基于傳感器的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計
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- 基于傳感器的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計分揀控制系統(tǒng)的介紹：
分揀控制系統(tǒng)在先進制造領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色，是工業(yè)控制及現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，實現(xiàn)物料同時進行多口多層連續(xù)的分揀，在社會各行業(yè)如：物流配送中心、郵局、倉庫等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
最初的分揀系統(tǒng)是完全基于人力的作業(yè)系統(tǒng),通過人工搜索、承運貨物完成貨物的提取。在這個系統(tǒng)中,書面文檔生產(chǎn)和發(fā)現(xiàn) ,如手動處理浪費了巨大的人力資源,效率很低,顯然不能滿足現(xiàn)代物流的速度、精度要求高的特點。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,分揀系統(tǒng)開始運用各種各樣的自動化設(shè)備,計算機控制技術(shù)和信息技術(shù)成為信息傳遞和處理的重要手段。雖然在大部分分揀系統(tǒng)中有些作業(yè)環(huán)節(jié)到目前為止需要有人工的參與,但作業(yè)強度越來越小。完全由機械完成分揀作業(yè)的自動分揀系統(tǒng)也與之而生。機械化、自動化、智能化成為現(xiàn)代分揀 系統(tǒng)的主要特點與發(fā)展趨勢。現(xiàn)代物流配送中 ,高科技的應(yīng)用為作業(yè)效率和質(zhì)量的提高提供了堅實的技術(shù)保證�，F(xiàn)代化的分揀系統(tǒng)逐漸成為物流機械化系統(tǒng)、信息系統(tǒng)以及管理組織系統(tǒng)的有機組合。物流機械化系統(tǒng)主要是各種物流設(shè)備的有效組合和配置,信息系統(tǒng)是分揀信息和控制信息等流動的載體,管理組織系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)備、人員的調(diào)度,控制系統(tǒng)總體的運作模式。計算機控制技術(shù)、信息技術(shù)以及物流自動化機械成為現(xiàn)代分揀系統(tǒng)的重要組成部分。
隨著物流業(yè)及智能倉儲的飛速發(fā)展，物料分揀作為其關(guān)鍵環(huán)節(jié)具有重要作用，針對條形碼、不同材質(zhì)(鐵質(zhì)、磁質(zhì)、尼龍)、不同顏色、不同尺度物料，討論其在傳送帶上運輸過程中的動態(tài)檢測以及分揀方法。
下圖為材料分揀系統(tǒng)的示意圖
傳感器的簡介
國家標(biāo)準(zhǔn) GB7665-87對傳感器下的定義是：“可以把具體的測量信息 ( 如物理、 化學(xué)的內(nèi)容 , 生物質(zhì)等 ) 轉(zhuǎn)換為信號設(shè)備可根據(jù)一定的規(guī)則或設(shè)備。傳感器是一種完整的檢測設(shè)備 ( 或系統(tǒng) ), 可以感覺測量信息,并可以檢測感覺信息,按一定規(guī)律 改變成為電信號輸出 , 或其他形式的信息需要滿足信息傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制的要求 [3]。是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器生物體感官 的工程模擬量；反之，感覺,可以被視為一種自然的生物傳感器。所謂的“可用信號”,是指促進運輸,方便處理信號。目前 , 電子信號最符合要求的運輸方便 ,易于加工。因此 , 也可以把傳感器是狹隘的定義為 : 外面的世界非電量信息轉(zhuǎn)化為電信號輸出設(shè)備或裝置。傳感器一般由變換元件、敏感元件和其他輔助元件組成。隨著傳感器集成技術(shù)的發(fā)展，把傳感器的信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路安裝在傳感器的殼體內(nèi)或者與敏感元件集成在同一芯片上將會是未來的發(fā)展趨勢。因此，信號調(diào)理電路以及所需輔助電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分。
下圖為傳感器的組成示意圖：
傳感器的選擇
傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器。主要用 于檢測系統(tǒng)本身與作業(yè)對象、作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制系統(tǒng)的動作提供信息。 根據(jù)課題的要求，經(jīng)分析可知：需要對位置檢測裝置、視覺傳感器進行選用。位置檢測裝置用來檢測氣缸動作是否到位，視覺傳感器是用來完成對不同物料的識別。
（1）位置檢測裝置 在本設(shè)計中，應(yīng)有相應(yīng)的位置檢測裝置檢測當(dāng)氣缸執(zhí)行動作時是否到位。常 用的位置檢測裝置是行程開關(guān)。行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，是根據(jù)運動部件位置而 切換電路的自動控制電器。動作時，由擋塊與行程開關(guān)的滾輪碰撞，使觸頭接 通或斷開，用來控制運動部件的運動方向、行程大小及限位保護。在實際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時，行程開關(guān)的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。行程開關(guān)的品種規(guī)格很多，有機械式和電子式兩種。按其操作結(jié)構(gòu)可分為直動、滾輪直動、杠桿單、雙輪等。選用行程開關(guān)時，應(yīng)結(jié)合不同使用場合，滿足各方面的要求等來進行選擇。在本設(shè)計中采用直線接觸式磁感應(yīng)開關(guān)檢測氣缸回位動作是否到位，當(dāng)運動到指定位置時，碰到行程開關(guān)，終結(jié)上一個動作，準(zhǔn)備執(zhí)行下一個動作。
（2）視覺傳感器 視覺傳感器的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能夠?qū)Σ煌奈矬w進行識別， 本系統(tǒng)采用材質(zhì)傳感器和顏色傳感器，對物料進行分揀。根據(jù)不同物料有不同的顏色，可以對同一種顏色的物料進行揀出。顏色傳感 器也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器。它是在 Si 等多數(shù)光電二極管之前，分別 放置 R（紅）、G（綠）、 B（藍(lán)）三種顏色的彩色濾光器，通過處理各自的輸出信 號并識別彩色的方法。物料分揀系統(tǒng)采用顏色傳感器主要是用來識別紅色與綠色 的材料。 目前，用于顏色識別傳感器有兩種基本類型 :(1) 顏色代碼傳感器 ,它使用一個白熾光源或單色 LED光源;(2)RGB(紅、綠、藍(lán))顏色傳感器 ,檢測對象的反射比的 三個主要的顏色 , 以便識別物體色。許多這樣的設(shè)備被溫暖的反射式、梁式、纖維 類型、包裝在各種金屬和聚碳酸酯住房,典型的輸出是 :NPN型和 PNP型、繼電器。在本設(shè)計中，選擇 RGB顏色傳感器作為識別物料顏色的裝置。
（2）霍爾接近開關(guān) 霍爾接近開關(guān)是一種磁敏開關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開關(guān)時，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關(guān)的通或斷。它用于檢測磁性物體。
（3）電感式傳感器屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是利用電磁感應(yīng)原理，將被 測的物理量如位移、壓力、流量、振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù) L 或互感系數(shù) M 的變化，再由測量電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)由非電量到電量轉(zhuǎn)換的裝置。用來檢測金屬物體。它由 LC 高頻振蕩器和放大電路 , 使用金屬物體可 以產(chǎn)生電磁振蕩誘導(dǎo)在接近頭部 , 使對象在渦。渦流產(chǎn)生的反應(yīng)在接近開關(guān) , 接近 開關(guān)振蕩容量衰減、內(nèi)部參數(shù)變化的電路�？傊� , 電感式傳感器可以找出存在的金 屬物體接近 , 和控制開關(guān)打開或關(guān)閉。在這種設(shè)計使用設(shè)備來檢測鐵質(zhì)材料。
（4）電容式接近開關(guān) 電容式接近開關(guān)這種開關(guān)的測量通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是開關(guān)的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設(shè)備的機殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開關(guān)時，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通或斷開。這種接近開關(guān)檢測的對象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。用于檢測尼龍。
（5）增量型旋轉(zhuǎn)編碼器 它通過旋轉(zhuǎn)的光柵盤和光耦產(chǎn)生可識別方向的計數(shù)脈沖信號來測量物體的旋轉(zhuǎn)速度、角度、加速度及長度測量，具有體積小、重量輕，安裝方便，性價比極高的顯著優(yōu)點。通過使用增量編碼器計數(shù)轉(zhuǎn)動脈沖，來確定物料的相對位置。
驅(qū)動部分的分析與選擇
系統(tǒng)的驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的傳動裝置，其驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)動力源的 不同，分為氣壓、液壓、電氣、機械、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合等多種方式。目前主 要采用的有氣壓、液壓、電氣這三種驅(qū)動方式。
氣壓驅(qū)動，價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強、在 工業(yè)機械手中應(yīng)用較多。另一方面，氣動技術(shù)作為一種“廉價的自動化技術(shù)” , 由 于不斷提高性能的組件 , 降低生產(chǎn)成本 , 廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在現(xiàn)代設(shè) 備和自動化生產(chǎn)線 , 幾乎所有配備氣動系統(tǒng)。氣動機械手技術(shù)已經(jīng)成為能夠滿足許 多行業(yè)生產(chǎn)實踐要求的一種重要使用工具。
液壓驅(qū)動，功率重量比大，可實現(xiàn)頻繁平穩(wěn)的變速和換向，容易實現(xiàn)過載保 護，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環(huán)境，需要配備油 源，成本較高，工作噪聲較大。
電氣驅(qū)動，控制精度高，驅(qū)動力較大，響應(yīng)快，信號檢測、傳遞、處理方便。 但是由于電氣驅(qū)動方式價格昂貴，限制了電氣驅(qū)動在一些場合的應(yīng)用。因此，人 們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅(qū)動方式。
通過以上三種驅(qū)動方式的比較以及對本設(shè)計的參考選用氣動驅(qū)動的方式，不僅能夠滿足了本設(shè)計的要求，而且節(jié)約了成本。...
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