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大賽作品詳情
作品名稱：基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)
學(xué)校名稱：沈陽(yáng)工學(xué)院
參賽隊(duì)伍：望花區(qū)代表隊(duì)
隊(duì)伍編號(hào)：200434
參賽學(xué)生：李嘉越 劉立軒 李忠麗
指導(dǎo)老師：穆德敏
投票日期：2024年10月08日 00:00->2024年12月05日 15:00
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詳細(xì)說(shuō)明
一、設(shè)計(jì)目的
1、提高分揀效率：通過(guò)先進(jìn)的識(shí)別技術(shù)和機(jī)械化操作，能夠快速、準(zhǔn)確地完成大量標(biāo)準(zhǔn)件的分揀工作，大幅提高分揀效率。
2、降低人力成本：隨著人力成本的上升，企業(yè)面臨巨大的成本壓力。基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)的應(yīng)用能夠大幅減少人工分揀所需的人力資源，降低人力成本。
3、減少分揀誤差：人工分揀過(guò)程中，由于疲勞、注意力不集中等原因，容易出現(xiàn)分揀錯(cuò)誤。而基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)采用先進(jìn)的識(shí)別技術(shù)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)件的信息，并進(jìn)行精確分揀，從而降低分揀誤差率，提升客戶滿意度。
4、增強(qiáng)靈活性和可擴(kuò)展性：基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)具備靈活的配置和更新能力，以適應(yīng)不同類型和規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件，同時(shí)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，可以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)規(guī)模的變化和未來(lái)的技術(shù)發(fā)展。
二、設(shè)計(jì)方案
1、提高分揀效率：通過(guò)先進(jìn)的識(shí)別技術(shù)和機(jī)械化操作，能夠快速、準(zhǔn)確地完成大量標(biāo)準(zhǔn)件的分揀工作，大幅提高分揀效率。
2、降低人力成本：隨著人力成本的上升，企業(yè)面臨巨大的成本壓力。基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)的應(yīng)用能夠大幅減少人工分揀所需的人力資源，降低人力成本。
3、減少分揀誤差：人工分揀過(guò)程中，由于疲勞、注意力不集中等原因，容易出現(xiàn)分揀錯(cuò)誤。而基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)采用先進(jìn)的識(shí)別技術(shù)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)件的信息，并進(jìn)行精確分揀，從而降低分揀誤差率，提升客戶滿意度。
4、增強(qiáng)靈活性和可擴(kuò)展性：基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)具備靈活的配置和更新能力，以適應(yīng)不同類型和規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件，同時(shí)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，可以應(yīng)對(duì)生產(chǎn)規(guī)模的變化和未來(lái)的技術(shù)發(fā)展。
二、設(shè)計(jì)方案
標(biāo)準(zhǔn)件智能分揀機(jī)主要分為模糊分流裝置；精準(zhǔn)分流裝置；重力檢測(cè)計(jì)數(shù)系
統(tǒng)；紅外光電開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)系統(tǒng)；Arduino 軟件智能控制流程。
具體結(jié)構(gòu)如下圖 所示
2.1模糊分流裝置
標(biāo)準(zhǔn)件篩選分配單元在標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)鏈上可以實(shí)現(xiàn)智能化對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件的接收、計(jì)
數(shù)、篩選以及相應(yīng)的配送。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)件篩選分配單元的智能運(yùn)作，節(jié)省了大量的
人力、物力，提高了標(biāo)準(zhǔn)件的篩選分配速度與加工完成標(biāo)準(zhǔn)件成品的合格率，相
應(yīng)的提高了客戶對(duì)廠家的滿意度。
本次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)件篩選分配單元打破了傳統(tǒng)的振動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì)方案理念，將傳統(tǒng)
的振動(dòng)盤(pán)式分揀更改為斜坡分流式分揀，傳統(tǒng)的振動(dòng)盤(pán)式分揀是采用螺旋梯度式
分揀，這種分揀方式耗費(fèi)時(shí)間并且不能分揀某些標(biāo)準(zhǔn)件，而且安裝工藝過(guò)于復(fù)雜，
調(diào)整費(fèi)時(shí)費(fèi)力。從漏斗流下的標(biāo)準(zhǔn)件通過(guò)斜坡滑下，經(jīng)過(guò)擋板的時(shí)候大部分進(jìn)入
傳送帶上的盒子中，節(jié)省了包裝的時(shí)間，少部分進(jìn)入分揀輪進(jìn)行精準(zhǔn)分流。
2.2 精準(zhǔn)分流裝置
分揀機(jī)的第二層為精準(zhǔn)分流裝置，目的是提供一種工作穩(wěn)定、分揀控制可靠、
并且對(duì)分揀機(jī)運(yùn)行速度的穩(wěn)定性的一種傳送帶分揀機(jī)的控制方法。標(biāo)準(zhǔn)件從漏斗
流下時(shí)，被揀標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)入分揀輪的入口，通過(guò)分揀輪被運(yùn)送至下方傳送帶上，經(jīng)
過(guò)傳送帶上的擋板限流，可實(shí)現(xiàn)單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的傳送，通過(guò)紅外傳感器檢測(cè)信號(hào)，
測(cè)出標(biāo)準(zhǔn)件的個(gè)數(shù)。
分揀傳送帶上接納被揀標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)施，可暫時(shí)存放未被取走的標(biāo)準(zhǔn)件，當(dāng)分
揀道口滿載時(shí)，由光電管控制阻止分揀標(biāo)準(zhǔn)件不再進(jìn)入分揀道口。然后是計(jì)算機(jī)
控制器，傳遞處理和控制整個(gè)分揀系統(tǒng)的指揮中心。自動(dòng)分揀的實(shí)施主要靠它把
分揀信號(hào)傳送到相應(yīng)的分揀道口，并指示啟動(dòng)分揀裝置，把被揀商品送入道口。
具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。
2.3 紅外光電開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)系統(tǒng)
光電開(kāi)關(guān)（光電傳感器）是光電接近開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)稱，利用被檢測(cè)的物體遮擋光
束，由同步回路選通電路，從而檢測(cè)物體的有無(wú)，也就是在傳感器檢測(cè)范圍內(nèi)出
現(xiàn)物體干擾傳感器，傳感器本身就會(huì)傳輸信號(hào)。而本次項(xiàng)目主要應(yīng)用了紅外光電
開(kāi)關(guān)，接下來(lái)介紹一下工作原理[5]。
正本裝置提供一種應(yīng)用于分揀系統(tǒng)的紅外數(shù)據(jù)通信裝置，通信裝置包括：通
信控制模塊；對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理模塊；從外部設(shè)備接收紅外數(shù)據(jù)的
紅外接收管，信號(hào)處理模塊將接收的紅外數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并將數(shù)字信號(hào)傳輸
到通信控制模塊；通信控制模塊采用差分曼徹斯特編碼方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編
碼；對(duì)外部設(shè)備發(fā)射紅外數(shù)據(jù)的紅外發(fā)射管，紅外接收管將通信控制模塊提供的
傳輸數(shù)據(jù)以紅外數(shù)據(jù)的形式發(fā)射到外部設(shè)備；通信控制模塊為 FPGA 處理器。此
裝置解決了紅外數(shù)據(jù)收發(fā)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中由于接收光強(qiáng)改變而引起的高低電平持
續(xù)時(shí)間不同的問(wèn)題，采用 FPGA 處理器對(duì)傳輸數(shù)據(jù)依據(jù)差分曼徹斯特編碼進(jìn)行編
解碼，提高了單位時(shí)間內(nèi)的傳輸信息量，正是利用這一特點(diǎn)，在精準(zhǔn)分流裝置的
下方采用紅外光電開(kāi)關(guān)，對(duì)下落的標(biāo)準(zhǔn)件逐個(gè)計(jì)數(shù)，當(dāng)下方盒子中的標(biāo)準(zhǔn)件重量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)關(guān)將自動(dòng)關(guān)閉，保證了產(chǎn)品的準(zhǔn)確性。
2.4 重力檢測(cè)計(jì)數(shù)系統(tǒng)
壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。一般普通壓力傳感器的輸
出為模擬信號(hào)，或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，輸出為數(shù)字信號(hào)。而通常使用的壓
力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器[4]。
壓力傳感器的類型非常多，主要有應(yīng)變式壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴(kuò)
散硅壓力傳感器、藍(lán)寶石壓力傳感器、壓電壓力傳感器等，本次項(xiàng)目主要應(yīng)用了
壓電壓力傳感器，接下來(lái)介紹一下工作原理。
工作原理：當(dāng)薄圓筒內(nèi)側(cè)受到壓力作用時(shí)，圓筒的內(nèi)張力增大，從而使其固
有振動(dòng)頻率升高。利用此效應(yīng)。只要測(cè)出振筒的固有振動(dòng)頻率，就可知道壓力大
小。圓筒的固有振動(dòng)頻率的測(cè)量精度決定于筒的諧振品質(zhì)因數(shù)、信號(hào)處理電路和
時(shí)鐘信號(hào)精度。
當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)件落入稱重機(jī)上后，系統(tǒng)根據(jù)外部信號(hào)，識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)入稱重區(qū)。根
據(jù)稱重輸送機(jī)運(yùn)行速度和輸送機(jī)的長(zhǎng)度，或者根據(jù)電平信號(hào)，系統(tǒng)可以判定標(biāo)準(zhǔn)
件離開(kāi)稱重輸送機(jī)的時(shí)間。從產(chǎn)品進(jìn)入秤臺(tái)到離開(kāi)秤臺(tái)，稱重傳感器將檢測(cè)到的
信號(hào)，控制器選取信號(hào)穩(wěn)定區(qū)域的信號(hào)進(jìn)行處理，就可的得到產(chǎn)品的重量，從而
得到標(biāo)準(zhǔn)件的具體個(gè)數(shù)。
具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。
2.5 Arduino 軟件智能控制流程
控制裝置是控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)控制功能的物理單元。Arduino 是一款便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺(tái)，它構(gòu)建于開(kāi)放原始碼 simple I/O 介面版，并且具
有使用類似 Java、C 語(yǔ)言的 Processing/Wiring 開(kāi)發(fā)環(huán)境。其中硬件部分是可以用
來(lái)做電路連接的 Arduino 電路板；軟件則是 Arduino IDE 是計(jì)算機(jī)中的程序開(kāi)發(fā)
環(huán)境，只要在 IDE 中編寫(xiě)程序代碼，將程序上傳到 Arduino 電路板后，程序便會(huì)
告訴 Arduino 電路板的具體動(dòng)作[3]。
在智能標(biāo)準(zhǔn)件篩選分配單元電氣控制系統(tǒng)中，通過(guò) PLC 控制整個(gè)設(shè)備的動(dòng)
作直流電機(jī)、繼電器等設(shè)備。另外壓力傳感器與紅外傳感器模塊負(fù)責(zé)給 Arduino
板子傳入指令，由 Arduino 板發(fā)出控制指令執(zhí)行所有程序。因此，Arduino 的控
制裝置在機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到了非常廣泛的應(yīng)用。
三、建模展示
四、未來(lái)展望
1、技術(shù)創(chuàng)新與升級(jí)：隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)將實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的 自動(dòng)化和智能化。例如，通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法，分揀機(jī)可以不斷優(yōu)化分揀策略，提高分揀效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)分揀機(jī)與其他設(shè)備的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)更高效的物流協(xié)同。
三、建模展示
四、未來(lái)展望
1、技術(shù)創(chuàng)新與升級(jí)：隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷發(fā)展，基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)將實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別的 自動(dòng)化和智能化。例如，通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法，分揀機(jī)可以不斷優(yōu)化分揀策略，提高分揀效率和準(zhǔn)確性。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)分揀機(jī)與其他設(shè)備的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)更高效的物流協(xié)同。
2、應(yīng)用場(chǎng)景拓展：目前，智能分揀機(jī)主要應(yīng)用于制造業(yè)、物流業(yè)等領(lǐng)域。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，它的應(yīng)用場(chǎng)景將進(jìn)一步拓展。例如，它可以被應(yīng)用于零售業(yè)、醫(yī)療行業(yè)等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更廣泛、更高效的分揀和配送服務(wù)。
3.定制化與靈活性提升：針對(duì)不同行業(yè)和企業(yè)的具體需求，基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)將實(shí)現(xiàn)更定制化的設(shè)計(jì)和制造。通過(guò)靈活的配置和模塊化的設(shè)計(jì)，分揀機(jī)可以適應(yīng)不同類型和規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件，滿足不同客戶的個(gè)性化需求。
3.定制化與靈活性提升：針對(duì)不同行業(yè)和企業(yè)的具體需求，基于5g智能下斜坡式標(biāo)準(zhǔn)件分揀機(jī)將實(shí)現(xiàn)更定制化的設(shè)計(jì)和制造。通過(guò)靈活的配置和模塊化的設(shè)計(jì)，分揀機(jī)可以適應(yīng)不同類型和規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件，滿足不同客戶的個(gè)性化需求。
