点胶机控制系统设计论文.docx

点胶机控制系统设计随着生活水平的提高，产品包装的外观越来越受到人们的重视。纸盒包装因其成本低廉、外观靓丽一直在商品外包装方面占有很大的市场份额。人工点胶因其劳动量大、工作效率低、劳动成本高等问题，被机械化自动点胶逐步取代是一个趋势。本文通过调研点胶机厂家生产实际，国内外研究现状及相关文献，确定了以直线三坐标式机器人为机械本体，单片机为控制系统核心的通用型自动点胶机。本文通过运用机电一体化、机器人技术、机械设计等理论知识，对硬件结构进行选型，为控制系统软件设计提供了基础。点胶机控制系统软件设计方面，本文针对圆形或带有圆角的方形包装盒的点胶问题，在查阅大量相关文献并搜集多方面资料的情况下，设计了基于逐点比较法的插补方法，实现了基于单片机控制器的直线插补和圆弧插补，从而准确点胶出圆形轨迹和带有倒圆角的方形轨迹。并在此基础上搭配了工业相机，运用Harris角点检测算法进行图像处理，有效的解决了纸盒包装在传输带运行过程中出现的位置误差以及在线无夹具点胶，使流水线无人点胶作业成为可能。最后搭建了点胶机实验平台，通过点胶轨迹模拟验证了本文所提出插补算法和图像处理算法的可行性，其点胶精度和运行速度达到了本文设计的基本要求，并取得了比较满意的结果。所设计装置能够代替人工操作，提高工作效率，具备应用于工业生产中的潜力。关键词点胶机器人；单片机；插补原理；图像处理DesignOfDispenserControlSystemAbstractWiththeimprovementoflivingstandards,productpackaginglookmoreandmorepeople'sattention.Cartonpackagingbecauseofitslowcost,beautifulappearancehasalargemarketshareintermsofproductpackaging.Artificialdispensingitslaborintensive,lowefficiency,highcostoflabor,aregraduallyreplacingthemechanizedautomateddispensingisatrend.Inthispaper,theactualproductionthroughresearchdispensermanufacturers,currentresearchandliterature,inordertodeterminethelinearcoordinaterobotmechanicalbodymicrocontrollertocontrolthecoreofthesystemofuniversalautomaticdispenser.Byusingthetheoryofknowledgemechatronics,robotics,mechanicaldesign,hardwarearchitectureselection,thecontrolsystemsoftwareprovidesthefoundationdesign.Underthedispensercontrolsystemsoftwaredesign,thispapercircularordispensingproblemssquarewithroundedcornersofthebox,checkingalargenumberofrelevantliteratureandcollectawiderangeofinformation,thedesignbasedoninterpolationpointbypointcomparisonfillmethodtoachievelinearandcircularinterpolationbasedonsingle-chipcontrollertoaccuratelydispenseacircletrackandsquarewithroundedtracks.Andonthisbasis,withtheindustrialcamerausingHarriscornerdetectionalgorithmforimageprocessing,aneffectivesolutiontothecartonconveyorbeltoccurduringoperationofthepositionerrorandnofixtureDispensingline,sonoonedispensinglinejobpossible.Finallydispenserbuiltexperimentplatform,trackbydispensingsimulationverifythefeasibilityoftheinterpolationalgorithmandimageprocessingalgorithmspresentedinthispaper,thedispensingaccuracyandspeedtoachievethebasicrequirementsofthisdesign,andachievedsatisfactorytheresultof.Thedesignofthedevicecanreplacemanualoperations,improveworkefficiency,hasthepotentialtobeappliedinindustrialproduction.KeywordsDispensingrobot,singlechipmicrocomputer,interpolationalgorithm,imageprocessing摘要IAbstzijdz*II第1章雌11.1 课题背景11.2 课题研究的目的和意义11. 3点胶机器人发展现状及分类21.3 .1点胶机器人国内外发展现状21.3.2点胶机器人的分类31.4 课题研究的主要内容41. 5本章小结5第2章点胶机控制硬件设计62. 1点胶机系统的基本要求62. 2结构部件的选择62.2.1传动方式的选择62.2.2驱动方式的选择72.2.3导向支承部件的选择82.2.4传感器选型92.3控制电路核心器件选型102.3.1主控芯片模块102.3.2存储模块EEPROM122.3.3键盘模块及显示模块132*4*14第3章点胶机控制系统软件设计163.1控制系统软件整体方案设计163.2各模块软件设计183.2.1单片机芯片控制软件设计183.2.2键盘控制软件设计213.2.3显示模块软件设计213.2.C通信及EEPROM软件设计23253.3自动点胶插补算法3.3.1直线插补253.3.2圆弧插补303.4图像处理及参数提取351 .4.1图像处理流程方案设计353 .4.2图像处理算法设计363. 5本章小结39第4章点胶机实验平台功能测试404. 1点胶机实验平台搭建404.2点胶机实验平台测试434.3本章小结44结论45致谢46参考文献47附录49第1章绪论随着中国制造2025的提出，中国开始迈进制造业强国的步伐，而强大的制造业背后的技术支撑就是工业机器人。它集成了机械、计算机、电子、传感器、控制、人工智能等多学科结合为一体的现代化智能装备。由于具有可编程、通用性、可控性等多种特点，而广泛应用于各个行业领域，主要包括汽车、交通、医药、工程机械、电器、军工等。在不同的个行业里扮演的角色也各不同，比如点胶、弧焊、搬运、抛光、检测、切割等12。由此可见，在制造业的发展中，工业机器人起到了不可估量的作用。2课题研究的目的和意义随着生活水平的提高，产品包装的外观越来越受到人们的重视。纸盒包装因其成本低廉、外观靓丽一直在商品外包装方面占有很大的市场份额。在纸盒包装制作的过程中要将纸盒侧壁与底面粘贴起来，但纸盒包装的形状变化多，切尺寸较大，如图1-1所示，这就给点胶工作带来了很大的苦难。（a）正六方形（b）方形（c）圆形图IT纸盒包装目前主要用的点胶方式有人工点胶和自动点胶两种：手动点胶（图广2）是由操作者手拿点胶装备对电子产品及包装盒进行点胶，该方法使用简单，成本低，但是点胶不均匀、效率低下且浪费胶水，后期还需要人工清理，从而增加了劳动成本；全自动点胶机（图1-3）,自动点胶是利用自动点胶机设备，自动控制胶水的注滴量按预定的轨迹进行点胶。优点是点胶均匀，提高了点胶效率，目前市场产品很多，但尺寸均较小。图1-2手动点胶机图1-3全自动点胶机可以看出人工方式在连续成行点胶时难以保证其精度，效率非常低，一般只用于逐个点的点胶，而且劳动力较大。点胶剂大多对人体身体健康有害。而全自动点胶机虽然解决人工点胶的缺点，但是一般用于电路板或一些小饰件的点胶，尺寸较小，且不易控制运行轨迹。本毕业设计的点胶机控制系统，基于龙门式直角坐标机械本体，可以用控制器完成圆形、多边形等各种形状的点胶，且可以适应倒角，空走等要求。系统具有尺寸大，适应性强，成本合理，以流水线方式运行等优点，大大提高了纸盒包装的生产效率和质量，降低企业用工成本。1.3点胶机器人发展现状及分类1. 3.1点胶机器人国内外发展现状点胶机器人主要起源于美国和欧洲，近年来随着日本电子行业的快速发展，对点胶机的需求量也越来越大，因此也促进日本点胶机厂家快速起步发展。在这个过程中，点胶机器人也由最初的简单机械式点胶机发展到现在的点胶工作站，其在对产品点胶的质量、经济效益及生产的管理方面都有了显著的提高。早在1978年，SeaantEquipmentandEngineerin公司搭建出一种用于点胶的简单机械机构3。紧接着瑞士的ABB公司、日本FANUC、日本株式会社安川电机公司等，都推出了他们的点胶机器人产品，虽然起步较晚，但是他们的发展速度让人惊叹不己，短短的几年内就已经成为了机器人大国。现在下一步发展方向是往低成本、高速化、小型和轻量化发展。虽然技术已经相当成熟，但设备价格昂贵、技术路线封锁。目前国内点胶机发展水平相对于国外差别很大，国内主要对点胶机器人研究的机构有：哈尔滨工业大学机器人研究所、中国科学院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化股份有限公司、苏州卓亚德机器人科技有限公司、常州铭赛机器人科技股份有限公司等，这些公司有的自主研发了较为简单的点胶机控制系统。中国的工业经济快速发展，也吸引着大批台湾企业、日本企业、美国企业等企业在中国建立分公司。也加快了国内公司对点胶机技术的快速研发，提高国内的竞争力。1.3. 2点胶机器人的分类点胶机器人按其结构可分为以下三种5:1 .直角坐标式点胶机器如图1-4所示，这种点胶机器人只有三个移动关节，而且每个关节轴线都相互垂直。这种形式的主要特点是结构刚度高、结构简单易搭建；控制简单，点胶空间只需要转化成笛卡尔坐标系的X轴、y轴和Z轴，定位精度高。缺点是占地面积大，操作灵活性差。图直角坐标式点胶机2. SCARA点胶机器人如图1-6所示，SCARA点胶机器人具有三个旋转关节和一个移动关节，其中移动关节在垂直平面进行上下运动，而旋转关节都绕竖直的轴线进行旋转，因此只能在平面内进行定向和定位。优点是结构轻便、响应快，缺点