基于Linux的微细电火花加工数控系统的研究

为了满足微细电火花加工高精度、高灵敏度和强实时性的运动控制要求,提出了以可编程多轴控制器为下位机、PC和Linux为上位机的体系结构,进行了六轴联动微细电火花加工数控系统的软硬件设计.为了解决微细电极在线制造和补偿等技术难题,该数控系统集成了机器视觉功能,基于V4L2应用程序接口开发了图像采集程序,基于OpenCV开发了图像处理程序,通过Canny边缘检测算法,提取了微细电极的边缘轮廓,可以在线观察和测量微细电极.此外,基于Lex和YACC设计并实现了数控代码解释器.     

简易水温控制系统

本文设计了一个基于AT89S52单片机控制的水温控制系统,由下位机、上位机、和通讯网络三部分组成。下位机是基于单片机AT89S52和温度传感器DS18B20的高精度数据采集系统,功能是对温度的检测与输出控制。上位机采用计算机,与下位机进行数据信息的交互,并显示各路温度值及其曲线、控制参数、设定值等。其中,温度检测单元和可控硅调功控温单元是本文的设计重点。     

柴油机SCR控制单元检测系统模块化设计

针对柴油机SCR控制单元提出一种硬件电路的检测策略,结合模块化设计理念,开发出一套柴油机SCR控制单元检测系统。在CodeWarrior环境下进行测试程序的编写;运用LabVIEW图形化的语言特点,设计检测系统上位机检测界面;通过信号发生器、电压显示仪表、稳压电源、步进电机、数据采集卡、USBCAN调试器等设备搭建硬件测试平台,并完成检测系统试验验证。结果表明:检测系统可准确地反应出控制单元元器件的优劣、线路连接的可靠性以及控制单元各功能实现的完好性,该检测系统操作方便、工作可靠、检测效率高。     

基于CAN总线汽车制动块试验台系统设计

以CAN总线技术为基础，以单片机单元和DSP单元作为控制节点，以CAN总线智能适配卡为上位机的接口，设计了一种汽车制动块试验台控制系统。系统具有实时控制能力，检测灵活性强、可靠性高。对单片机控制单元、DSP控制单元和上位机CAN接口卡的CAN总线接口部分进行了重点论述。     

电动阀门性能检测系统的实时通讯设计与实现

给出了基于485总线,由控制中心PC机和多个单片机控制系统组成的电动装置性能检测系统中的实时通信系统,重点介绍了利用VB实现PC机与多个单片机控制系统实时通讯程序设计方法,实现了PC机对多个远端单元的实时控制与管理。     

微细电火花加工的微细电极在线检测

设计了微细电极在线检测系统。系统由卤素灯光源、变焦显微镜头、CCD摄像机和6自由度支架组成,具有1.61 μm的分辨率和113~729的放大率。在Linux平台下,基于V4L2 API开发了图像采集程序,使用mmap()内存映射方法获取图像数据。实现了IplImage数据结构和QImage类的转换,使图像既可以基于OpenCV进行处理,又可以基于Qt进行显示,通过Canny边缘检测算法提取了微细电极的边缘轮廓。实现了电极在线观测的G代码功能,进行了块状电极电火花磨削微细轴的实验。实验结果表明系统可以在线观察电极状态和在线测量电极尺寸,在线测量值与扫描电镜离线测量值的相对误差在5%以内, 解决了微细电火花加工的微细电极在线制造和检测等难题。     

三维微细电解铣削加工的实时控制与检测

为了实现三维微细电解铣削加工过程的实时监测,建立了基于Labwindows/CVI软件平台的控制与检测系统。对该系统所采用的三维轨迹生成及控制策略,数据采集及抗干扰算法,加工时间误差补偿算法等进行了研究。首先,根据微细电解铣削加工的特点,分析了加工控制与检测系统的需求。接着,搭建了高精度的三维微细铣削加工实验硬件平台。然后,利用虚拟仪器平台建立了基于分层铣削加工方式的三维轨迹进给控制模块,并对刀具轨迹的优化进行了讨论。最后,介绍了数据采集及反馈控制模块以及实时控制的时间补偿函数。基于上述控制与检测系统,实验并成功加工出了单层尺寸为15μm×55μm×15μm的三层阶梯结构,结果表明,本系统可以满足微细电解铣削加工的高精度、快响应、稳定可靠等要求。     

微细电火花加工放电状态逐级映射检测方法

在微细电火花加工中,对放电状态的准确检测是实现加工过程稳定控制的前提条件,而微细电火花加工过程中频繁出现的放电信号严重畸变、放电状态不稳定甚至突变等实际情况,使放电状态的准确检测成为微细电火花加工的技术难点之一。本文在分析和研究传统的微细电火花加工放电状态检测方法的基础上,结合系统辨识和模糊逻辑理论,提出了微细电火花加工放电状态逐级映射检测原理和方法。对实时采集到的极间电压和电流信号,通过模糊运算判别采样点的放电状态,再将采样点放电状态值映射为放电状态矢量,并对该矢量进行统计得到“短路率”和“火花/电弧率”,经过模糊推理辨识出各分析周期的放电状态。实验表明,该检测方法准确性高、运算量低并且运算速度快,检测结果为微细电火花放电加工过程的实时控制提供系统放电状态的反馈输入,保证了加工控制系统的稳定性和准确性。     

采用五对极旋转变压器的新型CNC机床位置检测单元

位置检测单元是中、高档CNC机床闭环数字伺服系统的重要组成部分。其作用是检测位移并以数字量的形式送入控制计算机构成闭环数字控制。实践表明:一个设计完善的闭环数字伺服系统,其定位精度与加工精度主要由位置检测单元所决定。位置检测单元一般由测量元件加位置检测接口组成。若为模拟式测量元件,由其输出信号的幅值或相位来得到位移计数值就形成两种不同的检测系统,即幅值检测系统与相位检测系统。当前在各类CNC 机床上,由旋转变压器(以下简称“旋变”)构成的幅值检测系统和相位检测系统均获得广泛     

微细孔超声加工关键技术

为提高微细孔超声加工的微细程度和精度,研究微细孔超声加工的关键技术,包括高精度的机床本体、超声加工单元、微细工具的制备技术、微细工具几何参数的选择等。对微细工具的动态压杆稳定性进行分析,结果表明微细工具的压杆稳定性不仅与静压力有关,还与超声振幅有关。导出判别动态压杆稳定性的Mathieu方程,并经简化给出工具临界压力和临界长度的计算判据,解决因工具长度、静压力(压应力)大小和超声振幅选择不当而导致的加工中出现工具轴弯曲、折断、破坏孔的形状精度的问题。对工件振动方式的微细孔超声加工进行的试验表明,微细工具的磨损率随着进给速度和超声振幅的增大而增加。在所研制的微细超声加工系统上可加工出直径13 μm的微细孔。     

管道机器人自带线缆机构设计与分析

有缆管道机器人工作距离较近,且容易在破损的管道中出现卡死的情况,在分析了这些缺点的基础上,提出了自带线缆管道机器人的整体机构设计和绕线器的机构设计,并对其行进距离进行了分析。为了使计算结果更加明显,选择的自带线缆机构所携带的线缆的长度为25米,通过计算自带线缆机器人和普通管道机器人的极限行进距离,得到前者比后者多行进10～12米的结果。结果显示,当机器人安装该机构时,其行进距离会大大的增加。     

具有柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人

针对火力发电厂110 MW冷凝器蒸汽回流回路等微型管道的检测和维护问题,研制了一种具备柔性传动能力的气压驱动微型管道机器人,设计了柔性动力传输系统,实现了机器人的驱动源外置和动力的柔性长距离传输。建立了微型管道机器人在直线管道、弯曲管道的运动学分析和驱动力分析模型,为驱动力外置提供了控制依据。在管径为70 mm的复合管道的实验研究表明:该气压驱动微型管道机器人在柔性软轴的作用下,可以有效地获得来自外置动力源的驱动力,能够实现在具有任意曲率半径的微型管道内部行走。     

螺旋驱动管内机器人自适应运动机理与机构设计

为了提高螺旋驱动式管内机器人在直管道和不同曲率半径弯管道中的环境适应能力,对自适应运动机理这一问题展开研究。考虑管道环境特点,在机器人运动学和力学建模的基础上,分别提出直行运动机理、转向运动机理和负载能力调节机理。调节螺旋轮倾角能够使螺旋驱动式管内机器人具有环境自适应性,并能够避免运动干涉和滚轮打滑的问题。基于自适应运动机理,提出一种基于自适应联动机构的螺旋驱动式管内机器人。自适应联动机构通过偏心臂反馈环境信息,并利用差动原理改变螺旋轮倾角。动力学仿真结果表明:该机器人能够机械自适应地通过直管和不同曲率半径的弯管,同时能够通过自适应联动机构调节负载能力。     

微小型螺旋驱动管道机器人建模与分析

介绍了基于管道内径为15mm的螺旋驱动管道检测机器人的组成及工作原理，分析了其运动力学性能及在弯管内的几何约束条件。应用机械系统动力学仿真软件ADAMS，建立管道机器人的虚拟样机。通过计算机仿真得到机器人牵引力与驱动轮位置参数和尺寸参数之间的关系数据，证明了理论分析的正确性，同时为研制微小型螺旋式管道机器人提供设计依据。     

经济型多功能管道机器人控制系统的研制

针对经济型多功能管道机器人的工作特点,研制了机器人的控制系统。该系统采用分级控制方式,以C8051F单片机作为其核心控制器,完成了数据采集模块、电源模块、远程监控模块等硬件电路的设计及上位机监控系统的开发,实现了机器人的自主控制及管外监控。经试验证明,该系统运行稳定,为管道机器人的后续开发提供了开放式控制平台。     

利用流体能量的管道机器人速度计算与控制

研究一种利用流体能量驱动和发电的管道机器人,该机器人完全浸润在充满流动介质的管道内,利用流体压力以及流体速度能量获得驱动力。机器人随着管内流体的流动向前推进,需要克服惯性质量以及与管壁之间的摩擦阻力的影响,对于不同的流体介质,机器人需要根据工作要求自动进行速度调节,因此必须对机器人的结构和尺寸进行合理设计,确定管道内的流体力学条件,并设计速度控制装置,对机器人速度实现行为控制。     

管道清灰机器人系统设计

提出采用履带式管道清灰机器人解决冶炼厂烟道积灰的清除方案。详细阐述了清灰机器人结构和驱动方式。从机构学角度分析了操作臂运动特性,给出了操作臂作业的几个特殊位置,分析了操作臂死点位置,提出避免死点的方法。     

一种内螺旋管道机器人

提出了一种内螺旋管道机器人(简称内螺旋机器人）。设计了该机器人的结构,建立了机器人的动力学方程,数值计算了机器人在管道内运行时管道内壁所受的压力、机器人的轴向推进力和液体对机器人的周向阻力矩。结果表明,当驱动为外磁场驱动时,内螺旋机器人轴向推进力和周向阻力矩都会增大,但对管道壁的损伤也会增大。以机器人轴向推进力和能效指标为优化目标,采用正交优化方法得到一组最优的内螺旋槽几何参数。根据内螺旋机器人的工作原理,设计制造了内螺旋驱动样机,该样机在充满201甲基硅油管道中的运行实验证明了内螺旋机器人的可行性。提出的内螺旋机器人表面光滑,能悬浮运行,对管壁的损伤小,可用于人体内腔的微细管道中。     

三轴差速器及其在管道机器人驱动系统中的应用研究

根据轮式管道机器人过弯管的具体要求，提出了一种新型三轴差速器。推导了三轴差速器的运动关系方程，经验证核差速器可以完成过弯管机器人的三轮差动任务，还可以应用在其它具有多轴差要求的传动系统中。     

一种单向伸缩式管道机器人系统的建模与仿真

介绍了基于单向运动机构的伸缩式管道机器人工作原理,对管道机器人整机系统进行合理简化,得到等效系统模型。根据等效模型,分析直流伺服电机、滚珠丝杠,以及单向运动机构的动力学行为。为了研究系统的输入电压信号和输出的运动速度之间的关系,建立了机器人系统的完整框图模型。利用M atlab对机器人系统进行仿真,分析不同输入信号下系统的响应特性,为管道机器人的机构设计和控制器设计提供理论依据。