全自动打孔装订机机构仿真与控制系统研究

论文摘要

全自动打孔装订机是一种新型、环保、自动化程度高的文档装订设备,在银行、工商、证券、税务、图书馆及各类企事业单位中得到广泛使用。本文旨在对全自动打孔装订机整机系统进行设计研究,结合机电一体化产品设计方法,实现机械系统与控制系统的结合,完成产品设计。论文从全自动打孔装订机工作原理与机构运动特征的研究入手,将整体机构分为打孔装置和装订装置,分析各运动机构的作用及相互运动关系,使用三维建模软件Pro/E建立整体机构模型,机构尺寸根据实体样机进行参照定义。利用Pro/E与ADAMS的接口模块MECHANISM/Pro将模型导入到ADAMS软件中,基于虚拟样机软件ADAMS对导入的打孔装订机模型进行运动仿真,检查样机模型的运动特性。针对仿真过程中出现的中断情况,对机构部分尺寸进行重新定义或修正,直至顺利完成运动仿真。利用ADAMS/Processor模块调用装订机运动仿真结果曲线,对其关键机构运动性能进行分析研究,通过运动曲线分析反馈,进一步完善机构模型。在对样机控制系统进行研究的基础上,本文针对其温度、电机等控制模块的不足之处进行改进设计,并增加液晶显示与语音提示功能。利用Protel软件绘制控制系统电路图,以各控制单元模块为基础设计PCB电路板。系统软件设计是基于STC12C5A60S2、STC12C5406型单片机的C程序设计,包括系统启动代码、设备驱动程序和应用程序等。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.2.1 国内装订设备发展概况
• 1.2.2.2 打孔装订设备研究现状
• 1.3 主要研究内容
• 2 全自动打孔装订机总体方案及结构设计
• 2.1 总体结构概述
• 2.1.1 工作原理及机构概述
• 2.1.2 结构设计流程
• 2.1.3 Pro/E软件介绍
• 2.2 打孔装置模型建立
• 2.2.1 整体框架
• 2.2.2 打孔机构
• 2.2.3 锁紧机构
• 2.2.4 自动测长机构及送料机构
• 2.2.4.1 自动测长机构
• 2.2.4.2 送料机构
• 2.2.5 自动切管机构
• 2.3 装订装置模型建立
• 2.3.1 凸轮连杆机构
• 2.3.2 滑动导轨机构
• 2.3.3 装订机构
• 2.4 本章小结
• 3 全自动打孔装订机机构模型运动学仿真
• 3.1 Mechanism/Pro模块简介
• 3.2 PRO/E与ADAMS的数据传递
• 3.2.1 在Pro/E中调用MECHANISM/Pro模块
• 3.2.2 定义刚体
• 3.2.3 定义约束
• 3.2.4 建立驱动
• 3.2.5 传送模型
• 3.3 全自动打孔装订机机构模型运动仿真
• 3.3.1 多体动力学分析软件ADAMS介绍
• 3.3.2 设置运动仿真的工作环境
• 3.3.3 模型仿真前处理
• 3.3.3.1 编辑材料属性
• 3.3.3.2 添加约束
• 3.3.3.3 施加载荷
• 3.3.3.4 施加驱动
• 3.3.3.5 模型检验
• 3.3.4 运动学仿真与结果分析
• 3.3.4.1 打孔过程仿真结果与分析
• 3.3.4.2 装订过程仿真结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 全自动打孔装订机控制系统硬件设计与调试
• 4.1 Protel 99SE软件介绍
• 4.2 控制系统硬件的设计
• 4.2.1 四个微型电动机
• 4.2.2 微动开关的安装及作用
• 4.2.3 热敏电阻的安装及作用
• 4.2.4 液晶语音功能模块的选择及安装
• 4.2.5 薄膜按键操作面板作用及安装
• 4.3 控制系统电路的设计
• 4.3.1 STC12C5A60S2型芯片控制模块电路设计
• 4.3.2 STC12C5406型芯片控制模块电路设计
• 4.4 硬件系统调试
• 4.4.1 硬件静态调试
• 4.4.2 联机仿真
• 4.5 本章小结
• 5 全自动打孔装订机控制系统软件设计与调试
• 5.1 系统程序设计方法
• 5.2 系统程序设计应用软件
• 5.2.1 Keil C51软件
• 5.2.2 STC-ISP软件
• 5.2.3 串口调试软件
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 按键检测
• 5.3.2 电机驱动模块
• 5.3.3 看门狗程序设计
• 5.3.4 液晶显示控制程序设计
• 5.3.5 语音控制
• 5.3.6 串口通讯
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract