【文章內(nèi)容簡介】 有用信號的電路。信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路根據(jù)傳感元件類型的不同有很多種類，常用的電路有放大器、電橋、阻抗變換器和振動器等。傳感器根據(jù)使用要求的不同，可以做的很簡單，也可以做的很復雜；可以使帶反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，也可以是不帶反饋的開環(huán)系統(tǒng)。因此，傳感器的組成將依不同的情況而有所差異[4]。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)本論文設計的要求，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計中，應有相應的位置檢測裝置檢測當氣缸執(zhí)行動作時是否到位。常用的位置檢測裝置是行程開關。行程開關又稱限位開關，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，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產(chǎn)機械運動部件上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現(xiàn)電路的切換。行程開關的品種規(guī)格很多，有機械式和電子式兩種。按其操作結構可分為直動、滾輪直動、杠桿單、雙輪等。選用行程開關時，應結合不同使用場合，滿足各方面的要求等來進行選擇。在本設計中采用直線接觸式磁感應開關檢測氣缸回位動作是否到位，當運動到指定位置時，碰到行程開關，終結上一個動作，準備執(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。電容傳感器也屬于具有開關量輸出的位置傳感器，是一個具有可變參數(shù)的電容量。多數(shù)場合下，電容由兩個金屬平行極板組成的，并且以空氣為介質(zhì)。是一個接近開關。電容傳感器的測量頭構成電容器的一個板,另一個是板待測物的本身。當對象移動到接近開關、接近開關的對象和介電常數(shù)的變化,和測量頭相連的電路狀態(tài)也相應地改變。因此,可以控制開關是開啟和關閉。在本設計里面電容傳感器用于檢測鋁質(zhì)材料。電感式傳感器屬于有開關量輸出的位置傳感器，是利用電磁感應原理，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)生電磁振蕩誘導在接近頭部,使對象在渦。渦流產(chǎn)生的反應在接近開關,接近開關振蕩容量衰減、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,和控制開關打開或關閉。在這種設計使用設備來檢測鐵材料[5]。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）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。材料分揀系統(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)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。為了便于PCL控制程序的編寫，綜合公司企業(yè)的經(jīng)濟效益及其各種情況，在本設計中，選擇RGB顏色傳感器作為識別物料顏色的裝置，繼電器輸出方式，使得PLC控制系統(tǒng)簡單化，控制系統(tǒng)更容易實現(xiàn)[4~6] 。 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、結構簡單、功率體積比高、無污染及抗干擾性強、在工業(yè)機械手中應用較多。另一方面，氣動技術作為一種“廉價的自動化技術”,由于不斷提高性能的組件,降低生產(chǎn)成本,廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領域。在現(xiàn)代設備和自動化生產(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)動在一些場合的應用。因此，人們尋求其他一些經(jīng)濟適用的驅(qū)動方式。表1給出了各種控制方式的比較：表1 各種控制方式的比較項目氣壓傳動液壓傳動電氣傳動機械傳送系統(tǒng)結構簡單復雜復雜較復雜安裝自由度大大中小輸出力稍大大小不太大定位精度一般一般很高高動作速度大稍大大小響應速度慢快快中清潔度清潔可能會產(chǎn)生污染清潔較清潔維護簡單相對于氣動來說復雜使用專門技術簡單價格一般稍高高一般技術要求較低較高最高較低控制自由度大大中小危險性幾乎沒有問題注意著火一般沒有問題沒有特殊問題通過以上三種驅(qū)動方式的比較以及對本設計的參考選用氣動驅(qū)動的方式，不僅能夠滿足了本設計的要求，而且節(jié)約了成本[7~9] 。 系統(tǒng)執(zhí)行機構的分析與選擇機械手的執(zhí)行結構是機械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體。執(zhí)行機構的布局類型直接影響到機械手的工作性能。在氣壓傳動系統(tǒng)中，組成氣動回路是為了驅(qū)動用于各種不同目的機械裝置，其最重要的三個控制內(nèi)容是：力的大小、運動的方向和運動的速度。與生產(chǎn)裝置相連接的各種類型的氣缸，靠壓力控制閥、方向控制閥和流量控制閥分別實現(xiàn)對三個內(nèi)容的控制，利用它們組成了各種氣動控制回路。現(xiàn)在各種控制系統(tǒng)中用于分揀物料的執(zhí)行機構主要有以下幾種：（1）機械手夾持式夾持式手部的結構與人手類似，是工業(yè)機械廣泛應用的一種手部形式。它主要由手指、傳動機構、驅(qū)動機構組成。其又可分為內(nèi)撐式、外夾式和內(nèi)外夾持式，區(qū)別在于夾持工件的部位不同，手爪動作方向相反。夾持式手部設計時應注意以下事項：①手指應有一定的開閉范圍；②手指應具有適當?shù)膴A緊力；③要保證工件在手指內(nèi)的定位精度；④結構緊湊，重量輕，效率高；⑤通用性和可換性。[10]（2）氣吸式氣吸式手部又稱為真空吸盤式手部，它是通過吸盤內(nèi)產(chǎn)生真空或負壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進排氣系統(tǒng)組成，具有結構簡單、質(zhì)量輕、不易損傷工件、使用方便可靠等優(yōu)點；但要求工件上與吸盤接觸的部位光滑平整、清潔、被吸附工件材質(zhì)致密，沒有透氣空隙。主要適應于板材、薄壁零件、陶瓷搪瓷制品、玻璃制品、紙張及塑料等表面光滑工件的抓取。氣吸式又可分為：負壓吸盤：真空式、噴氣式、自擠式空氣吸盤；磁力吸盤：永磁吸盤、電磁吸盤。真空式吸附型它是利用真空泵抽出吸附頭的空氣而形成真空，故稱真空式。噴氣式吸附的工作原理是當壓縮空氣高速進入噴嘴時，由于管路的開始段截面積是逐漸收縮的，所以氣流速度逐漸增大，在吸氣口處形成負壓。吸附頭與吸氣口連同，故形成真空，以吸住工件。自擠式空氣吸盤是將軟質(zhì)吸盤按壓在工件的表面，擠出吸盤內(nèi)的空氣、從而造成真空、吸住工件。磁吸式手是利用工件的導磁性，利用永久磁鐵或電磁鐵通電后產(chǎn)生的磁力來吸附材料工件。3）氣缸式氣缸輸出直線往復式氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標準氣缸，其結構和參數(shù)都已系列化、標準化、通用化。水平伸縮氣缸選用單活塞桿雙作用氣缸。單活塞桿雙作用氣缸一般由缸筒、前后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等組成。其工作原理：對于前伸/回縮氣缸，當左側無桿腔進氣，右側有桿腔排氣時活塞桿前伸，反之，活塞桿回縮；對于上升/下降氣缸，當上側無桿腔進氣，下側有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。當氣缸動作時動作限位開關斷開，氣缸快速彈出，此時先導式電磁閥復位，當氣壓太大時而氣缸沒有復位時氣缸復位限位開關感應動作從而關閉先導式電磁閥從而起到保護氣缸的作用。氣缸式的執(zhí)行機構動作比較穩(wěn)定，易于維修，控制過程簡單，所以該材料分揀系統(tǒng)執(zhí)行機構選擇氣缸推動式[11] 硬件設計及實際模型的建立物料分揀系統(tǒng)的PLC控制用于對相關材料的自動化分揀，其硬件結構框圖如圖3所示。電容傳感器可編程控制器PLC下料傳感器電感傳感器顏色傳感器電機及下料氣缸氣缸1氣缸2氣缸3氣缸壓縮機氣缸4接近開關 A/D轉(zhuǎn)換圖3 系統(tǒng)的硬件結構框圖根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的結構框圖，可得出其結構示意圖如圖4所示。按下啟動按鈕后，電動機M運行，綠燈L2亮，傳送帶運轉(zhuǎn)，表示可以進物料。材料經(jīng)傳感器對其進行識別，檢測其分別為鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、紅色，其相對應的氣缸進行動作，將材料推入滑槽內(nèi)，若不是上述的幾種材料，則最后剩余的氣缸動作，將其推入滑槽內(nèi)，以完成對其的分揀。圖4 材料分揀系統(tǒng)的示意圖 其他元器件及其選擇料槽是材料手動入庫而自動出庫的裝置，它底部有一個光電傳感器。在使用時先人為地在料槽中放入材料，當光電傳感器檢測到料塊時，系統(tǒng)開始運行。當系統(tǒng)運行時，傳送帶啟動，出料氣缸將料庫內(nèi)底層材料推入傳送帶。傳送帶是由單向感應電機驅(qū)動的皮帶式輸送裝置。控制按鈕是一種短時接通或斷開小電流電路的電器。它不直接控制主電路的通斷，而在控制電路中發(fā)出“指令”去控制接觸器、繼電器等電器，再由它們?nèi)タ刂浦麟娐?。常見的控制按鈕有LA系列和LAY1系列。LA系列按鈕的額定電壓為交流500V、額定電流為5A；LAY1系列按鈕的額定電壓為交流380V、直流220V，額定電流為5A。按鈕帽有紅、綠、黃、白等顏色，一般紅色用作停止按鈕，綠色用作啟動按鈕。待機控制按鈕SB1和停機控制按鈕SB2選擇LAY1系列控制按鈕，電壓220V，電流5A。其中待機控制按鈕為綠色，停機控制按鈕為紅色。調(diào)壓閥、空氣過濾器與氣壓指示儀表集中于一個模塊上，它們接收來自氣源的氣壓并傳送到下面的5個氣閥中。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥降壓，使其輸出壓力與每臺氣動設備和裝置所需要的壓力一致，并保持該壓力的穩(wěn)定。空氣過濾器作用是濾除壓縮空氣中的水分、油滴以及雜質(zhì)微粒等危害，以達到系統(tǒng)要求的凈化程度。油霧器是一種特殊的注油裝置，以壓縮空氣為動力，將潤滑油噴成霧狀并混合于壓縮空氣中，并隨空氣進入需要潤滑的部件，達到潤滑的目的，使壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能