一种自动计量与连续充填包装机械手的研究

摘要

自动计量与自动充填是铁钉等短、小、细、条状建筑材料连续包装过程的关键技术，本文就此开展研究。针对此类材料的特点，提出自动计量与充填机械手的总体技术方案，并对机械手的整体结构、传动系统和控制系统等进行分析。在此基础上，开展了以下几方面的工作：第一，基于PRO/E的机械手机械结构的虚拟装配和运动仿真研究；第二，机械手气动回路设计；第三，单片机自动计量系统开发；第四，PLC运动控制系统研究；第五，开展实验研究。 机械手竖直运动的控制是研究重点和难点。在归纳分析现代气动伺服控制技术基础上，决定采用PLC、PWM 气动高速开关阀、单出杆双作用气动缸、数字编码器、光电距离检测传感器和接近开关等构成气动伺服定位系统；为了获得良好的控制性能，对PWM气动高速开关阀的流量-压力特性和定位系统的控制原理等进行理论分析，获得一些有益的结论；提出目标观测自适应型开-闭环相结合的有效控制方法，试验表明，这种方法不仅能有效抑制定位冲击，而且速度和精度都符合预期要求。 实验研究获得了充分的数据，包括水平运动数据、竖直运动数据、计量系统数据等。这些数据表明，机械手运动控制系统的定位精度和运动速度以及自动计量系统的计量精度完全满足设计要求。 该项研究没有检索到类似研究成果。本文的研究是初步的，为后续的自主研发和填补国内技术空白奠定了基础。

目录

文摘

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北京建筑工程学院硕士学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2全自动包装技术发展概述

1.3气动技术在包装机械中的应用

1.4 PLC在包装机械中的应用

1.5课题的研究方法和主要内容

1.6课题研究的意义

第2章全自动计量与充填机械手总体技术方案研究

2.1技术要求

2.1.1技术指标

2.1.2机电一体化技术

2.1.3动态称量技术

2.1.4计量充填技术

2.2工艺要求

2.3技术路线确定

2.3.1驱动系统性能分析与方案设计

2.3.2动态计量系统控制方式分析及方案设计

2.3.3控制系统性能分析及方案设计

2.4总体技术方案

2.4.1总体方案技术特点分析

2.4.2包装速度技术分析

2.4.3计量精度技术分析

2.5本章小结

第3章全自动计量与充填机械手机械结构设计

3.1机械手机械结构总体设计

3.2机械手运动部件传动机构设计

3.2.1常用机械传动方式概述

3.2.2导轨的特点及选用

3.2.3机械手运动部件传动机构设计要点

3.3机械手料手结构设计

3.4机械结构虚拟仿真设计

3.4.1虚拟仿真设计概述

3.4.2 PRO/E简介

3.4.3机械手零件三维实体建模

3.4.4机械手系统虚拟装配

3.4.5机械手系统运动仿真

3.5本章小结

第4章全自动计量与充填机械手气动回路设计

4.1机械手竖直运动气动回路设计

4.2机械手水平运动气动回路设计

4.3机械手料手驱动气动回路设计

4.4气动元件选择

第5章PWM高速开关阀气动定位系统模型研究

5.1现代气动伺服控制新技术介绍

5.1.1气动伺服控制系统分类

5.1.2 PWM气动伺服系统

5.2高速开关阀概述

5.2.1高速开关阀发展概述

5.2.2高速开关阀分类

5.2.3高速开关阀工作原理

5.3 PWM概述

5.3.1 PWM发展概述

5.3.2 PWM控制原理及特点

5.3.3 PWM信号生成技术

5.4 PWM高速开关阀气动定位系统模型的建立

5.4.1高速开关阀流量-压力特性

5.4.2 PWM高速开关阀气动伺服定位系统模型的建立

5.5本章小结

第6章全自动计量与充填机械手自动控制系统研究

6.1概述

6.2单片机自动计量系统的设计

6.2.1自动计量系统总体设计

6.2.2自动计量系统硬件设计

6.2.3自动计量系统软件设计

6.3 PLC运动控制系统设计

6.3.1运动控制系统总体设计

6.3.2水平运动控制

6.3.3料手动作控制

6.3.4竖直运动控制

6.3.5 RS232串行通信

6.3.6 PLC运动控制系统硬件选择

6.3.7 PLC运动控制系统程序设计

6.4本章小结

第7章实验系统设计、组装与调试

7.1运动控制实验系统

7.2自动计量实验系统

7.3实验数据处理方法

第8章实验研究

8.1自动计量系统实验研究

8.1.1称重传感器校准实验

8.1.2 A/D转换精度实验

8.1.3数字滤波子程序有效性实验

8.1.4自动计量系统总体实验

8.2机械手水平运动特性实验

8.2.1实验方法

8.2.2实验数据

8.2.3实验结论

8.3 PWM伺服定位系统运动特性实验

8.3.1编码器校准实验

8.3.2平衡占空比测试实验

8.3.3 PWM伺服定位系统运动特性实验

8.4运动控制实验系统总体调试

第9章结论与展望

9.1结论

9.2创新点与新见解

9.3展望

参考文献

致谢

附录