秦 冲

(三门峡职业技术学院,河南 三门峡 472000)

多功能光机电一体化物料分拣机的设计研究

秦 冲

(三门峡职业技术学院,河南 三门峡 472000)

针对现代制造行业零件的流水加工现状及煤矿行业物料传输分拣情况，研制了光机电一体化物料分拣机，对其进行了总体模块化划分与设计，主要集机械传动技术、PLC技术、气动技术、传感器技术、变频技术、触摸技术于一体，实现了一机多能的自动化作业. 同时，分拣机上还设计有触摸系统，能实现触摸控制.能高效、准确替代重复的物料分拣作业.

物料分拣；PLC；变频器；气动控制；步进电机

随着工业技术的高速发展,机械手在工业生产中已经得到了广泛的应用,为煤炭行业、加工行业、矿业及物流行业节省了大量的人力.本文设计了多功能光机电一体化物料分拣机，主要功能是实现金属材料及黑白尼龙材料物料的分拣，此设计利用气动、光电传感器、PLC及变频器来实现动力控制与信号传递[1]88-92. 为了保证分拣机手臂在抓物旋转过程中不失步，还采用了步进电机来实现伺服驱动，并且安装了限位接近开关，可以根据工位的需要调节传感器及限位开关的位置.物料的传输采用变频器控制电机.这些技术的综合应用，保证了分拣机在工作过程中的高精度、高可靠性、灵活性、无污染等特点.除此之外，分拣机上还设计了触摸控制环节，能够实现复杂环境下的隔离操作.

1 分拣机系统整体模块划分

通过对企业生产现场及市场调查、技术预测,充分考虑了多功能光机电一体化物料分拣机的应用范围以及产品的实际生产情况,进行了物料分拣机模块的划分.将分拣机分为4个功能模块，主要包括：电源模块、上料模块、抓物模块、物料传送与分拣模块等.

2 物料分拣机总体机构设计

多功能光机电一体化物料分拣机机构部分主要由主入料机构、物料搬运机构、物料分拣与传送机构等组成，在控制系统及检测系统的作用下共同完成金属物料、黑色物料、白色物料的传送与分拣.此部分主要包括三个工作流程，首先通过料槽机构下料，由检测元件感知到物料并推进，再由分拣机抓物机构抓料并旋转，最后由物料传送与分拣机构进行物料的传递与分拣，此机构上安装有传感器，保证物料能按照要求被分拣到准确的位置[2]24-25.分拣机的机构总图如图1所示.

1.物料指示2.料槽机构3.分拣机抓物机构4.物料传送和分拣机构图1 物料分拣机的机构总装配图

2.1 上料机构设计

此部分主要完成的功能是物料的检测与推进，当物料进入下料井后，光电传感器就能检测到工件，当检测到工件后就会把工件推进到物料存放台，等待抓物机构进行物料抓取，当工件被取走后，推料气缸缩回，在重复上次动作.其上料机构设计图如图2所示.

2.2 物料分拣机抓物机构设计

图3所示为物料分拣机的抓物机构，手臂和手爪固定在旋转轴上，在步进电机的驱动下可以实现旋转，而手臂可以伸缩，手抓可以上升、下降，且可以完成夹紧和松开动作.手抓和手臂都是气缸机构，均在气动作用下完成，且安装有位置传感器，保证手抓、手臂的动作位置精确[3]25-27.

图2 物料分拣机上料机构装配图1.物料推进气缸2.下料井3.物料存放台4.底座

图3 物料分拣机抓物机构总体装配图1.手爪夹紧气缸2.手爪上升、下降气缸3.手臂伸出缩回气缸4.抓物机构旋转轴5.步进驱动电机6.底座

2.3 物料传送与分拣机构设计

如图4所示，为物料传送与分拣机构，此模块主要包括变频器、三相交流异步电动机、皮带传输系统、分拣料槽及导料部分、光电传感检测部分等.此部分主要是完成金属物料、黑的物料、白色物料的检测与分拣，是通过变频器来控制三相交流异步电机的运转.通过皮带传输来完成物料的传递.此部分是机械、变频、电气控制、光电传感器的综合应用.

图4 物料传送与分拣机构模块设计1.下料口2.物料分拣槽3.输送带4.三相交流异步电机5.金属物料检测传感器6旋转气缸7.终端导料口

3 气动控制系统设计

气动控制系统主要包括5个单电控二位五通电磁阀，四个普通气缸和一个旋转气缸以及一些调速阀，调速阀主要是用来控制气缸在伸缩、上升、下降时的速度，防止速度过大对物料及机械手臂的冲击，来保证整个系统的工作平稳性.

气动控制原理图如图5所示.

图5 分拣机气动回路原理图

4 物料分拣机PLC控制系统设计

本设计中的物料分拣机主要是通过传感器、行程开关等输入信号，输入端子把信号传递给PLC，PLC经过程序运行和处理后再把输出信号通过输出端子输出[4]112-116，这些输出信号主要是对分拣机的电磁阀、变频器等进行控制，主要控制过程及工作原理如图6所示：

根据要求，本系统选用的PLC型号为西门子S7-200，输入点数为I0.0-I0.7、I1.0-I1.7、I2.0-I2.7共21个，输出点数为14个，CPU型号为226可编程控制器.内部程序主要使用移位指令完成[5]192-194.

图6 物料分拣机PLC控制原理框图

5 结语

本研究主要集PLC技术、气动技术、传感器技术、变频技术于一体，对物料分拣机进行了整体系统设计，充分发挥了PLC、传感器、步进电机等优点，能够按照预先设计要求精确地完成每一个动作，保证了其在自动化生产线作业工作过程中的高精度、高可靠性、灵活性、无污染等特点.

[1] 黄伟玲.基于PLC的气动搬运机械手设计[J].煤矿机械，2009(10).

[2] 姬清华.新型机电一体化运煤机械手的PLC控制设计[J].煤炭技术，2012(8).

[3] 周 凌.三自由度气动机械手结构设计[J].机械设计与制造，2012(10).

[4] 曼永红.基于PLC控制的二维通用机械手设计研究[J].制造业自动化化，2012(24).

[5] 万理想.PLC在物料分拣机械手控制中的应用[J].煤矿机械，2007(7).

[责任编辑 迎客松]

The Design of Multi-function Material Sorting Machine of Light Mechanical and Electrical Integration

QIN Chong

(SanmenxiaVocational&TechnicalCollege,Sanmenxia472000,China)

Aiming at the present situation of water processing and sorting of modern manufacturing industry material transmission parts of Coal mining industry, the material sorting machine of light mechanical and electrical integration is developed. The overall design and module partition have been carried on, which mainly contain mechanical transmission technology, PLC technology, pneumatic technology, sensor technology, frequency conversion technology and touch technology realizing the automation operation. At the same time, the machine is also provided with a touch system, which can been controlled by the touch system and can efficiently and accurately replace the repeated the material sorting operation.

sorting material; PLC; inverter; pneumatic control; step motor; integration

2014-12-12

河南省机械设计及传动系统重点实验室基金项目(KFJY200714)

秦 冲(1982- )，女，河南三门峡人，三门峡职业技术学院讲师，主要从事电气控制研究。

1671-8127(2015)02-0039-04

TP332

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