顏色運(yùn)輸分揀系統(tǒng)

齊明琪

摘 要 機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門(mén)有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化；傳感器；機(jī)械手；系統(tǒng)組合

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)流程圖

按下啟動(dòng)按鈕傳送帶1運(yùn)行，物料經(jīng)兩個(gè)顏色傳感器檢測(cè)，如果是顏色A傳送帶1繼續(xù)運(yùn)行。如果是顏色B傳送帶1停止，平行機(jī)械夾夾住物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)汽缸轉(zhuǎn)到傳送帶2上，此時(shí)傳送帶向左運(yùn)行。若是顏色C傳送帶1停止，平行機(jī)械夾夾住物料經(jīng)旋轉(zhuǎn)汽缸轉(zhuǎn)到傳送帶2上，此時(shí)傳送帶向右運(yùn)行。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)流程圖，如圖1所示。

1.2 整體設(shè)計(jì)思路

機(jī)械方面：首先考慮外觀樣式圖，然后設(shè)計(jì)機(jī)械臂，傳送帶等機(jī)械部件以及之間的配合關(guān)系并繪制相關(guān)的CAD圖紙，通過(guò)Solidwork進(jìn)行模擬組裝。

電工方面：考慮電工器材的選擇，燈、傳感器、直流電機(jī)和 PLC外部連接及之間的接線；磁性開(kāi)關(guān)和按鈕等保護(hù)措施的連線等。

氣動(dòng)方面：氣缸與機(jī)械爪的選擇及根據(jù)需要選擇何種電磁換向閥，氣動(dòng)執(zhí)行元件和電磁閥之間的連接以及布局?jǐn)[放。

電子方面：按鈕盒的電子線路及焊接知識(shí)。

2 系統(tǒng)機(jī)械主要部分設(shè)計(jì)

2.1 傳送帶的安裝設(shè)計(jì)

從動(dòng)輪：首先，將固定塊固定在從動(dòng)輪支架的兩側(cè)；其次，將從動(dòng)輪支架緊固到鋁型材導(dǎo)板的一側(cè)；第三，使用彈性錘子將油潤(rùn)過(guò)的軸承敲入從動(dòng)輪兩測(cè)的沉孔中；第四，將從動(dòng)輪置于從動(dòng)輪支架的凹槽部位；第五，使用彈性錘子將油潤(rùn)過(guò)的后軸從支架的一側(cè)的腰孔中敲穿過(guò)從動(dòng)輪，并置于另一側(cè)的腰孔上；第六，使用彈性錘子適當(dāng)敲擊后軸，使得后軸兩端露出部分的長(zhǎng)度一樣；最后在后軸兩端露出的部分安裝上收緊滑塊。如圖2所示。

在安裝完成后，可通過(guò)調(diào)整固定塊上的螺栓來(lái)移動(dòng)從動(dòng)輪的位置，從而起到收緊皮帶的作用。

主動(dòng)輪：首先，使用彈性錘子將油潤(rùn)過(guò)的軸承（628-ZZ）分別敲入主支架和輔支架上的沉孔內(nèi)；其次，將主支架固定在鋁型材的另一端上；第三，使用彈性錘子把油潤(rùn)后的主動(dòng)輪一側(cè)先敲入主支架上的軸承孔內(nèi)；最后，再將主動(dòng)輪另一側(cè)裝上輔支架。如圖3所示

在安裝完上述步驟后，裝上皮帶。在保證主動(dòng)輪電機(jī)伸出軸同軸的情況下，再固定輔支架。

2.2 機(jī)械手部分的設(shè)計(jì)

機(jī)械手部分是本課題的關(guān)鍵部分，如圖4所示：

1：回轉(zhuǎn)缸與治具缸連接塊1，2（1，2是一體的）

2：回轉(zhuǎn)缸與治具缸連接塊3

3：治具缸與平行機(jī)械夾連接塊

4：機(jī)械夾子

機(jī)械手由幾個(gè)汽缸的連接塊以及機(jī)械爪組成。汽缸連接塊主要有：回轉(zhuǎn)汽缸與治具缸的連接塊（1，2）、回轉(zhuǎn)缸與治具缸的連接塊（3）、治具缸與機(jī)械夾的連接塊（4）、機(jī)械爪（5）等幾部分組成。

2、3兩塊料的加工應(yīng)注意相互間的配合問(wèn)題，還應(yīng)注意與回轉(zhuǎn)缸、治具缸的連接問(wèn)題，在2、3兩塊料的連接問(wèn)題上，應(yīng)該在連接螺釘上加上彈簧墊片。因?yàn)榛剞D(zhuǎn)缸在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生慣性力，使2、3兩處的連接螺釘受慣性力的影響，產(chǎn)生松動(dòng)。所以加上彈簧墊片，以減小消耗慣性力的作用。4號(hào)料加工時(shí)應(yīng)注意總體長(zhǎng)度以及注意旋轉(zhuǎn)一百八十度時(shí)是否能準(zhǔn)確傳送機(jī)械夾至傳送帶中間。5號(hào)機(jī)械夾的設(shè)計(jì)，需要注意機(jī)械夾張開(kāi)的總長(zhǎng)度以及閉合時(shí)的長(zhǎng)度。才能夠確定機(jī)械夾子的厚度以及爪子的長(zhǎng)度等問(wèn)題。

3 系統(tǒng)電氣控制設(shè)計(jì)

3.1 電機(jī)和聯(lián)軸器

直流電機(jī)：

首先測(cè)量主動(dòng)輪的直徑，算出其周長(zhǎng)（即旋轉(zhuǎn)一周皮帶輪移動(dòng)的距離），然后量取皮帶輪到長(zhǎng)度（皮帶輪的長(zhǎng)度是先前根據(jù)地板的大小和元器件擺放后所需的長(zhǎng)度來(lái)確定的），計(jì)算出主動(dòng)輪需轉(zhuǎn)多少圈皮帶輪從一端到達(dá)另一端，根據(jù)皮帶輪上的操作要求選擇直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。從美觀性和需要承受的負(fù)載的大小選擇出軸直徑，因?yàn)檎n題的直流電壓是24V，所以我選擇了額定電壓為24V的直流電機(jī)，最后根據(jù)整體集合，選擇最適合的電機(jī)。

此種直流電機(jī)與其他電機(jī)相比的主要特點(diǎn)有：永磁、加強(qiáng)型行星齒輪減速器，出軸直徑小負(fù)載能力強(qiáng)，允許負(fù)載10kg.cm，并且在工作過(guò)程中能夠保持穩(wěn)定平穩(wěn)，而且噪音低，出力大等等。如圖5所示。

聯(lián)軸器為：螺絲固定的聯(lián)軸器。除了考慮與電機(jī)、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的連接，還應(yīng)具有一定的彈性，以避免應(yīng)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的同軸度精度誤差而帶來(lái)的電機(jī)支架晃動(dòng)，電機(jī)不能正常工作等。所以我選擇了一體成型具有彈性的鋁合金，夾緊靠螺絲固定的聯(lián)軸器。

3.2 氣動(dòng)元器件選擇

本課題中用到了很多的電氣元器件，在選擇這些器材時(shí)存在著很多的問(wèn)題，尤其是機(jī)械手部分，涉及到三種汽缸的選擇，回轉(zhuǎn)缸，治具缸以及平行機(jī)械夾，在選擇這些汽缸型號(hào)時(shí)不僅要考慮其功能方面是否能夠做到適合整個(gè)課題運(yùn)作的需要，還要考慮其與其他期間這間的配合銜接是否美觀，價(jià)格方面是否經(jīng)濟(jì)合適。

3.3 氣動(dòng)部分

氣動(dòng)元器件連接時(shí)，應(yīng)注意元器件的進(jìn)出氣方向，如電磁閥的進(jìn)氣口與出氣口不可顛倒，否則將會(huì)影響元器件的正常工作。元件安裝要緊固，不可松動(dòng)，否則會(huì)出現(xiàn)安全事故。

為了防止氣缸帶動(dòng)物件因沖擊力過(guò)大而對(duì)其造成損壞，在氣缸進(jìn)出氣口各安裝一個(gè)節(jié)流閥，控制氣流大小，減慢氣缸活塞伸縮的速度。

4 安全性調(diào)試與分析

4.1 機(jī)械調(diào)試

首先確定傳送帶和回轉(zhuǎn)缸的位置使機(jī)械夾能在兩傳送帶之間夾到物料，調(diào)整回轉(zhuǎn)缸的旋轉(zhuǎn)位置確保回轉(zhuǎn)缸旋轉(zhuǎn)角度為180，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)機(jī)械部分的連接處進(jìn)行檢查，看是否存在連接不牢固。如有連接不緊固，傳動(dòng)不正常等狀況，對(duì)其進(jìn)行校正并緊固。

4.2 電氣調(diào)試

接通氣泵打開(kāi)氣源檢查整個(gè)系統(tǒng)是否漏氣，如有漏氣檢查漏氣原因并解決漏氣問(wèn)題，若無(wú)漏氣先手動(dòng)調(diào)試并調(diào)節(jié)氣缸上的節(jié)流閥使氣缸的動(dòng)作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。手動(dòng)調(diào)試正常后再進(jìn)行自動(dòng)調(diào)試。

4.3 程序調(diào)試

分別將X輸入的25芯線和Y輸出的25芯線接到PLC上，先進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試，調(diào)整傳感器和磁性開(kāi)關(guān)的位置，然后將程序?qū)懭隤LC中將PLC有stop狀態(tài)推到run狀態(tài)。開(kāi)始運(yùn)行程序，調(diào)整程序直到完全達(dá)到所需要求為止。程序的停止、急停一定準(zhǔn)確無(wú)誤，這樣才可以確保安全。

5 系統(tǒng)的評(píng)價(jià)

5.1 設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

整個(gè)系統(tǒng)的操作簡(jiǎn)單，動(dòng)作明了；整個(gè)系統(tǒng)所需要的器材既經(jīng)濟(jì)又實(shí)惠；利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)傳送物料達(dá)到節(jié)省資源的目的。

5.2 設(shè)計(jì)缺點(diǎn)

部分梯形圖冗余；需進(jìn)一步提高編程質(zhì)量，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化；安全性需要進(jìn)一步提高，適當(dāng)?shù)脑黾右恍╇姎獗Ｗo(hù)；機(jī)械部分設(shè)計(jì)的不夠完美。

參考文獻(xiàn)

[1]胡荊生.公差配合與技術(shù)測(cè)量基礎(chǔ)第二版）[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2000.

[2]陳廉清.機(jī)械制圖[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2004.

作者單位

江蘇省揚(yáng)州技師學(xué)院 江蘇省揚(yáng)州市 225003