【文章內(nèi)容簡介】 件信 號調(diào) 理與 轉(zhuǎn)換 電路輔 助 電 源被 測 量非 電 量 電 參 量 電 量 圖 2 傳感器的組成示意圖 敏感元件 —— 是用來 感受被測量，輸出與被測量成確定關(guān)系的其他量的元件，例 如 波紋管 和 膜片 ，可以把被測壓力變成位移量。若敏感元件能直接輸出電量（如熱電偶），就兼為傳感元件。 另外 還有一些新型傳感器，如壓阻式和諧振式壓力傳感器等，其敏感元件和傳感器 是 一體的。 變換元件 —— 又稱傳感元件， 是 傳感器的重要組成元件。直接感受被測量（一般為非電量）且輸出與被測量成確定關(guān)系的電量，如 熱敏電阻 和 熱電偶 。傳感元件也可以 間接 感受被測量，只感受與被測量成確定關(guān)系的其他非電量。一般情況下使用的都是這種傳感元件。 信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路 —— 把傳感元件輸出的電信號轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄和控制的有用信號的電路。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(fù)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)的動作提供信本科畢業(yè)論文 11 息。 根據(jù)本論文設(shè)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(jìn)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(hù)。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(jī)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行分揀。 電容傳感器也屬于具有開關(guān)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(guān)。電容傳感器的測量頭構(gòu)成電容器的一個板 ,另一個是板待測物的本身。當(dāng)對象移動到接近開關(guān)、接近開關(guān)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(yīng)地改變。因此 ,可以控制開關(guān)是開啟和關(guān)閉。 在 本 設(shè)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(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)本科畢業(yè)論文 12 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(jìn) 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。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(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。 為了便于 PCL 控制程序的編寫， 綜合 公司企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益 及 其各種情況，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，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(jī)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(jī)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(qiáng)、在工 業(yè)機(jī)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(jī)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(hù)，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，需要配備油本科畢業(yè)論文 13 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(jì)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(jī)械傳送 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 簡單 復(fù)雜 復(fù)雜 較復(fù)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(yīng)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(hù) 簡單 相對于 氣動 來說 復(fù)雜 使用 專門技術(shù) 簡單 價格 一般 稍高 高 一般 技術(shù)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(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 [7~9] 。 系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析與選擇 本科畢業(yè)論文 14 機(jī)械手的執(zhí)行結(jié)構(gòu)是機(jī)械手賴以實現(xiàn)各種運動的實體。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局類型直接影響到機(jī)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(jī)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?，F(xiàn)在各種控制系統(tǒng)中用于分揀物料的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要有以下幾種： （ 1）機(jī)械手夾持式 夾持式手部的結(jié)構(gòu)與人手類似，是工業(yè)機(jī)械廣泛應(yīng)用的一種手部形式。它主要由手指、傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)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(shè)計時應(yīng)注意以下事項：①手指應(yīng)有一定的開閉范圍；②手指應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力；③要保證工件在手指內(nèi)的定位精度；④結(jié)構(gòu)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(fù)壓，利用壓差而將工件吸附，是工業(yè)機(jī)械手常用的一種吸持工件的裝置。它由吸盤、吸盤架及進(jìn)排氣系統(tǒng)組成，具有結(jié)構(gòu)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(yīng)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(fù)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(dāng)壓縮空氣高速進(jìn)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(fù)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(dǎo)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 本科畢業(yè)論文 15 氣缸輸出直線往復(fù)式氣缸是氣動執(zhí)行元件之一。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化 、標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)左側(cè)無桿腔進(jìn)氣，右側(cè)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(dāng)上側(cè)無桿腔進(jìn)氣，下側(cè)有桿腔排氣時，活塞桿下降，反之活塞桿上升。 當(dāng)氣缸動作時動作限位開關(guān)斷開，氣缸快速彈出，此時先導(dǎo)式電磁閥復(fù)位，當(dāng)氣壓太大時而氣缸沒有復(fù)位時氣缸復(fù)位限位開關(guān)感應(yīng)動作從而關(guān)閉先導(dǎo)式電磁閥從而起到保護(hù)氣缸的作用。氣缸式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)選擇氣缸推動式 [11] 硬件設(shè)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(guān)材料的自動化分揀，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 所示。 本科畢業(yè)論文 16 圖 3 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，可得出其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 4 所示。按下啟動按鈕后，電動機(jī) M 運行，綠燈 L2 亮，傳送帶運轉(zhuǎn)，表示可以進(jìn)物料。材料經(jīng)傳感器對其進(jìn)行識別，檢測其分別為 鐵質(zhì) 、 鋁質(zhì)、紅色，其相對應(yīng)的氣缸進(jìn)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。 可編程控制器 PLC 下料傳感器 電感傳感器 顏色傳感器 電機(jī)及下料氣缸 氣缸 1 氣缸 2 氣缸 3 氣缸壓縮機(jī) 氣缸 4 接近開關(guān) A/D 轉(zhuǎn)換 電容傳感 器 本科畢業(yè)論文 17 物 料鐵 質(zhì) 鋁 質(zhì) 紅 色 其 他電 機(jī) M氣 缸傳 感 器傳 送 帶滑 槽指 示 燈 L 1 指 示 燈 L 2 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(dāng) 光電傳感器檢測到料塊時 ， 系統(tǒng)開始運行。當(dāng)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(yīng)電機(jī)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)タ刂浦麟娐贰? 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(jī)控制按鈕 SB1 和停機(jī)控制按鈕 SB2 選擇 LAY1 系列控制按鈕，電壓 220V，電流 5A。其中待機(jī)控制按鈕為綠色，停機(jī)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(shè)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本科畢業(yè)論文 18 縮空氣中的水分、油滴以及雜質(zhì)微粒等危害，以達(dá)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(jìn)入需要潤滑的部件，達(dá)到潤滑的目的，使壓縮空氣具有潤滑氣動元件的能力。 在 自動分選部分 中，先導(dǎo)式電磁