齐齐哈尔大学毕业设计（论文）
FU2L1L2L3PEEnable(9)Com(10)+24V(14)L+L-CN1+24V(15)Com(16)Com(17)CnUVWPEB+B编码器ASM1
图2-11伺服电机与驱动控制器电气连接图
2.5 传感器的选型
传感器技术称为现代电子信息产业的三大支柱产业之一。以测量为目的，以一定的精度将被测量转换成为与之有确定关系，易于处理和测量的某种物理量的测量装置或部件。它是自动控制系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节，对于系统的正常运行具有相当重要的作用。现代工程技术要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受各种严酷环境的考验。不少机电一体化装置不实现设计要求其关键原因在于没有合适的传感器，传感器成为了直接制约和影响自动化技术的关键技术。也可以说一台装置传感器的数量与质量是其智能化水平的重要标志与象征。
本课题涉及的基数传感器，对机械手的摆动、伸缩的运动行程，以及机械手爪抓物件的力进行准确测量。常用的传感器有电感式、电涡流式、电容式、光电式、压电式及霍尔式等。
2.5.1 末端触力传感器设计选型
机械手爪末端传感器主要是用来感知机械手抓取物件的力度，并使之保持在安全范围内，保证物件在完好情况下顺利抓取。
首先触力传感器的工作原理为：离子注入的压敏电阻受压弯曲时阻值发生变化，并正比于所施加的触力，触力是通过不锈钢插杆直接作用于传感器内部的硅敏感芯片，桥
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路电阻阻值正比于触力大小，桥路各电阻的变化产生对应的mV输出信号。
本设计运用的是FS-15N1A触力传感器，FS系列触力传感器能够在小型商用级别封装下提供精确、可靠的触力传感功能，传感器内含已技术成熟的经特殊微切削硅传感芯片，低功耗、无放大、无补偿的惠斯顿电桥设计在1500g量程中输出恒定的mV信号。能承受5.5kg的过压，不锈钢插杆提供极为优秀的机械稳定性，能适合各种应用场合，和各种电气连接方式[16]。选型如表2-3
表2-3传感器选型
型号 触力范围g Min FSL05N2C 电源 零点偏置 操作力 灵敏度 线性度 重复性 零点温漂25~2?C，25~40?C 灵敏度温飘 输入阻抗 输出阻抗 过载力 ESD 500 0.02 - -15 0 0.1 - - - - 4.0k 4.0k - 10 灵敏度 Mv/v/gram Typ 0.024 5.0 0 - 0.12 ±10 ±10 ±0.5 ±0.012 5.0k 5.0k - - Max 0.028 12 15 500 0.14 - - - - 6.0k 6.0k 4500 - 里程mv typ 60（5v） VDC mV G mV/g g g mV mV/g - - g Kv 过压 G，max 4500 单位
触力传感器的原理
1脚：VS（+）-被标明于引脚表面 2脚：输出（+） 3脚：接地（-）
4脚：输出（-）如图2-12引脚接线图传感器可恒压或恒流供电，最大供电电压不超过12V，最大供电电流不超过1.6mA。V0=V2-V4，输出电压V0，与电源电压成比例变化，电压波动将引起输出电压的漂移。2，4脚请勿接地或接电源。
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图2-12引脚接线图
图2-13安装尺寸
2.5.2 光电传感器设计选型
本设计主要利用光电传感器来感知的传送带传来的物件，根据用户需求来进行软件编程准确控制机械手动作，使机械手臂运行到准确位置。
光电效应是在光线作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射或物体电导率发生变化或产生光电动势的现象。光电式传感器的工作原理为物质的光电效应，指能灵敏地感受到紫外线到红外线的光能量，并将光能转化为电信号的器件。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电传感器把被测物理量经光电器件转换电信号，具有高精度、非接触、反应快、可靠性较高的优点，发展很快，随着光栅、激光等器件相继研制成功，在自动控制领域应用十分广泛。光电开关在机械检测物体时大多数要求识别“高”、“低”电平即可[17]。
光电开关的工作原理：光电开关是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收，并进行光电转换同时加以某种形式的放大和控制，从而获得最终的控制输出“开”、“关”信号的器件。其中一种对射式光电开关的工作原理如 2-15 所示。（a）发光器件如发光二极管发出光后，由光电接收器件感应出信号，经电路转换输出开关信号；（b）中为发出光线后被物体遮住后，接收端无信号，即为开关的一种状态。如图 2-14 所示为光电开关工作原理图，当金属或有物体接近最左端的感应区中，光电开关电路将输入电流转换成光电信号射出，经同步选通电路，如施密特触发器转换为电平输出到三极管，使之导通或截止。电路中右侧是输出信号端，反映输入端是否执行到位，即物体有无。机械工业常用来检测物品或运动机构是否到位[6]。在设计中使用欧姆龙的光电传感器
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(光电开关)，E3JK-5M3，直流正负12~240V，交流24~240V均可用，交直流通用，有一对常开和常闭触点。消费电力小于3W，检出距离为5m，指向角：3~20，继电器输出最大250V 3A，最小5VDC 10mA。响应时间小于或等于：30ms，工作温度为-25~55，保护构造:IEC60529IP64。
发送 接收 发送 被测物 接收
（a）开关的一种状态 （b)开关的另一种状态
图2-14对射式光电开关工作原理图
如图2-15所示光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再 根据接收到的光线强弱或有无对目标物体进行探测。
2.6 主电路的设计
在主电路的设计里面会设计一些电气元件的选择，保证机械手能安全高效运行。
2.6.1 熔断器的选择
熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。本设计中采用的型号为HRW7-10，额定电压为220V。
2.6.2 热继电器的选择
热继电器是由流入热元件的电流产生热量，使有不同膨胀系数的双金属片发生形变，当形变达到一定距离时，就推动连杆动作，使控制电路断开，从而使接触器失电，主电路断开，实现电动机的过载保护。继电器作为电动机的过载保护元件，以其体积小，结构简单、成本低等优点在生产中得到了广泛应用。
额定电压：热继电器能够正常工作的最高的电压值，一般为交流220V，380V。 额定电流：热继电器的额定电流主要是指通过热继电器的电流
额定频率：一般而言，其额定频率按照45-62Hz设计。本设计选用带速饱和电流互感器的热继电器，型号为NR2-25G/Z 0.1-10A。
2.6.3 接触器的选择
接触器的工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。
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