教学用数控铣床与机械手模型的设计与控制

论文摘要

当今社会需要创新型、复合型人才,而现有的本科教学体系中,学生将理论联系实际的实践还缺乏,造成人才培养与社会需求的脱节。制造系统自动化技术是一门综合性课程,为了提高学生的动手能力、创新能力以及综合运用知识的能力,开发了一套教学用柔性制造系统,包括机械手模型和数控铣床模型及其运动控制系统。在对机械手和数控铣床模型及其控制系统进行总体规划的基础上,设计了模型的结构,基于单片机开发了模型运动控制系统的硬件电路,具有运动控制、位置检测等功能,并基于模块化设计思想,设计了相应的扩展电路。采用VB6.0开发了机械手和数控模型的上位机控制软件,其中机械手控制软件是一可编程软件,用户根据实际需要编写流程图程序,完成对机械手及其它柔性制造系统部件的运动控制;数控铣床模型的上位机软件作为数控代码的编译仿真软件,可完成数控代码的检错功能,直线、圆弧、椭圆和Bézier曲线的插补功能以及对加工轨迹的仿真功能。用Matlab软件完成了对图像二值化的处理以及对二值图骨架的提取,根据像素点的“度”设计了轮廓跟踪方法,实现了对有交叉点图像的轨迹的跟踪,通过精简后的轨迹数据自动生成NC代码。利用机械手软件完成了机械手模型的运动位置控制,利用数控编译软件完成了对手动编写的NC代码及由图像自动生成的NC代码的实物加工,实验结果验证了本设计所具有的功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 工业机械手的发展现状
• 1.3 数控技术及数控培训发展现状
• 1.4 运动控制系统的研究现状
• 1.4.1 运动控制技术发展
• 1.4.2 运动控制器发展现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 机械手及数控铣床模型总体方案设计
• 2.1 数控铣床及机械手模型总体设计
• 2.2 机械手模型设计
• 2.3 数控铣床模型设计
• 2.3.1 数控铣床模型结构设计
• 2.3.2 数控铣床模型设计参数
• 2.3.3 数控铣床模型坐标系
• 2.3.4 数控铣床模型功能分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 控制系统硬件电路设计
• 3.1 单片机选型及电路总体方案
• 3.2 并口扩展电路设计
• 3.3 电机驱动模块设计
• 3.4 中断扩展、数模转换及串口通讯模块设计
• 3.4.1 外部中断扩展模块设计
• 3.4.2 数模/模数转换模块设计
• 3.4.3 串口模块设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 机械手模型控制软件开发
• 4.1 机械手模型控制软件总体方案设计
• 4.2 开关量逻辑检测设计
• 4.2.1 行程开关检测
• 4.2.2 行程开关脉冲控制检测
• 4.3 用户编程数据的维护
• 4.3.1 数据的添加与显示
• 4.3.2 数据的编辑
• 4.4 串口通讯的设计
• 4.5 通讯协议及电机控制的设计
• 4.5.1 通讯协议的制定
• 4.5.2 电机控制设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 图像识别与数控单元的软件开发
• 5.1 单片机程序开发
• 5.1.1 步进电机升降速曲线程序开发
• 5.1.2 直线插补算法程序设计
• 5.1.3 Bézier 曲线插补算法程序设计
• 5.1.4 四象限统一圆弧插补算法程序设计
• 5.1.5 椭圆插补算法程序设计
• 5.1.6 通讯协议的制定
• 5.2 数控编译仿真单元软件开发
• 5.2.1 数控代码错误检测
• 5.2.2 数控编译仿真软件开发
• 5.2.3 实验加工
• 5.3 基于图像生成NC 代码的软件设计
• 5.3.1 基于数学形态学二值图的细化
• 5.3.2 轮廓跟踪及数据的精简
• 5.3.3 数控代码的生成与实验加工
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢