基于珩磨气动测量技术的运动控制卡研究.pdf

基于珩磨乏动测量孜术的运动控薷j 卡研究木 口宁会峰啦口麻秦凡啦口龚俊∽口雷振宁1 2 1 ．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室 兰州7 3 0 0 5 0 2 ．兰州理T 大学机电工程学院 兰州 7 3 0 0 5 0 摘要阐述了利用运动控制卡实现珩磨气动测量的机理，提出了运动控制卡实现气动技术测量的方法。介绍了测 量系统的标定方法以及运动控制系统、硬件系统和软件系统的构成，分析了气动测量仪产生误差的原因。珩磨机气动测 量技术具有性能好、使用方便的特点．有广泛的应用价值。 关键词运动控制卡气动测量工控机珩磨机 中图分类号T H l 3 8 ．7 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 2 0 8 0 0 2 4 0 4 A b s t r a c t T h i sa r t i c l ee x p o u n d sm a i n l yt h em e c h a n i s ma n dt h ea p p r o a c ho nh o wt o u s em o t i o nc o n t r o lb o a r dt or e a l i z e p n e u m a t i cm e a s u r e m e n td u r i n gh o n i n gp r o c e s s ．I tg i v e sa ni n t r o d u c t i o no nt h ec o m p o s i t i o no fm o t i o nc o n t r o ls y s t e m s ，h a r d w a r e s y s t e ma n d8 0 f l w a r es y s t e m s ．a na n a l y s i so nt h ee r r o rc a u s e so fp n e u m a t i cg a u g i n gi n s t r u m e n ta n d 蛐i n t r o d u c t i o no n t h e c a l i b r a t i o no ft h em e a s u r i n gs y s t e m ．仆ep n e u m a t i cm e a s u r i n gt e c h n o l o g yf o rh o n i n gm a c h i n es o u n dp e r f o r m a n c ea n de a s y o p e r a t i o na n di sv a l u e df o rw i d er a n g eo fa p p l i c a t i o n s ． K e yW o r d s M o r i o nC o n t r o lB o a r d P n e u m a t i cM e a s u r e m e n tI n d u s t r i a lC o n t r o I H o n i n gM a c h i n e 由于运动控制卡系统可靠、方便的特点，已在数控 机床上广泛使用．目前取代了早期的继电器控制回路 系统。运动控制卡采用各类开关、传感器，通过分配控 制软件点实现控制。 气动测量⋯1 是一种非接触测量，具有精度高、测 量力小、对被测T 件有自沽作用的特点，不受工件表面 材质的影响。该方法以压缩空气作为介质，利用空气在 管道中的流量或压力随喷嘴与被测工件之间的间隙不 同而改变．将尺寸量或位移量转化为流量变化信号或 气压变化信号，从而实现测量。 1C F D 气动测量原理【3 】 差压式气动测量气路原理图如图l 所示，由气源 1 来的压缩空气经过滤器2 、进气阀3 和稳压器4 后， 形成具有恒定的压力只。只分为两路流动，一路经节 流孔6 通过喷嘴挡板机构9 流人大气，另一路经节流 孔5 通过调节阀8 流入大气【l 】。显然测量气路由两个 背压气路 调零腔和测量腔 组成，测量时两个背压气 路处于相同的环境压力和温度下，使外界环境 压力、 温度和湿度等 对测量的影响降到最小，这种形式测量 精度高、稳定性好⋯。两腔压力之差为 脚毛只一P I 1 恤八S 2 国家重大科技专项 编号2 0 1 0 Z X 0 4 0 0 1 - 1 8 1 收擒日期2 0 1 2 年2 月 囹2 0 1 2 ／8 式中只为调零腔压力；只为测量腔压力。 一般可调节流阀在测量前调节好背压只之后在 测量过程中是不变的，即只是个常数。而测量腔压力 P I 则随测量间隙S 的改变而变化。用硅压阻差压传感 器1 0 检出A P 作为被测信号。经放大后输出就可测得 被测参数．s 的大小。 通过使用运动控制卡的控制系统．通过 A T 8 9 C 2 0 5 l 单片机实现进气阀3 、调节阀8 、喷嘴9 变 化。进而改变主运动控制、两个从单片机的逻辑量就可 以改变气容的大小．去实现气动测量。本文主要对气动 测量运动控制系统的实现作一阐述。 2 珩磨机运动控制卡实现的原理 珩磨机具体运动控制总体结构．是由工控机和单 片机通过数据采样卡相连伺服控制系统实现运动控 制。如图2 所示，即是珩磨的系统图，该系统珩磨头的 机械镧造5 0 卷第5 7 6 期褴 万方数据 拟控制器、数字控制器或计算机控制，由比例阀或伺服 阀实现动作，保证控制行程位置的及时和准确I s ．6 ] 。 3 硬件系统的组成及功能 考虑到经济性问题．控制系统采用8 位单片机扩 展1 ／1 3 口的控制方案。本系统的实现有2 个关键部分 一是硬件部分的设计．二是系统设计中模块优先级的 设定。 硬件部分选用8 位单片机A T 8 9 C 2 0 5 l 。外扩8 k R A M ．4 片8 2 5 5 A 扩展I ／o 的设计方案。如图3 所示。 输出接口继电器控制卡和数控珩磨机。 输入接口机床开关用于机床零点置位、光电开关 的控制。矩阵键盘用于系统可调参数的输入等。 R A M 用于存放当前正在执行的程序和数据，如用 户的调试程序、程序的中间运算结构以及掉电无需保 存的I ／O 数据和参数等，优点是读写方便。缺点是断电 易失。在设计时采用备用电池供电的方案．保证在出现 意外断电时数据的完整性。 显示器和操作面板通过串口与单片机通信．主要 用于当前加t 状态的显示和用户选择界面。 完成程序的整体设计。程序流程图如图4 所示。 操作面板 A T 8 9 C 2 0 5 l 单片机 输入接口 机床歼关ll 矩阵键盘 A C I 。一7 2 5 5 型 I S A 板k 电器控制板 数控珩廖机 控制液抹装置 制7 C 容的大，J ▲博l3硬件结构图 输 出 接 口 盘 机械制造5 0 卷第5 7 6 期 根据各任务不同的实时性要求．各个功能模块被 分成不同优先级的实时进程和非实时进程，其各个任 务的调度由中断源根据进程的优先级进行调度。程序 在粗加工和精加工部分的进给脉冲部分，采用汇编语 言编译，在设计上考虑实时性的数据传输问题作为第 一优先级处理。考虑到机床机械部分的安装还没有完 成。程序的验证在P r o t e u s 7 中完成，在P r o t e u s 7 中搭建 整个硬件平台，利用P r o t e u s 7 和u V i s i o n 2 联合仿真验 证和调试相关程序。 4 软件部分设计 V i s u a lB a s i c6 ．0 以其简单易学、高效及功能强大 等特点。在数据采集和工业控制等领域得到了广泛的 应用。管理系统采用V i s u a lB a s i c 6 ．0 。可以直接调用动 态链接库A C L S D L L ，并且可以使用A D O 控制方便 灵活地调用数据库。所以本系统采用了V i s u a lB a s i c 6 ．0 作为开发编程语言。 本系统采用了两块A C L 一7 2 2 5 数据采集卡。硬件 地址设定为4 0 0 H 、5 0 0 H ，通过函数W _ 7 2 2 5 _ I n i t i a l 设 定地址为4 0 0 H 的板卡的板卡号为0 ，地址为5 0 0 H 的 板卡号为l ，具体操作如下 R e s u l t W 一7 2 2 5 _ l n i t i a l 0 ，5 1 2 ，0 号板卡初始化地 址为4 0 0 H 0 号板卡初始化，赋值字节为 R e s u l t W 一7 2 2 5 _ S e t C a r d 1 ’选择0 号板卡地址 为4 0 0 H R e s u l t W _ 7 2 2 5 _ C h a n n e l 5 ，0 ’向0 号板卡传输 数据 R e s u l t W 一7 2 2 5 _ D o 2 3 3 4 8 勺号板卡发送控制数 据 同样控制1 号板卡的数据处理。 5 系统标定与误差分析 5 ．1在线检测系统 上文对具体的珩磨机的控制系统受单片机 A T 8 9 C 2 0 5 1 编程的影响会产生误差．因此需要对珩磨 机在线测量给出具体的结构图如图5 所示。 5 ．2 系统标定误差分析 一行信号需5 0 0p ．s ．采集8 行信号需4 。0m s ．由于 编码器的主频达到了4 0 0M H z ，因此加上二值化所需 时间．一个周期的处理时间不超过5m s ．表明系统具有 高速性。 安装好整个测量系统，先将一已知直径的网柱体 标准件放在透镜前方物平面处。光源在对焦后投射至 物体．然后在同一物距安放另一圆柱体待测物．同样用 多次测量取标准值的方法测出其所感应的C C D 像元 2 0 1 2 ／8 国 万方数据 数为l8 2 5 个．可用比例关系进行标定，得出此待测物 体的直径为2 5 ．3 6 咖．再用游标卡尺测量出此待测物 体的直径为2 5 ．4 4m m ．相差为0 ．0 8m m 。用同样的方法 对1 2 个待测件进行测量，表l 为所测出的数据。在表 l 中d 表示游标卡尺测得尺寸．D 表示系统测得尺寸． 工为相x 4 “ 误差。 气动测量的差压得到喷嘴与工件的间隙S ，喷嘴 回2 0 1 2 ／8 与T 件的间隙I s 反映工件内径的大小D 。常规通过间 隙值的大小计算出1 二件直径值D ，再通过比较直径值 的大小判断工件的尺寸精度。 襄I 测量结果／m m 序号Dd茗序号Ddz 11 9 ．7 81 9 ，7 2- 0 ．0 675 1 ．2 25 1 ．3 4 0 ．1 2 2 2 5 ．3 62 5 ．4 4- t O ．0 8 85 6 ．1 75 6 ．2 7 0 ．1 0 33 1 ．6 43 1 ．5 2O ．1 296 0 ．4 56 0 ．3 7 - 4 ．0 8 43 6 ．1 7 3 6 ．0 7- o ．1 0 1 06 4 ．2 86 4 ．2 2- - 0 ．0 6 54 2 ．8 34 2 ．9 l o ．0 8l l6 9 ．8 46 9 ．9 2 o ．0 8 64 5 ．9 2 4 5 ．9 8 o ．0 61 27 5 ．3 67 5 ．4 2 o ．0 6 根据测量结果所作误差曲线图可知，系统平均误 差为加．0 1 53m m ．标准差为0 ．1 0 27l n l n 。表明用此系统 测量所得到的数据能达到较高的精度。系统误差的产 生是在所难免的，其产生的因素也有多种．编码器的位 置及编码器的因素，在一定程度上影响着测量结果。后 续研究中将着重解决这方面问题。 机械制造5 0 卷第5 7 6 期盛 万方数据 高压线巡裣机器人夹抓机构的设计与分析 口杨凤臣口吴白羽口于辉 上海大学机电T 程与自动化学院 上海2 0 0 0 7 2 摘要高压线巡检机器人在越障时主要靠夹抓机构来保证其安全性。基于S o l j d W o r k s 建立了一种新型夹抓机构的 三维模型并计算出最小夹紧力；利用虚拟仿真软件A D A M S 对夹抓的开闭速度和电机的榆出扭矩进行分析．为夹抓的进 一步控制研究提供支持利用有限元分析软件A N S Y S 对夹抓应力应变进行分析，结果表明夹抓结构的设计满足机器人 在越障时安全性的要求。 关键词夹抓夹紧力A D A M S 有限元 中图分类号T H l 2 2 ；1 T 2 4 1 ．2 文献标识码A文章编号J 0 0 0 4 9 9 8 2 0 l2 i 0 8 0 0 2 7 0 3 随着人们对电力的需要，稳定无故障地保证电力 传输已成为电力部门迫切需要考虑的问题，传统的输 电线检测手段存在着高风险、高成本、低效率等一系列 的缺点，因此研制一种自动巡检设备，已成为研究者们 关注的方向⋯。高压线一般采用钢制铝绞线，巡检机器 人在高压线上自主行走并跨越一些障碍．如防震锤、耐 张线夹等。在机器人跨越这些障碍时，需要一只手臂悬 在高压线上．通过另一只手臂和电气箱的相互移动完 成跨越障碍的过程。整个过程中，需要借助夹抓夹紧在 高压线上以保证机器人在越障时的安全．夹抓的设计 要满足以下要求⋯1 夹紧力适当．不能对高压线产生 表面损伤和变形；2 有足够的开合角度；3 夹抓要有强 度足够、机构紧凑、质量轻等特点。 基于以上设计要求．在分析了各种机械手结构的 基础上，设计出了一种圆弧型结构夹抓．能同时满足夹 持5 0 0k V 、和1 1 0k V 的高压输电线．在不更换夹抓的 情况下，使机器人可以用于两种高压线的检测。 收稿日期2 0 1 2 年2 月 6 结论 本文提出的运动控制卡实现珩磨气动技术测量。 通过改变能量及供气模块实现控制系统。通过软件设 计、系统设定及误差分析．在数据传输的计算机里验证 是合理的。整个过程编程简洁、实用．便于操作和实现。 参考文献 [ 1 ]刘玉初．气动量仪[ M ] ．北京机械T 业出版社，1 9 9 1 ． [ 2 ] 王风伟，张辉。邓善熙。等．微纳米级差压式气针传感器的 研制[ J ] ．仪器仪表学报。2 ∞9 。3 0 2 4 1 6 4 2 0 ． [ 3 ] 崔晓杰．珩磨气动测量系统中曲线测量理论及测量参数优 盘 机械制造5 0 卷第5 7 6 期 1夹抓机构的设计 1 ．1 三维模型的建立 机械手常用的驱动方式有液压、气动和电机驱动 三种方式㈨．为了结构的紧凑性，采用伺服电机驱动。 化研究[ D ] ．兰州兰州理工大学．2 0 1 1 ． [ 4 ] 赵志，容太平．基予V l 强．0 的工控机数据采集系统的开发 [ J ] ．水利电力机饭。2 0 昭。2 5 3 5 0 一5 3 ． [ 5 ] N i k o l aT a n u i 。G o r a nJ a n k e s ，H k o nS k i s t a d ．C o m p u t a t i o n a l F l u i dD y n a m i c sA n a l y s i sa n dA i r f l o wM e a s u r e m e n t st o A p p r o a c hL a r s eI n d u s t r i a lH a l l sE n e r g yE f f i c i e n c y AC a s e S t u d yo faC a r d b o a r dM i l lH a l l [ J ] ．E n e r g ya n dB u i l d i n g s ， 2 0 1l ，4 3 6 1 2 0 0 1 2 0 6 ． [ 6 ] 周平，伍云辉．单片机应用技术[ M ] ．成都电子科技大学出 版社。2 0 0 4 ． △ 编辑小前 2 0 1 2 ／8 画 万方数据