柔性加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

1、2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室1同濟(jì)大學(xué)電子信息工程學(xué)院陸 杰 hase_2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 隨著社會(huì)進(jìn)步和生活水平的提高，市場更加需要隨著社會(huì)進(jìn)步和生活水平的提高，市場更加需要具有特色、符合顧客個(gè)人要求樣式和功能千差萬別的具有特色、符合顧客個(gè)人要求樣式和功能千差萬別的產(chǎn)品。激烈的市場競爭迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式發(fā)產(chǎn)品。激烈的市場競爭迫使傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)方式發(fā)生改變，要求對(duì)傳統(tǒng)的零部件生產(chǎn)工藝加以改進(jìn)。傳生改變，要求對(duì)傳統(tǒng)的零部件生產(chǎn)工藝加以改進(jìn)。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)不能滿足市場對(duì)多品種小批量產(chǎn)品的需統(tǒng)的制造系統(tǒng)不能滿足市

2、場對(duì)多品種小批量產(chǎn)品的需求，這就使系統(tǒng)的柔性對(duì)系統(tǒng)的生存越來越重要。隨求，這就使系統(tǒng)的柔性對(duì)系統(tǒng)的生存越來越重要。隨著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所著批量生產(chǎn)時(shí)代正逐漸被適應(yīng)市場動(dòng)態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在替換，一個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi)生產(chǎn)很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi)生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品。出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品。柔性加工柔性加工已已在生產(chǎn)加工領(lǐng)域占有相當(dāng)重要的位置。在生產(chǎn)加工領(lǐng)域占有相當(dāng)重要的位置。 2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)

3、合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 本系統(tǒng)融合了飛思卡爾單片機(jī)技術(shù)、本系統(tǒng)融合了飛思卡爾單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)，使計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)，使工業(yè)控制可視化、智能化、自動(dòng)化。在工業(yè)控制可視化、智能化、自動(dòng)化。在機(jī)電一體化成為潮流的今天，本系統(tǒng)能機(jī)電一體化成為潮流的今天，本系統(tǒng)能滿足工業(yè)控制中更高層次的要求，讓人滿足工業(yè)控制中更高層次的要求，讓人們感受到機(jī)電一體化給工業(yè)控制帶來的們感受到機(jī)電一體化給工業(yè)控制帶來的設(shè)計(jì)的便利和應(yīng)用的靈活。設(shè)計(jì)的便利和應(yīng)用的靈活。2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 本設(shè)計(jì)利用本設(shè)計(jì)利用Motorola公司提供的高性能公

4、司提供的高性能8位單片機(jī)位單片機(jī)芯片芯片MC68HC908GP32為核心為核心，以工業(yè)制造中現(xiàn)實(shí)存，以工業(yè)制造中現(xiàn)實(shí)存在的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)器金屬切割柔性加工流水線控制系統(tǒng)為在的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)器金屬切割柔性加工流水線控制系統(tǒng)為樣本，運(yùn)用傳感器原理、圖像處理、樣本，運(yùn)用傳感器原理、圖像處理、Flash動(dòng)畫制作及動(dòng)畫制作及VB控制技術(shù)，對(duì)流水線系統(tǒng)進(jìn)行控制技術(shù)，對(duì)流水線系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)立體動(dòng)畫監(jiān)控，實(shí)時(shí)立體動(dòng)畫監(jiān)控，對(duì)加工工件進(jìn)行對(duì)加工工件進(jìn)行平整度檢測平整度檢測。通過。通過Motorola單片機(jī)匯單片機(jī)匯編程序?qū)庸ち魉€機(jī)械模型進(jìn)行單步測試以及連續(xù)編程序?qū)庸ち魉€機(jī)械模型進(jìn)行單步測試以及連續(xù)運(yùn)行的控制，并讀取流

5、水線系統(tǒng)反饋的信息量，利用運(yùn)行的控制，并讀取流水線系統(tǒng)反饋的信息量，利用RS-232的串口技術(shù)的串口技術(shù)，以，以VB作為控制平臺(tái)作為控制平臺(tái)，以，以Flash動(dòng)動(dòng)畫畫作為載體，對(duì)流水線采用三維動(dòng)畫形式予以實(shí)時(shí)監(jiān)作為載體，對(duì)流水線采用三維動(dòng)畫形式予以實(shí)時(shí)監(jiān)控。該模型系統(tǒng)幾乎控。該模型系統(tǒng)幾乎與實(shí)際的工業(yè)加工系統(tǒng)完全一致與實(shí)際的工業(yè)加工系統(tǒng)完全一致，且可以且可以方便的移植方便的移植到其他的工業(yè)系統(tǒng)。到其他的工業(yè)系統(tǒng)。2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 1 1） 充分考慮充分考慮隨機(jī)性隨機(jī)性：整個(gè)系統(tǒng)可以同時(shí)完成若干個(gè)工件整個(gè)系統(tǒng)可以同時(shí)完成若干個(gè)工件的加工過程。若

6、干工件放在流水線上可以逐一完成整個(gè)加工過程。的加工過程。若干工件放在流水線上可以逐一完成整個(gè)加工過程。任意一個(gè)加工工件在加工過程中出現(xiàn)了問題都不會(huì)影響整個(gè)流水線任意一個(gè)加工工件在加工過程中出現(xiàn)了問題都不會(huì)影響整個(gè)流水線的加工過程。這充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和先進(jìn)性。的加工過程。這充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和先進(jìn)性。 2） 先進(jìn)的先進(jìn)的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)：可視化、新穎的立體動(dòng)畫監(jiān)控：可視化、新穎的立體動(dòng)畫監(jiān)控界面可以非常直觀的監(jiān)視并控制整個(gè)加工過程，完成實(shí)時(shí)操作，實(shí)界面可以非常直觀的監(jiān)視并控制整個(gè)加工過程，完成實(shí)時(shí)操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的自動(dòng)控制。在動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)過程中我們用現(xiàn)機(jī)電一體化的自動(dòng)控制。在

7、動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)過程中我們用AutocadAutocad建建立立體模型，再通過立立體模型，再通過PhotoShopPhotoShop進(jìn)行渲染達(dá)到真實(shí)的視覺效果，再進(jìn)行渲染達(dá)到真實(shí)的視覺效果，再通過通過FlashFlash制作實(shí)時(shí)動(dòng)畫反映整個(gè)工作流程。這種設(shè)計(jì)思路不僅可制作實(shí)時(shí)動(dòng)畫反映整個(gè)工作流程。這種設(shè)計(jì)思路不僅可以用于本系統(tǒng)還可以直接移植到其他工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)建模，具有很強(qiáng)以用于本系統(tǒng)還可以直接移植到其他工業(yè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)建模，具有很強(qiáng)的可移植性?？梢钥s短其他系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。的可移植性。可以縮短其他系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 3）自動(dòng)檢測自動(dòng)檢測：對(duì)

8、加工的工件可以進(jìn)行質(zhì)量檢測，對(duì)加工的工件可以進(jìn)行質(zhì)量檢測，并進(jìn)行分選堆放，整個(gè)過程無需人工參與。這種設(shè)計(jì)并進(jìn)行分選堆放，整個(gè)過程無需人工參與。這種設(shè)計(jì)思路完全符合當(dāng)前機(jī)電一體化過程中加工與質(zhì)量檢測思路完全符合當(dāng)前機(jī)電一體化過程中加工與質(zhì)量檢測同步實(shí)現(xiàn)的潮流。同步實(shí)現(xiàn)的潮流。 4 4）安全性：安全性：確保加工過程的絕對(duì)安全是當(dāng)今工確保加工過程的絕對(duì)安全是當(dāng)今工業(yè)人性化的表現(xiàn)。本系統(tǒng)中的安全保障模塊利用光柵業(yè)人性化的表現(xiàn)。本系統(tǒng)中的安全保障模塊利用光柵確定一定的隔絕區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間里一旦操作者不慎確定一定的隔絕區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間里一旦操作者不慎將肢體伸入，則光柵系統(tǒng)會(huì)向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，將肢體伸入

9、，則光柵系統(tǒng)會(huì)向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)將被中斷以防止意外的發(fā)發(fā)出報(bào)警信號(hào)同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)將被中斷以防止意外的發(fā)生。生。2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 5）性價(jià)比：性價(jià)比：整個(gè)系統(tǒng)能完成復(fù)雜的工業(yè)操作，整個(gè)系統(tǒng)能完成復(fù)雜的工業(yè)操作，輸入輸出的控制量非常之多，同時(shí)還要保證與計(jì)算機(jī)保輸入輸出的控制量非常之多，同時(shí)還要保證與計(jì)算機(jī)保持實(shí)時(shí)同步的信息交流（通過串口通訊）。但通過口的持實(shí)時(shí)同步的信息交流（通過串口通訊）。但通過口的擴(kuò)展模塊，整個(gè)系統(tǒng)的成本并不高，僅僅一塊擴(kuò)展模塊，整個(gè)系統(tǒng)的成本并不高，僅僅一塊8 8位單片機(jī)位單片機(jī)就可以完成整個(gè)控制過

10、程，充分利用了單片機(jī)的每個(gè)端就可以完成整個(gè)控制過程，充分利用了單片機(jī)的每個(gè)端口。其較高的性價(jià)比決定了它具有很高的實(shí)用性?？?。其較高的性價(jià)比決定了它具有很高的實(shí)用性。 6）模塊化：模塊化：由單片機(jī)作為中間橋梁，將流水線的由單片機(jī)作為中間橋梁，將流水線的各個(gè)模塊有機(jī)的結(jié)合起來，充分展示了模塊化的好處，各個(gè)模塊有機(jī)的結(jié)合起來，充分展示了模塊化的好處，也充分利用了單片機(jī)的處理能力，有機(jī)的協(xié)調(diào)了各個(gè)模也充分利用了單片機(jī)的處理能力，有機(jī)的協(xié)調(diào)了各個(gè)模塊的功能。塊的功能。 2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 1 1）輸入輸出量很多且彼此邏輯關(guān)系復(fù)雜輸入輸出量很多且彼此邏輯關(guān)

11、系復(fù)雜： 整個(gè)系統(tǒng)共有整個(gè)系統(tǒng)共有16個(gè)開關(guān)量和傳感器，個(gè)開關(guān)量和傳感器，24個(gè)馬達(dá)控個(gè)馬達(dá)控制量，要用一個(gè)合適的算法使得開關(guān)量和傳感器實(shí)時(shí)制量，要用一個(gè)合適的算法使得開關(guān)量和傳感器實(shí)時(shí)反映系統(tǒng)的工作狀況，并根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)控制系統(tǒng)的動(dòng)反映系統(tǒng)的工作狀況，并根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)控制系統(tǒng)的動(dòng)作即控制相應(yīng)馬達(dá)的停作即控制相應(yīng)馬達(dá)的停/轉(zhuǎn)，流水線本身的規(guī)模決定了轉(zhuǎn)，流水線本身的規(guī)模決定了系統(tǒng)動(dòng)作比較復(fù)雜，馬達(dá)之間有聯(lián)動(dòng)和互鎖關(guān)系，這系統(tǒng)動(dòng)作比較復(fù)雜，馬達(dá)之間有聯(lián)動(dòng)和互鎖關(guān)系，這些在設(shè)計(jì)中都要充分考慮到。我們采用的是些在設(shè)計(jì)中都要充分考慮到。我們采用的是“狀態(tài)狀態(tài)”法法（詳見模塊設(shè)計(jì)），很好的解決了這一控制難題。

12、（詳見模塊設(shè)計(jì)），很好的解決了這一控制難題。 2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 2 2）監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性： 在整個(gè)系統(tǒng)的加工過程中，立體動(dòng)畫必須同步在整個(gè)系統(tǒng)的加工過程中，立體動(dòng)畫必須同步的反映系統(tǒng)的加工狀態(tài)，從而有效地進(jìn)行監(jiān)控，確保的反映系統(tǒng)的加工狀態(tài)，從而有效地進(jìn)行監(jiān)控，確保系統(tǒng)流水線穩(wěn)定正常的進(jìn)行加工，在必要的時(shí)刻可以系統(tǒng)流水線穩(wěn)定正常的進(jìn)行加工，在必要的時(shí)刻可以將整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。我們采用了將整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位。我們采用了MSCommMSComm控件，（詳見模控件，（詳見模塊設(shè)計(jì)），很好的解決了這一同步監(jiān)控難題塊設(shè)計(jì)），很好的解決了這一同步監(jiān)控

13、難題 2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_l工作電壓：工作電壓： 24VDC 24VDCl傳感器：傳感器： 電感式接近開關(guān)電感式接近開關(guān) 6 6l 限位開關(guān)限位開關(guān) 10 10l執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 單向馬達(dá)單向馬達(dá) 6 6 雙向馬達(dá)雙向馬達(dá) 8 8l控制部分：控制部分： 數(shù)字輸入數(shù)字輸入 13 13l數(shù)字輸出：數(shù)字輸出： 22 22l模擬輸入：模擬輸入：1 1l外觀尺寸（長外觀尺寸（長寬寬高）：高）：600550330mm 2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_l流水線實(shí)物圖流水線實(shí)物圖l流水線示意動(dòng)畫流水線示意動(dòng)畫l系統(tǒng)框圖系統(tǒng)

14、框圖 l設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 返回2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室13點(diǎn)擊此處進(jìn)入flash動(dòng)畫演示請(qǐng)點(diǎn)擊鼠標(biāo)有鍵在新窗口中打開 返回2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 返回2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 將復(fù)雜的流水線控制系統(tǒng)分為四大模塊實(shí)將復(fù)雜的流水線控制系統(tǒng)分為四大模塊實(shí)現(xiàn)，四大模塊之間既各自獨(dú)立（這樣便于模塊現(xiàn)，四大模塊之間既各自獨(dú)立（這樣便于模塊化設(shè)計(jì)）又由單片機(jī)作為中間橋梁相互聯(lián)系構(gòu)化設(shè)計(jì)）又由單片機(jī)作為中間橋梁相互聯(lián)系構(gòu)

15、成有機(jī)的整體系統(tǒng)。其中硬件電路完成兩大功成有機(jī)的整體系統(tǒng)。其中硬件電路完成兩大功能，一個(gè)是流水線運(yùn)作的邏輯控制，一個(gè)是直能，一個(gè)是流水線運(yùn)作的邏輯控制，一個(gè)是直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。其中流水線的邏輯控制是一大流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。其中流水線的邏輯控制是一大難點(diǎn)，這里要求多個(gè)工件同時(shí)能夠在流水線上難點(diǎn)，這里要求多個(gè)工件同時(shí)能夠在流水線上有條不紊的工作。這對(duì)單片機(jī)的程序編寫提出有條不紊的工作。這對(duì)單片機(jī)的程序編寫提出了一個(gè)尋求合適算法的要求。其次，加上必要了一個(gè)尋求合適算法的要求。其次，加上必要的外圍設(shè)備與單片機(jī)協(xié)調(diào)工作可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加工的外圍設(shè)備與單片機(jī)協(xié)調(diào)工作可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加工產(chǎn)品的質(zhì)量檢測和對(duì)加工過程的安全保障。產(chǎn)

16、品的質(zhì)量檢測和對(duì)加工過程的安全保障。 返回2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_l流水線控制系統(tǒng)流水線控制系統(tǒng)利用摩托羅拉匯編語言利用摩托羅拉匯編語言完成過程控制完成過程控制 l控制界面模塊控制界面模塊利用利用Vusial basic Vusial basic 語言實(shí)現(xiàn)語言實(shí)現(xiàn)流水線的控制界面劣勢流水線的控制界面劣勢l工件表面平整度測試模塊工件表面平整度測試模塊基于摩托羅基于摩托羅拉單片機(jī)的光電測試方法拉單片機(jī)的光電測試方法 l安全保障模塊安全保障模塊利用安全光柵屏障提高系統(tǒng)利用安全光柵屏障提高系統(tǒng)的安全性的安全性 2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合

17、教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_“狀態(tài)法”控制馬達(dá)從而控制履帶的轉(zhuǎn)停及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 “狀態(tài)法”的基本思路 將每一個(gè)開關(guān)和傳感器的狀態(tài)抽象成為電信號(hào)以（將每一個(gè)開關(guān)和傳感器的狀態(tài)抽象成為電信號(hào)以（0、1）表示，故整個(gè)流）表示，故整個(gè)流水線上的開關(guān)和傳感器都可以看作單片機(jī)的輸入量，根據(jù)輸入量之間的關(guān)系我們水線上的開關(guān)和傳感器都可以看作單片機(jī)的輸入量，根據(jù)輸入量之間的關(guān)系我們可以設(shè)計(jì)出輸出量與輸入量之間的邏輯代數(shù)關(guān)系，利用這些邏輯關(guān)系控制馬達(dá)從可以設(shè)計(jì)出輸出量與輸入量之間的邏輯代數(shù)關(guān)系，利用這些邏輯關(guān)系控制馬達(dá)從而控制履帶的轉(zhuǎn)停及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。而控制履帶的轉(zhuǎn)停及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器

18、聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 控制的馬達(dá)均為直流馬達(dá)，關(guān)鍵的控制量為速度控制，正反轉(zhuǎn)控制。由PWM波發(fā)生電路控制馬達(dá)速度，正反轉(zhuǎn)靠光耦及MOS管電路控制。2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 返回2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_利用com口通信將相關(guān)信息傳送至計(jì)算機(jī)，通過分析，利用vb演示界面實(shí)時(shí)播放相關(guān)視頻文件以及傳感器狀態(tài)。此外，通過vb控制界面，設(shè)計(jì)單步檢測功能，通過向串口發(fā)送信號(hào)控制仿真模

19、型電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)測試功能。實(shí)時(shí)動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)方法：1）模型抽象:通過實(shí)際部件測量等抽象方式，達(dá)到了解所需繪制對(duì)象的總體形象，基本構(gòu)造以及主要比例關(guān)系。2）建模及顯示：采用Autocad進(jìn)行部件建模，然后采用flash對(duì)繪制的部件進(jìn)行渲染， VB程序通過對(duì)串口信息的采集結(jié)合flash進(jìn)行動(dòng)畫實(shí)時(shí)顯示。 2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_ 返回2022-3-25同濟(jì)大學(xué)-飛思卡爾微控制器聯(lián)合教學(xué)實(shí)驗(yàn)室Hase_這個(gè)模塊的主要功能是結(jié)合MC68HC908GP32單片機(jī)，通過計(jì)算機(jī)程序控制儀器和虛擬儀器技術(shù)共同實(shí)現(xiàn)流水線上工件平整度的自動(dòng)檢測。設(shè)計(jì)中使用的主要技術(shù)包括：發(fā)光二極管和光電傳感器的使用；平整度檢測硬件實(shí)現(xiàn)；與Motorola芯片配合