自动分拣鸡蛋平台气动系统研究.pdf

2 0 1 4年 1 月 第4 2卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T00L ＆ HYDRAULI CS J a n ． 2 01 4 Vo 1 ． 4 2 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 2 4 自动分拣鸡蛋平台气动系统研究 胡小静 ，颉潭成，毛恒轩，南翔，袁子皓 河南科技大学，河南洛阳4 7 1 0 0 3 摘要主要研究 自动分拣鸡蛋平台的气动系统，包括 自动分拣鸡蛋平台的设计与安装、气动回路设计 ，并对气动回路 中所使用的空气压缩机、减压阀、两位五通电磁阀等元器件进行了选型，并成功连接了气动传动回路。对能吸取有缺陷鸡 蛋的气动真空吸盘控制系统进行了研究，分析了气动回路的可行性 ，结果证明该气动传动 回路设计正确，能把有缺陷的 鸡蛋成功吸起并分拣出来 。 关键词自动分拣鸡蛋平台；气动系统；真空吸盘；控制系统 中图分类号T B 7 9 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 4 20 6 8 3 Re s e a r c h o n Pne u ma t i c S y s t e m o f Au t o ma t i c S o r t i ng Eg g s Pl a t f o r m H U X i a o j i n g ，X I E T a n c h e n g ，M A O H e n g x u a n ，N A N X i a n g ， Y U A N Z i h a o H e n a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，L u o y a n g H e n a n 4 7 1 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e p n e u ma t i c s y s t e m o f t h e a u t o ma t i c s o r t i n g e g g s p l a t f o r m wa s s t u d i e d ma i n l y，i n c l u d i n g t h e d e s i g n a n d i n s t a l l a t i o n o f t h e a u t o ma t i c s o r t i n g e g g s p l a tf o rm ，t h e d e s i g n o f p n e u ma t i c l o o p ． An d a i r c o mp r e s s o r ，p r e s s u r e r e d u c i n g v alv e ，t w o p o s i t i o n fi v e wa y e l e c t r o ma g n e t i c v alv e a n d o t h e r c o mp o n e n t s wh i c h w e r e u s e d i n t h e p n e u ma t i c c i r c u i t we r e s e l e c t e d ．T h e p n e u ma t i c d r i v e c i r c u i t wa s c o n n e c t e d s u c c e s s f u l l y ．Th e p n e u ma t i c v a c u u m c o n t r o l s y s t e m wh i c h c o u l d d r a w t h e d e f e c t i v e e g g s wa s s t u d i e d ．T h e f e asi b i l i t y o f t h e p n e u ma t i c s y s t e m Was a n aly z e d ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t the d e s i gn e d p n e u ma t i c d riv e c i r c u i t i s r i g h t ，a n d i t c a n s u c c e s s f u l l y s u c k u p an d s o r t i n g o u t t h e d e f e ct i v e e g g s ． Ke y wo r d s A u t o ma t i c s o rti n g e g g s p l a tf o rm ；P n e u ma t i c s y s t e m ；Va c u u m c h u c k ；C o n t rol s y s t e m 近年来 ，随着生物制药业的迅猛发展，作为生 物制药企业的原材料和半成品，如何保证鸡蛋正常 孵化并在制药过程中剔除破损 、死胚、弱配 、污染 胚等异常鸡蛋是制药企业的普遍难题。 目前，在 国 内孵化鸡蛋现场，尚无专 门的进行孵化鸡蛋胚体缺 陷检测和分拣设备 ，只能靠 传统 的人工鉴 定和分 拣⋯。 自动分拣鸡蛋平台可以及时检测并剔除劣质 胚蛋 ，有效地 节约 时 间 、空 间 和劳 动力 。此研 究 具 有重要的理论意义和广泛的实用价值 ，实施后极大 地提高了生物制药企业 的产量和 自动化生产水平 ， 对促进企业生产力发展 、提高市场竞争力和提升经 济效益具有重要意义。 1 气动简介 近 2 0多年来 ，气动行业发展很快 ，在工业生产 的各个领域，都已广泛使用了气动技术 。使用气 动技术可以保证产品质量的均一性，可以减轻单调或 繁重的体力劳动，还可 以提高生产效率 、降低成本。 目前，气动真空吸盘的应用也越来越广泛，已经向医 疗、生活等领域扩展。在生产 自动化过程中，可以利 用气动真空吸盘提高工作效率，利用灵巧的真空吸盘 将一般气爪或机械手很难抓起的鸡蛋等易损 、易碎的 物品轻轻地吸起，运送到指定位置上。 2 自动分拣鸡蛋平台的搭建 自动分拣鸡蛋平台由3个部分组成 鸡蛋输送平 台 图 1所示 ，鸡 蛋 图像 处 理平 台 图 2所 示 ， 鸡蛋 自动分拣平台 图 3所示 。3个平台上都安装 有步进电机 ，步进电机由电机梁和电机座梁固定，并 由驱动器驱动旋转。鸡蛋图像处理平台和鸡蛋自动分 拣平台上都分别安装有两个伺服 电机和一个十字滑 台，两个伺服电机一个控制横向移动，另一个控制纵 向移动。整个平台的特征在于该平台是三段式结 构，并且这3个平台相互独立，可以通过铸对角连接 座进行连接 ，也可以进行拆分 ，这样能够使整个装置 便于调试 ，并且平台底部安有脚轮，便于移动。 收稿 日期 2 0 1 21 2 0 2 作者简介胡小静 1 9 8 6 一 ，女，硕士研究生，从事气动 液压设备控制系统 的学习研究。Em ai l x e t p i n g p i n g 1 6 3． c o m。 7 O 机床与液压 第4 2卷 D ≥／ ⋯ 1 、 ／丌印 其中D为吸盘直径，m m； 为吸吊物重力 ，N； t 为安全率。水平吊，t I4 ；垂直吊，t I8 。 P为吸盘 内的真空度 ，M P a 。 实验中一个鸡蛋的平均重力 W 0 ． 0 7 51 0 N 0 ． 7 5 N， ，每个鸡蛋需要一个直径为 3 5 m m的真空吸 盘，因为是水平吊，选安全率 t 4 ，由公式 1 可 得吸吊鸡蛋所需真空度为 p MP a 0 ． 0 0 3 1 2 MP a 一 订D n 一 叮 T3 5 1 一 ‘ 一 3 ． 1 2 k P a 吸盘 内的真空度 P应 在真空 发生器 或真空泵 的最大真空度P 的 6 3 ％ ～ 9 5 ％内选择，以提高真空 吸着的能力 ，又不致使吸着响应时间过长。 3 ． 4 额定流量下测定元件的流量特性 测定气动元件的流量特性 ，只需测定气动元件在 额定流量下上下游的压力降，便可反映出不可压缩流 态下的流量特性。定常流法测定元件的流量特性原理 如图6所示，图中d为上下游管道内径。 图6 定常流法测定元件的流量特性 4 气动回路的控制系统设计 电控柜内部集成系统的大部分控制元件 ，可以用 于控制系统运行，包括控制气动系统中两位五通电磁 阀的换向等。电控柜由P L C、继电器 、接触器、步进 驱动器 、伺服驱动器、P L C供 电电源、步进驱动 电 源、计算机等控制元件组成 ，电控柜的实物图如图 7 所示 。 图 7电控柜 气动系统的智能控制。在现代科学技术的众多领域中， 智能控制技术起着越来越重要的作用。智能控制采用 各种智能技术来实现复杂系统和其他系统的控制 目标， 是一种具有强大生命力的新型自动控制技术。智能控 制保证了控制系统的控制精度 、抗干扰能力、稳定性 等性能。采用参数模糊 自整定 P I D控制方法对气动系 统进行控制。运用模糊推理，即可 自动实现对 P I D参 数的最佳调整，模糊控制技术具有解决难以建立数学 模型的优点，P I D控制具有消除稳态误差的优点，将 模糊控制技术和 P I D控制相结合如图8所示，对气动 真空吸盘参数进行控制，从而将托盘上的鸡蛋平稳抓 起，放到指定位置上，达到分拣鸡蛋的目的。 图 8 参数模糊自整定 P I D控制器结构图 5结论 结合真实的气压试验平台保证了自动分拣鸡蛋平 台气动系统中气动真空吸盘吸取鸡蛋的现场可用性 ， 具有一定的参考价值。实验证明通过智能控制系统 控制气动系统能使真空吸盘得到一个稳定的真空吸附 力，使鸡蛋能够平稳地吸起 ，并且吸着响应时间 也 非常短，可防止鸡蛋掉下 ，减少有缺陷鸡蛋的破损 率，达到自动分拣鸡蛋的 目的。 参考文献 【 1 】胡忠阳． 孵化鸡蛋胚体缺陷在线图像检测系统[ D ] ． 洛 阳 河南科技大学 ， 2 0 0 9 ． 【 2 】武鹏飞， 吴张永 ， 邵晓光． 气动机械手柔性抓取控制系统 设计与仿真分析[ J ] ． 机床与液压 ， 2 0 0 8 ， 3 6 1 2 1 1 6 1 1 7． 【 3 】S M C 中国 有限公司． 现代实用气动技术[ M] ． 北京 机 械工业 出版社 ， 1 9 9 7 ． 【 4 】吴振顺． 气压传动与控制[ M] ． 哈尔滨 哈尔滨工业大学 出版社 ， 1 9 9 5 ． 【 5 】 王晓方． 液压与气动技术 [ M] ． 北京 中国轻工业 出版 社 ， 2 0 0 6 8 2 9 5 ． 【 6 】 张世亮． 液压与气压传动[ M] ． 北京 中国机械工业出版 社 ， 2 0 0 6 7 6 8 4 ． 【 7 】 关浩， 王文涛 ， 刘宁． 采用气压驱动的六足行走机器人及 P L C控制[ J ] ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 7 4 2 42 6 ． 【 8 】 N O U N B a s h i r M Y ， A L B E N D E R F a r i d ， S WE V E R S J a n ， e t a 1 ．Mo de l l i n g a P ne u ma t i c S e r v o Po s i t i o ni ng Sy s t e m wi t h F ri c t i o n [ C ] ／ ／ P r o c e e d i n g s o f t h e A m e ri c a n C o n t r o l C o n f e r - e n c e ． 2 0 0 0 1 0 6 71 0 7 1 ．