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基于傳感器的物料分揀系統設計

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更新時間：2019-02-28
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基于傳感器的物料分揀系統設計分揀控制系統的介紹：
分揀控制系統在先進制造領域中扮演著極其重要的角色，是工業控制及現代物流系統的重要組成部分，實現物料同時進行多口多層連續的分揀，在社會各行業如：物流配送中心、郵局、倉庫等行業得到廣泛應用。
最初的分揀系統是完全基于人力的作業系統,通過人工搜索、承運貨物完成貨物的提取。在這個系統中,書面文檔生產和發現 ,如手動處理浪費了巨大的人力資源,效率很低,顯然不能滿足現代物流的速度、精度要求高的特點。隨著科學技術的飛速發展,分揀系統開始運用各種各樣的自動化設備,計算機控制技術和信息技術成為信息傳遞和處理的重要手段。雖然在大部分分揀系統中有些作業環節到目前為止需要有人工的參與,但作業強度越來越小。完全由機械完成分揀作業的自動分揀系統也與之而生。機械化、自動化、智能化成為現代分揀系統的主要特點與發展趨勢。現代物流配送中 ,高科技的應用為作業效率和質量的提高提供了堅實的技術保證。現代化的分揀系統逐漸成為物流機械化系統、信息系統以及管理組織系統的有機組合。物流機械化系統主要是各種物流設備的有效組合和配置,信息系統是分揀信息和控制信息等流動的載體,管理組織系統負責設備、人員的調度,控制系統總體的運作模式。計算機控制技術、信息技術以及物流自動化機械成為現代分揀系統的重要組成部分。
隨著物流業及智能倉儲的飛速發展，物料分揀作為其關鍵環節具有重要作用，針對條形碼、不同材質(鐵質、磁質、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檢測以及分揀方法。

下圖為材料分揀系統的示意圖

傳感器的簡介
國家標準 GB7665-87對傳感器下的定義是：“可以把具體的測量信息 ( 如物理、化學的內容 , 生物質等 ) 轉換為信號設備可根據一定的規則或設備。傳感器是一種完整的檢測設備 ( 或系統 ), 可以感覺測量信息,并可以檢測感覺信息,按一定規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]。是實現自動檢測和自動控制的首要環節。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化為電信號輸出設備或裝置。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的發展，把傳感器的信號調理與轉換電路安裝在傳感器的殼體內或者與敏感元件集成在同一芯片上將會是未來的發展趨勢。因此，信號調理電路以及所需輔助電源都應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為電信號的一種變換器。主要用于檢測系統本身與作業對象、作業環境的狀態，為有效地控制系統的動作提供信息。根據課題的要求，經分析可知：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。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產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，實現電路的切換。行程開關的品種規格很多，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，能夠對不同的物體進行識別，本系統采用材質傳感器和顏色傳感器，對物料進行分揀。根據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。物料分揀系統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。在本設計中，選擇 RGB顏色傳感器作為識別物料顏色的裝置。
（2）霍爾接近開關霍爾接近開關是一種磁敏開關。當磁性物件移近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件因產生霍爾效應而使開關內部電路狀態發生變化，由此識別附近有磁性物體存在，進而控制開關的通或斷。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、振動等轉換成線圈的自感系數 L 或互感系數 M 的變化，再由測量電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現由非電量到電量轉換的裝置。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生電磁振蕩誘導在接近頭部 , 使對象在渦。渦流產生的反應在接近開關 , 接近開關振蕩容量衰減、內部參數變化的電路。總之 , 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質材料。
（4）電容式接近開關電容式接近開關這種開關的測量通常是構成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常數發生變化，從而使電容量發生變化，使得和測量頭相連的電路狀態也隨之發生變化，由此便可控制開關的接通或斷開。這種接近開關檢測的對象，不限于導體，可以絕緣的液體或粉狀物等。用于檢測尼龍。
（5）增量型旋轉編碼器它通過旋轉的光柵盤和光耦產生可識別方向的計數脈沖信號來測量物體的旋轉速度、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點。通過使用增量編碼器計數轉動脈沖，來確定物料的相對位置。

驅動部分的分析與選擇
系統的驅動系統是驅動執行機構運動的傳動裝置，其驅動系統根據動力源的不同，分為氣壓、液壓、電氣、機械、氣液聯合和電液聯合等多種方式。目前主要采用的有氣壓、液壓、電氣這三種驅動方式。
氣壓驅動，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 , 降低生產成本 , 廣泛應用于現代工業生產領域。在現代設備和自動化生產線 , 幾乎所有配備氣動系統。氣動機械手技術已經成為能夠滿足許多行業生產實踐要求的一種重要使用工具。
液壓驅動，功率重量比大，可實現頻繁平穩的變速和換向，容易實現過載保護，可自行潤滑，使用壽命長。但也存在其油液容易泄露污染環境，需要配備油源，成本較高，工作噪聲較大。
電氣驅動，控制精度高，驅動力較大，響應快，信號檢測、傳遞、處理方便。但是由于電氣驅動方式價格昂貴，限制了電氣驅動在一些場合的應用。因此，人們尋求其他一些經濟適用的驅動方式。
通過以上三種驅動方式的比較以及對本設計的參考選用氣動驅動的方式，不僅能夠滿足了本設計的要求，而且節約了成本。...

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