由控制系統(tǒng)指揮的。操作人員可以通過編程方式預(yù)先設(shè)定其動(dòng)作順序、路徑、速度等參數(shù)。在本系統(tǒng)中，通過編程讓機(jī)械手按照一定節(jié)拍從傳送帶上抓取產(chǎn)品，然后搬運(yùn)到指定的包裝位置。為了實(shí)現(xiàn)精確的物料搬運(yùn)，機(jī)械手通常會(huì)配備多種傳感器。例如，視覺傳感器可以識(shí)別物料的位置、形狀、顏色等信息。在分揀不同顏色的塑料零件時(shí)，視覺傳感器能夠區(qū)分零件的顏色，然后將信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)這些信息調(diào)整機(jī)械手的動(dòng)作，準(zhǔn)確地抓取目標(biāo)顏色的零件。另外，還有位置傳感器，它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械手各關(guān)節(jié)的位置，確保機(jī)械手按照預(yù)設(shè)的路徑運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力系統(tǒng)是為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力的系統(tǒng)，常見的動(dòng)力源有液壓、氣壓、電力等。液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手力量比較大，能夠搬運(yùn)比較重的物料，例如在重型機(jī)械制造車間搬運(yùn)大型鑄件的機(jī)械手。氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手速度快，結(jié)構(gòu)較簡單，經(jīng)常用于對(duì)精度要求不是特別高的快速搬運(yùn)場(chǎng)合，如兒童玩具行業(yè)的小包裝產(chǎn)品搬運(yùn)。電力驅(qū)動(dòng)具有控制方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在電子、半導(dǎo)體等精密制造行業(yè)有較為廣泛的應(yīng)用。3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1PLC簡介PLC是可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）的簡稱，可取代繼電器的邏輯控制用于工業(yè)自動(dòng)化控制。它可以通過編程來實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工業(yè)設(shè)備和生產(chǎn)過程的邏輯控制、順序控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制等多種控制，從早期的簡單邏輯控制功能的產(chǎn)品，不斷發(fā)展為如今高度集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的復(fù)雜控制系統(tǒng)。PLC技術(shù)發(fā)展迅速，其因許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，主要表現(xiàn)在如下方面：性能價(jià)格比高；可靠性好，抗外界干擾能力強(qiáng)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少；維修工作量小，維修方便；體積小，能耗低。PLC控制單元掛板如圖3所示。CPU模塊是PLC的核心部件，類似于計(jì)算機(jī)的CPU。它負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶程序，處理輸入、輸出信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和通信等。不同型號(hào)的CPU模塊具有不同的性能特點(diǎn)，例如S7-1200系列的CPU模塊有不同的內(nèi)存大小和處理速度可供選擇。CPU模塊的性能決定了PLC系統(tǒng)整體的控制能力和運(yùn)行速度。本系統(tǒng)選用西門子S7-1200PLC。S7-1200CPU有一個(gè)DC24V內(nèi)部電源，用于為CPU、信號(hào)模塊、信號(hào)板、通信模塊及其他DC24V器件供電。輸入模塊用于接收外部設(shè)備的信號(hào)，如傳感器信號(hào)。這些信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)（如限位開關(guān)的通斷信號(hào)），也可以是模擬信號(hào)（如壓力傳感器輸出的連續(xù)變化的電壓信號(hào)）。輸入模塊將這些外部信號(hào)轉(zhuǎn)換為CPU能夠識(shí)別和處理的數(shù)字信號(hào)格式。例如，在一個(gè)自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)中，光電傳感器檢測(cè)貨物是否到位，其信號(hào)通過輸入模塊傳送給CPU。輸出模塊接收CPU處理后的輸出信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動(dòng)外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)。輸出信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電磁閥等設(shè)備。比如在一個(gè)自動(dòng)化灌溉系統(tǒng)中，CPU根據(jù)濕度傳感器的信號(hào)判斷是否需要灌溉，然后通過輸出模塊控制電磁閥的開啟和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉設(shè)備的控制。通信模塊使PLC能夠與其他設(shè)備進(jìn)行通信，如與上位計(jì)算機(jī)、其他PLC或智能儀表等通信[3]。S7-1200系列PLC在CPU模塊上集成了一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET接口。在工業(yè)4.0環(huán)境下，通信模塊的作用越來越重要，它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)共享。例如，通過工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊，工廠管理人員可以在辦公室遠(yuǎn)程監(jiān)控生產(chǎn)線上PLC的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)[4]。3.2硬件配置根據(jù)控制流程選擇控制方式，選三個(gè)啟動(dòng)按鈕分別實(shí)現(xiàn)自動(dòng)方式、單動(dòng)方式和手動(dòng)方式的啟動(dòng)動(dòng)作；設(shè)置一個(gè)停止按鈕，以處理在任何情況下的停止運(yùn)行；機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的限位開關(guān)、上升、下降、夾緊等，一共14個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)、5個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)[5]。選擇S7-1200系列的PLC，CPU1214CDC/DC/DC，可以滿足要求，還有一定的余量[6]。硬件配置表如表1所示。3.3

I/O地址分配將機(jī)械手的輸入、輸出信號(hào)按功能類型分配，分別與PLC的I/O端相對(duì)應(yīng)。外部I/O信號(hào)與PLCI/O端地址編號(hào)的部分對(duì)照表如表2所示。3.4上位機(jī)程序設(shè)計(jì)上位機(jī)程序主要用于監(jiān)控機(jī)械手的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)軌跡、操作任務(wù)等。通過上位機(jī)與機(jī)械手控制系統(tǒng)之間的通信，可以直觀地了解機(jī)械手的工作情況，發(fā)送指令讓機(jī)械手完成相應(yīng)的動(dòng)作。上位機(jī)人機(jī)界面和控制調(diào)度程序采用C#.net開發(fā)。C#是一種現(xiàn)代化的、面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，它具有以下特點(diǎn)：1）封裝性，C#支持將數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)的方法封裝在類中，這樣，外部代碼只能通過類提供的公共方法來訪問和修改對(duì)象的狀態(tài)，保證了數(shù)據(jù)的安全性和一致性。2）繼承性，C#允許創(chuàng)建類層次結(jié)構(gòu)，子類可以繼承父類的屬性和方法，這有助于代碼的復(fù)用和擴(kuò)展，同時(shí)還可以添加自己特有的屬性和方法。3）多態(tài)性，C#通過方法重載和虛方法實(shí)現(xiàn)多態(tài)性。方法重載允許在同一個(gè)類中定義多個(gè)同名方法，只要它們的參數(shù)列表不同。虛方法允許子類重寫父類的方法，以實(shí)現(xiàn)不同的行為。4）自動(dòng)內(nèi)存管理，C#采用了自動(dòng)垃圾回收機(jī)制來管理內(nèi)存，開發(fā)人員不需要手動(dòng)釋放對(duì)象占用的內(nèi)存，自動(dòng)垃圾回收會(huì)自動(dòng)檢測(cè)不再使用的對(duì)象，并回收它們占用的內(nèi)存空間。這種自動(dòng)內(nèi)存管理機(jī)制可以減少內(nèi)存泄露的風(fēng)險(xiǎn)，讓