基于传感器的物料分拣系统设计
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- 基于传感器的物料分拣系统设计分拣控制系统的介绍：
分拣控制系统在先进制造领域中扮演着极其重要的角色，是工业控制及现代物流系统的重要组成部分，实现物料同时进行多口多层连续的分拣，在社会各行业如：物流配送中心、邮局、仓库等行业得到广泛应用。
最初的分拣系统是完全基于人力的作业系统,通过人工搜索、承运货物完成货物的提取。在这个系统中,书面文档生产和发现 ,如手动处理浪费了巨大的人力资源,效率很低,显然不能满足现代物流的速度、精度要求高的特点。随着科学技术的飞速发展,分拣系统开始运用各种各样的自动化设备,计算机控制技术和信息技术成为信息传递和处理的重要手段。虽然在大部分分拣系统中有些作业环节到目前为止需要有人工的参与,但作业强度越来越小。完全由机械完成分拣作业的自动分拣系统也与之而生。机械化、自动化、智能化成为现代分拣 系统的主要特点与发展趋势。现代物流配送中 ,高科技的应用为作业效率和质量的提高提供了坚实的技术保证。现代化的分拣系统逐渐成为物流机械化系统、信息系统以及管理组织系统的有机组合。物流机械化系统主要是各种物流设备的有效组合和配置,信息系统是分拣信息和控制信息等流动的载体,管理组织系统负责设备、人员的调度,控制系统总体的运作模式。计算机控制技术、信息技术以及物流自动化机械成为现代分拣系统的重要组成部分。
随着物流业及智能仓储的飞速发展，物料分拣作为其关键环节具有重要作用，针对条形码、不同材质(铁质、磁质、尼龙)、不同颜色、不同尺度物料，讨论其在传送带上运输过程中的动态检测以及分拣方法。
下图为材料分拣系统的示意图
传感器的简介
国家标准 GB7665-87对传感器下的定义是：“可以把具体的测量信息 ( 如物理、 化学的内容 , 生物质等 ) 转换为信号设备可根据一定的规则或设备。传感器是一种完整的检测设备 ( 或系统 ), 可以感觉测量信息,并可以检测感觉信息,按一定规律 改变成为电信号输出 , 或其他形式的信息需要满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求 [3]。是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器生物体感官 的工程模拟量；反之，感觉,可以被视为一种自然的生物传感器。所谓的“可用信号”,是指促进运输,方便处理信号。目前 , 电子信号最符合要求的运输方便 ,易于加工。因此 , 也可以把传感器是狭隘的定义为 : 外面的世界非电量信息转化为电信号输出设备或装置。传感器一般由变换元件、敏感元件和其他辅助元件组成。随着传感器集成技术的发展，把传感器的信号调理与转换电路安装在传感器的壳体内或者与敏感元件集成在同一芯片上将会是未来的发展趋势。因此，信号调理电路以及所需辅助电源都应作为传感器组成的一部分。
下图为传感器的组成示意图：
传感器的选择
传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。主要用 于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。 根据课题的要求，经分析可知：需要对位置检测装置、视觉传感器进行选用。位置检测装置用来检测气缸动作是否到位，视觉传感器是用来完成对不同物料的识别。
（1）位置检测装置 在本设计中，应有相应的位置检测装置检测当气缸执行动作时是否到位。常 用的位置检测装置是行程开关。行程开关又称限位开关，是根据运动部件位置而 切换电路的自动控制电器。动作时，由挡块与行程开关的滚轮碰撞，使触头接 通或断开，用来控制运动部件的运动方向、行程大小及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。行程开关的品种规格很多，有机械式和电子式两种。按其操作结构可分为直动、滚轮直动、杠杆单、双轮等。选用行程开关时，应结合不同使用场合，满足各方面的要求等来进行选择。在本设计中采用直线接触式磁感应开关检测气缸回位动作是否到位，当运动到指定位置时，碰到行程开关，终结上一个动作，准备执行下一个动作。
（2）视觉传感器 视觉传感器的作用就是最大程度模仿人的眼睛，能够对不同的物体进行识别， 本系统采用材质传感器和颜色传感器，对物料进行分拣。根据不同物料有不同的颜色，可以对同一种颜色的物料进行拣出。颜色传感 器也属于具有开关量输出的位置传感器。它是在 Si 等多数光电二极管之前，分别 放置 R（红）、G（绿）、 B（蓝）三种颜色的彩色滤光器，通过处理各自的输出信 号并识别彩色的方法。物料分拣系统采用颜色传感器主要是用来识别红色与绿色 的材料。 目前，用于颜色识别传感器有两种基本类型 :(1) 颜色代码传感器 ,它使用一个白炽光源或单色 LED光源;(2)RGB(红、绿、蓝)颜色传感器 ,检测对象的反射比的 三个主要的颜色 , 以便识别物体色。许多这样的设备被温暖的反射式、梁式、纤维 类型、包装在各种金属和聚碳酸酯住房,典型的输出是 :NPN型和 PNP型、继电器。在本设计中，选择 RGB颜色传感器作为识别物料颜色的装置。
（2）霍尔接近开关 霍尔接近开关是一种磁敏开关。当磁性物件移近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。它用于检测磁性物体。
（3）电感式传感器属于有开关量输出的位置传感器，是利用电磁感应原理，将被 测的物理量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈的自感系数 L 或互感系数 M 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，实现由非电量到电量转换的装置。用来检测金属物体。它由 LC 高频振荡器和放大电路 , 使用金属物体可 以产生电磁振荡诱导在接近头部 , 使对象在涡。涡流产生的反应在接近开关 , 接近 开关振荡容量衰减、内部参数变化的电路。总之 , 电感式传感器可以找出存在的金 属物体接近 , 和控制开关打开或关闭。在这种设计使用设备来检测铁质材料。
（4）电容式接近开关 电容式接近开关这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。用于检测尼龙。
（5）增量型旋转编码器 它通过旋转的光栅盘和光耦产生可识别方向的计数脉冲信号来测量物体的旋转速度、角度、加速度及长度测量，具有体积小、重量轻，安装方便，性价比极高的显著优点。通过使用增量编码器计数转动脉冲，来确定物料的相对位置。
驱动部分的分析与选择
系统的驱动系统是驱动执行机构运动的传动装置，其驱动系统根据动力源的 不同，分为气压、液压、电气、机械、气液联合和电液联合等多种方式。目前主 要采用的有气压、液压、电气这三种驱动方式。
气压驱动，价格低廉、结构简单、功率体积比高、无污染及抗干扰性强、在 工业机械手中应用较多。另一方面，气动技术作为一种“廉价的自动化技术” , 由 于不断提高性能的组件 , 降低生产成本 , 广泛应用于现代工业生产领域。在现代设 备和自动化生产线 , 几乎所有配备气动系统。气动机械手技术已经成为能够满足许 多行业生产实践要求的一种重要使用工具。
液压驱动，功率重量比大，可实现频繁平稳的变速和换向，容易实现过载保 护，可自行润滑，使用寿命长。但也存在其油液容易泄露污染环境，需要配备油 源，成本较高，工作噪声较大。
电气驱动，控制精度高，驱动力较大，响应快，信号检测、传递、处理方便。 但是由于电气驱动方式价格昂贵，限制了电气驱动在一些场合的应用。因此，人 们寻求其他一些经济适用的驱动方式。
通过以上三种驱动方式的比较以及对本设计的参考选用气动驱动的方式，不仅能够满足了本设计的要求，而且节约了成本。...
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