全自动锁螺丝机关键技术的研究

摘要

电子产品生产装配工艺中,螺丝锁紧是最重要的工序之一,全自动锁螺丝机是提高生产效率和保证产品质量的自动化设备。
　　详细总结了国内外锁螺丝机及其关键技术(螺丝孔识别及特征提取技术、螺丝孔精确定位技术)的发展现状,分析了现有锁螺丝机的组成和特点,并结合目前电子产品的特点及其生产组装的工艺要求,提出一种全自动锁螺丝机的方案。它是先由螺丝孔识别及特征提取技术获得待锁螺丝孔的参数(半径和坐标),将参数输入到电机主控板后,由电机驱使电动螺丝刀头移动,精确定位到螺丝孔后将螺丝锁付到螺丝孔中。
　　本文从螺丝孔识别及特征提取技术和螺丝孔精确定位技术两个方面展开研究。针对螺丝孔识别及特征提取技术,详细分析了本课题的相关图像预处理技术,并进行仿真研究。总结了图像识别及特征提取理论,并在 Matlab中仿真研究了Hough变换圆检测、圆形度圆检测算法,比较了二者的检测精度和处理时间,得出圆形度圆检测算法对本课题的螺丝孔检测效果更优。
　　针对螺丝孔精确定位技术,建立了直流电机数学仿真模型。分析了经典PID、前馈控制及干扰观测器的算法和作用,提出一种新型双环控制系统。这个系统基于位置环、速度环的复合双环控制系统上添加速度观测器,论证了在控制系统的速度环上加入设计合理的速度观测器具有不改变控制系统架构及系统传递函数的特征,而且能很好地抑制速度反馈环上的噪声,并对其进行仿真分析;通过与复合双环控制系统、只含有干扰观测器的复合双环控制系统及只含有速度观测器的复合双环控制系统对比,证明了此新型双环控制系统既能抑制外部干扰,也能消除测量噪声带给系统的影响,具有高的鲁棒性和很好的跟踪性能。
　　根据全自动锁螺丝机的定位精度要求,设计了基于TMS320F28335、IR2130及增量编码器的直流电机控制系统。给出了硬件电路原理图和基于新型双环控制算法的软件流程图。

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第一章 绪论

§1.1 课题研究背景及意义

§1.2 螺丝机的研究现状

§1.3 本课题研究的关键技术

§1.4 本论文的主要工作

§1.5 本章小结

第二章 全自动锁螺丝机的构成分析

§2.1 全自动锁螺丝机的定义

§2.2 全自动锁螺丝机的构成

§2.3 全自动锁螺丝机的工作步骤

§2.4 全自动锁螺丝机的内部架构示意图

§2.5 本章小结

第三章 全自动锁螺丝机的螺丝孔坐标提取模块

§3.1 图像预处理相关理论

§3.2 螺丝孔边缘检测理论选择

§3.3 螺丝孔识别及特征提取

§3.4 本章小结

第四章 螺丝孔精确定位模块

§4.1 直流电机的建模

§4.2 直流电机控制系统架构

§4.3 Matlab/Simulink仿真分析

§4.4 本章小结

第五章 全自动锁螺丝机运动控制部分设计

§5.1 直流电机精确控制系统方案

§5.2 主控芯片选择

§5.3 增量编码器

§5.4 TMS320F28335外围电路

§5.5 主回路及驱动电路

§5.6 信号检测电路

§5.7 运动控制模块软件设计

§5.8 本章小结

第六章 结论与展望

§6.1 结论

§6.2 展望

参考文献

附录一 直流电机控制系统

附录二 TMS320F28335最小系统

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果