基于机械手的车轮外形测量自动化技术研究

摘要

目前，我国新型高速和重载列车的车轮磨耗情况复杂，迫切需要研究其磨耗规律。为了确保磨耗测量数据的准确性，需要对相关仪器进行可靠性测试；同时鉴于磨耗测量数据的二次处理工作烦琐，论文对上述工作的自动化问题进行了研究： 1.分析了手动便携式五连杆车轮外形测量仪的工作原理、结构特点，研究了测量操作流程及测量结果图形生成问题，设计了包括PC机、DSP、五连杆机械手在内的研究开发平台。 2.对运动控制系统的电气线路进行了设计，通过手动过程的力学特点分析，制定了五连杆机械手测量不同磨耗形状的自适应运动控制策略。 3.分析了DSP芯片TMS320LF2407A的PWM模块、正交编码脉冲电路(QEP)模块和串行通信接口(SCI)模块的特性，编写了各模块子程序，并按控制策略编写了运动控制软件。 4.对PC人机界面进行了功能和界面设计，制定了通信协议，研究了使用MSCOMM控件进行串口通信的方法，并编写了串口通信人机界面软件。 5.针对具体应用，提出了AutoCAD图形报告自动生成的实现方案，使用其二次开发工具ObjectARX(AutoCAD Runtime Extesion)，采用轻量多段线(polyline)的绘制方法，编写了AutoCAD曲线自动绘制软件。 在研究开发平台上的联合调试结果表明：五连杆机械手实现了轨迹自适应控制，能在踏面上自动往复运行多次，其运行次数可同时在PC上实时显示；此外，DSP可根据需要上传测试数据供PC进行二次处理，从而具备了完成可靠性测试的条件，也完成了仪器现场测量自动化技术的基础研究。 另外，AutoCAD报告自动生成软件经过多人多次使用，结果表明：软件性能稳定，实现了预定目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1课题研究的背景与意义

1.2车轮外形测量机械手的发展现状

1.3 AutoCAD二次开发工具的选择

1.4课题完成的主要工作

第2章研究平台总体方案设计

2.1外形测量仪的测量原理分析

2.1.1五连杆机构

2.1.2测量轮半径补偿

2.1.3测量仪的数据采集处理

2.2自动化技术的研究方案

2.2.1五连杆机械手运动控制

2.2.2采集数据AutoCAD图形报告自动生成

2.3本章小结

第3章系统硬件方案及控制策略

3.1硬件电气线路设计

3.1.1 DSP、直流电机与L298N的电路设计

3.1.2串行通信的电路设计

3.1.3 DSP与光电编码器之间的连接

3.2控制策略

3.2.1仿生机器人主要研究内容分类

3.2.2仿生法运动控制

3.3本章小结

第4章DSP软件设计

4.1软件开发任务书及流程图

4.1.1软件的主要功能

4.1.2软件主流程图

4.2 PW模块软件设计

4.2.1全比较单元简介

4.2.2 PWM模块软件实现

4.3 QEP电路软件设计

4.3.1 QEP电路简介

4.3.2 QEP模块软件实现

4.4 SCI模块软件设计

4.4.1 SCI模块的特性

4.4.2串行通信可编程的数据格式

4.4.3串行通信接口通信格式

4.4.4串行通信接口波特率计算

4.4.5 SCI异步通信编程

4.5运动控制软件设计

4.6本章小结

第5章PC机软件设计

5.1串口人机界面软件的开发

5.1.1人机通信界面的功能

5.1.2人机界面软件的设计

5.1.3串口通信用户层协议的编制

5.1.4串口通信程序数据包的处理

5.2仪器的测量数据直接图形表现

5.2.1 AutoCAD报告自动生成的实现方法

5.2.2绘制轻量多段线(polyline)的方法

5.2.3自动生成图形报告

5.3本章小结

第6章系统调试

6.1运动控制测试

6.1.1 DSP开发板功能测试

6.1.2 PWM输出调试

6.1.3 QEP电路调试

6.1.4 SCI数据收发调试

6.1.5联合调试

6.2 AutoCAD图形报告自动生成

6.3本章小结

结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文