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1、lw 武汉轻工大学武汉轻工大学 毕业设计 论文 毕业设计 论文 设计设计 论文论文 题目 题目 检测小车自驱动系统研制检测小车自驱动系统研制 姓姓 名名 学学 号号 090408510090408510 院院 系系 电气与电子工程学院电气与电子工程学院 专专 业业 电子信息工程电子信息工程 指导教师指导教师 20132013 年年 5 5 月月 1111 日日 lw 检测小车自驱动系统研制检测小车自驱动系统研制 摘要摘要 原来对 C 型架上的 X 射线的发射及接收装置进行校准检测的方法为 在 C 型 架上放置导轨工作台 一名操作员采用目测定位 在现场推动装载标准板的小车移 动到下一个电离室 通
2、过对讲机 向操作室的操作员报告定位完成 从而实现对 C 型架上的 114 个电离室进行逐一校准检测工作 5 种不同厚度标准 需 2 人操作 两个工作日完成 效率低下 定位为人工目测 误差较大 为了能够自动而且精确的进行定位 需要采取机电结合的手段 通过对原机械 系统进行部分改造 并加装传动箱 设计检测小车自驱动控制系统 从而实现小车 自动移动并在指定位置精确定位 提高检测精度和工作效率 关键字 关键字 伺服电机 零位检测 AVR 单片机 触摸屏 传送箱 lw 目录目录 第一章第一章 项目研究前状况及问题项目研究前状况及问题 4 4 一 一 项目研究前状况项目研究前状况 4 4 一 研究项目在本
3、行业内的水平对比 4 二 二 问题的提出和系统改造目标问题的提出和系统改造目标 4 4 第二章第二章 主要研究内容及分析主要研究内容及分析 5 5 一 一 机械部分的研究内容及分析机械部分的研究内容及分析 5 5 一 组成 5 二 轨道支架 5 三 检测检测运载小车 7 四 传动系统 8 二 二 电气部分的研究内容及分析电气部分的研究内容及分析 1 10 0 一 操作室操作人员对小车操作的控制方式 10 二 现场小车自驱动控制实现分析 11 第三章第三章 总结总结 1 15 5 第四章第四章 谢辞谢辞 1 16 6 第五章第五章 参考文献参考文献 1 17 7 第六章第六章 附录程序附录程序
4、1 18 8 lw 第第 1 1 章章 项目研究前状况及问题项目研究前状况及问题 一 项目研究前状况一 项目研究前状况 带钢的厚度检测是轧钢过程中质量控制的一个重要环节 为了保证检测数据的 可靠性 必需每周对 C 型架上的 X 射线的发射及接收装置进行检测和校准 目前对 C 型架上的 X 射线的发射及接收装置进行校准检测的方法为 在 C 型架 上放置导轨工作台 使用滑动小车装载标准板 通过在工作台上的移动 实现对 C 型架上的 114 个电离室进行逐一校准检测工作 由于该滑动小车没有驱动系统 因 此每校准完一个电离室 需一名操作员在现场人工推动装载标准板的小车移动到下 一个电离室 定位时采用目
5、测 通过对讲机 向操作室的操作员报告定位完成 并 且 X 射线会对人造成辐射伤害 现场操作员必须远离检测现场 然后操作室里的操 作员启动校准系统对该点进行信息检测并校准 因此该项工作目前需检测操作人员 3 人以上 劳动效率低下 目测定位误差较大 使得校准系统存在校准误差 检测 过程中 要对 C 型架上的 114 个电离室进行 5 种不同厚度标准的检测和校准 需两 个工作日才能完成 平时定修时无法完成 1 1 研究项目在本行业内的水平对比研究项目在本行业内的水平对比 目前在本行业中 对小车的定位和移动仍然采用手动移动和人工定位 本项 目实现小车自动移动并在指定位置精确定位 一名操作人员就可在操作
6、室对系统进 行控制并完成 C 型架上的所有电离室校准工作 工作效率得到极大提高 该系统能 在降低劳动强度的前提下 减少工作人员 有效提高劳动效率 在本行业内的水平 为国内先进 二 问题的提出和系统改造目标二 问题的提出和系统改造目标 鉴于此 我们考虑对移动检测小车进行自动驱动系统改造的研制课题 实现小 车自动移动并在指定位置精确定位 一名操作人员就可在操作室对系统进行控制并 完成 C 型架上的所有电离室校准工作 且工作效率得到极大提高 该系统能在降低 劳动强度的前提下 减少工作人员 有效提高劳动效率 lw 第二章第二章 主要研究内容及分析主要研究内容及分析 一 机械部分的研究内容及分析一 机械
7、部分的研究内容及分析 一 一 组成组成 本设备的机械部分 如图 2 1 所示 主要由轨道支架 检测运载小车 传动箱构 成 图 2 1 机械系统部分的三维图 二 轨道支架 二 轨道支架 1 轨道支架组成轨道支架组成 lw 本子系统主要由左侧板 右侧板通过连接长管 连接短管连接而成 为了能够 测试两边的电离室 用一个支撑板把左右两侧板之间的空间进行分隔 左右两侧板 的上边弯折部分固定了 9 个标尺 用于对 114 个电离室定位 在左右侧板的内下侧 通过螺纹连接 6 个调整块 每边各 3 个 调节拧在调整块内的螺钉 可以改变支架 与 C 型架之间的距离 从而调整轨道支架的水平度 而在左右侧板的上边沿
8、安装有 两个水平尺 图中没有示意 通过观察这两个水平尺中气泡的移动 可以确定调平 的情况 图 2 2 轨道支架三维部装图 2 轨道支架功能轨道支架功能 在钢板厚度检测时 轨道支架起到一个支撑作用 工作中 轨道支架安装在 C 型架上 通过其上的两个调整块中的销钉定位 并通过其它调整块中的销钉调平 传动箱搁置在支撑板上 并通过传动箱支架的连接孔与轨道支架固定 小车的四个滚轮在轨道支架的两个侧板上滚动 因此轨道支架的两侧板的上边 沿又起到一个轨道的作用 轨道支架在工作过程中主要起到一个支撑 定位的作用 lw 三 检测检测运载小车 三 检测检测运载小车 1 1 检测运载小车组成检测运载小车组成 图 2
9、 3 运载小车三维部装图 检测运载小车是一个轮式结构 它的主体部分是一块带有两个长方孔的硬铝板 通过四块连接板分别与四个滚轮相连接 在底板的顶面 两个长方孔的两侧 固定 两根角铝挡板 用于在工作中对标准钢板限位 而在底板的下表面靠边沿的地方 通过螺纹连接件与一连杆连接座固定 该连杆连接座在工作状态时会通过一个连杆 与传动箱中的螺母相连接 这样 当螺母做直线运动时 就可以通过连杆驱动该连 杆连接座 从而驱动小车在轨道支架上做往复直线运动 2 检测运载小车功能检测运载小车功能 运载小车是实现本自动检测功能的执行系统 工作过程中 首先把标准钢板放置在运载小车的两个长方孔上方并通过两挡板 正确定位 当
10、小车被传动箱驱动而在轨道支架上来回运动时 X 射线会穿过标准板 而进行厚度检测 从而对各电离室进行校准 3 工作原理工作原理 lw 在工作过程中 传动箱中的螺母做直线往复运动 从而通过连杆驱动小车在轨 道支架上做直线往复运动 由于传动箱中的螺母是在直线轨道上运动 而小车是在 与该直线轨道平行的轨道上运动 因此 螺母 连杆 小车组成一个双滑块形式的四 杆机构 如图 2 4 图 2 4 检测运载小车工作原理图 四 传动系统 四 传动系统 1 传动系统组成传动系统组成 在机械方面 传动系统是整个自动检测系统的核心部件 传动的核心是一套丝杠螺母机构 通过滚珠丝杠的转动得到螺母的直线运动 从而 lw 完
11、成运动形式的转化 具体来说 该机构的组成如下 伺服电机在控制系统的控制 下进行间歇转动 通过联轴器带动丝杠转动 从而驱动螺母沿着丝杠做直线运动 而螺母与连杆连接座固定 该连接座会通过一个连杆与小车上的连接座进行连接 从而推动小车作直线往复运动 图 2 5 传动系统三维部装图 在结构上 滚珠丝杠通过两端的轴承与机架相连 两端的轴承以及丝杠形成一 套一端固定 一端移动的简支梁结构形式 机架在本系统中起到支撑 包容的作用 而传动箱支架是一个独立的零件 由型材焊接而成 它与传动箱之间通过螺纹联接 件固定 在工作时 它的两端则与轨道支架相连接 2 传动系统功能传动系统功能 在钢板厚度检测时 传动系统起到
12、一个提供动力 并传递动力 转换运动的功 能 它是整个系统的核心 伺服电机是动力部分 为使用方便 就直接封装在传动箱内 而滚珠丝杠机构 则是螺旋机构的一种形式 负责把转动变成直线运动 通过合适的导程 就可以实 现所需要的各种速度的直线运动 3 工作原理工作原理 在控制系统的驱动下 伺服电机接受电脉冲 产生一定数量的旋转运动 该旋 转运动从伺服电机的输出轴输出 经过凸缘联轴器 把运动传递到丝杠 丝杠的两 lw 端通过轴承与机架连接 这样 丝杠相对于机架而转动 推动上面的螺母做运动 在机架的底部有两根方钢 为螺母的运动提供导向作用 使得螺母最终沿着轴向做 直线运动 为了把该运动传递到轨道支架上的小车
13、 在螺母上固定了一个连杆连接座 该 连杆连接座与连杆相连接 而通过连杆驱动小车运动 二 电气部分的研究内容及分析二 电气部分的研究内容及分析 控制原理图 控制原理图 小车自动驱动控制系统原理图如图 2 下 触摸屏操作控制器 控制模块 伺服电机 驱动模块 伺服电机 小车电源模块1 限位保护 控 制 室 工 作 现 场 零位检测 现场控制箱 传动箱 图 2 6 小车自动驱动控制系统原理图 一 操作室操作人员对小车操作的控制方式 一 操作室操作人员对小车操作的控制方式 在操作室设置触摸屏操作控制器 操作员在操作室通过触摸屏操作控制器操作 界面一方面向工作现场的设备发出启动 停止 增加 减少 复位等控
14、制指令 另 lw 一方面 接收并实时显示移动小车的当前位移信息 二 现场小车自驱动控制实现分析 二 现场小车自驱动控制实现分析 现场小车驱动模块的方案设计目标是 控制小车实现一定行程的精确移动 从 而保证小车定位的的高速性 精确性 本系统主要由伺服电机 现场控制箱 触摸 屏操作控制器及零位检测 限位等组成 模块工作原理为 驱动控制模块根据小车 当前的位置信息和目标位置信息发出控制信号驱动伺服电机旋转 使得滚珠丝杆上 的小车在工作台上直线运动 以实现小车从一校准检测点精确定位到下一个校准检 测点 电气部分接线图如下 图 2 7 电气接线图 1 伺服控制系统伺服控制系统 本系统主要由直流电源转换模
15、块电路 系统中的电压包括 24V 12V 5V 9V 等 编码器鉴相电路 D A 转换电路 负电压产生电路 信号放大与处理电路 继电器输出驱动电路 伺服控制器驱动接口电路 485 通信 电路 RS232 串行通信转换电路 零位检测电路 LED 输出电路和 CPU 伺服电机 控制系统主要实现的功能是与人机界面实现数据通信和控制伺服控制器的工作状态 使伺服电机按要求进行工作 PCB 板电路原理图如下 lw 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date 12 Sep 2012Sheet of File D 主主主主 主主主主主主
16、主主主主 主主主主 主主主 XW J04 ddbDrawn B y 1 M OSI PB5 2 M ISO PB6 3 SC K PB 7 4 RE SET 5 RX D0 PD0 6 VC C 7 TX D0 PD1 8 IN T0 X CK1 PD2 9 IN T1 C P3 PD 3 10 TO SC1 XCK 0 OC3A PD 4 11 OC 1A T OSC 2 PD 5 12 WR PD6 13 RD PD7 14 XTAL2 15 XTAL1 16 GND 17 VCC 18 A8 PCINT8 PC0 19 A9 PCINT9 PC1 20 A10 PCINT10 PC2 21 A11 PCINT11 PC3 22 TCK A12 PCINT12 PC4 23 PC 5 A13 TM S PC INT13 24 PC 6 A14 TDO PCINT14 25 PC 7 A15 TDI PCIN T15 26 PE 2 OC 1B 27 PE 1 AL E 28 GN D 29 PE 0 ICP1 INT 2 30 PA 7 AD 7 PC INT7 31 PA 6 A
