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基于虚拟样机技术精密装配系统的设计

作　者: 谭德波
导　师: 罗怡
学　校: 大连理工大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 精密装配虚拟样机运动控制联合仿真物理样机
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前,在精密装配领域大都采用手工作业方式。由于手工作业合格率低、一致性差、劳动强度大并受人为因素影响较大,因此本论文致力于研发一套精密装配系统用于环片的叠装。但是现阶段精密自动装配系统的开发大多采用传统的顺序开发方式,在这种方式中,机械设计、电气设计和控制设计串行进行。由于控制设计处于设计的最末端,控制工程师必须根据已搭建的机械结构进行控制设计,有时为了达到最优的控制设计还要更改机械结构。为了避免以上情况的产生,本论文利用虚拟样机技术开发用于环片叠装的精密装配系统。分析了精密装配系统的装配功能和精度需求,在SolidWorks中利用Motion为精密装配系统的机械模型添加驱动系统运行的驱动马达,形成精密装配系统的机械运动模型。研究了精密装配虚拟样机的控制系统,在LabVIEW中利用SoftMotion编写了虚拟样机的控制程序,并根据系统的功能采用模块化设计把虚拟样机的控制系统分为系统调试、系统设置、叠装作业和取出作业4个模块。在精密装配虚拟样机的运动模型和控制系统搭建完毕后,利用LabVIEW和SolidWorks的联合仿真技术,仿真了精密装配系统的运行。在仿真过程中,操作控制程序,虚拟样机的机械模型就会根据控制程序运行。在仿真过程中,可以模拟控制软件的操作,观察机械系统的运行以及检测系统的干涉。根据仿真结果优化机械设计和控制设计,并把优化后的设计复用到真实的物理样机中。根据精密装配系统的虚拟压样机搭建物理样机,实现环片叠装的自动化。首先根据虚拟样机的机械模型搭建物理样机的机械结构,并根据系统的精度选用合适的机械元件。其次根据系统的需求搭建计算机控制模块,实现机械结构与控制程序的连接。计算机控制模块以工控机为核心,以运动控制卡、数据采集卡和继电器控制卡为链接。然后利用程序封装技术把虚拟样机的运动程序转化为物理样机的运动程序,并根据系统的需求增加数据采集功能和继电器控制功能,形成物理样机的控制程序。最后对搭建好的物理样机进行测调实验,并利用调试好的物理样机进行环片叠装实验。实验结果表明,利用虚拟样机开发的精密装配系统满足叠装要求。利用虚拟样机技术开发精密装配系统的整个过程表明,虚拟样机技术可以加快虚拟样机到物理样机的无风险转化,缩短设计周期,降低设计风险。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-21
  1.1 课题研究背景及意义  10-11
  1.2 精密装配技术的国内外发展现状  11-15
    1.2.1 国外发展现状  11-13
    1.2.2 国内发展现状  13-15
  1.3 虚拟样机技术及国内外发展现状  15-20
    1.3.1 虚拟样机技术的体系结构  15-16
    1.3.2 虚拟样机技术的相关技术  16-17
    1.3.3 国内外发展现状  17-20
  1.4 课题研究目的及主要研究内容  20-21
2 精密装配系统设计及运动生成  21-32
  2.1 精密装配系统机械模型的构建  21-28
    2.1.1 系统功能及技术要求  21-22
    2.1.2 精密装配系统总体设计  22-23
    2.1.3 系统叠装作业模块  23-25
    2.1.4 环片取出作业模块  25-26
    2.1.5 旋转作业平台模块  26-28
  2.2 精密装配系统的运动生成  28-31
  2.3 本章小结  31-32
3 精密装配虚拟样机控制系统研究  32-44
  3.1 NI虚拟样机技术的运动控制特性  32-33
  3.2 精密装配虚拟样机的控制系统  33-37
    3.2.1 控制系统框架  33-36
    3.2.2 虚拟样机的控制策略  36-37
  3.3 精密装配虚拟样机控制系统软件结构  37-43
    3.3.1 基于事件结构的生产者/消费者循环结构  37-39
    3.3.2 基于复杂任务的状态机结构  39-42
    3.3.3 基于布尔控件“属性值”节点的程序结构  42-43
  3.4 本章小结  43-44
4 精密装配系统虚拟样机的联合仿真技术  44-52
  4.1 NI虚拟样机联合仿真  44-45
  4.2 精密装配系统虚拟样机仿真过程  45-51
    4.2.1 精密装配虚拟样机的系统框架  45
    4.2.2 精密装配系统联合仿真的连接  45-46
    4.2.3 精密装配系统的运行仿真  46-50
    4.2.4 精密装配系统仿真结果  50-51
  4.3 本章小结  51-52
5 精密装配系统物理样机研究  52-63
  5.1 精密装配系统的搭建  52-56
    5.1.1 物理样机机械结构的搭建  53-54
    5.1.2 物理样机计算机控制系统的搭建  54-56
  5.2 精密装配系统软件控制模块  56-59
    5.2.1 物理样机软件平台连接  56-57
    5.2.2 虚拟样机程序到物理样机程序的转化  57-59
  5.3 精密装配系统物理样机与虚拟样机的异同  59-60
  5.4 精密装配系统的装调实验  60-62
    5.4.1 精密装配物理样机的调试  60
    5.4.2 精密装配系统装配实验  60-62
  5.5 本章小结  62-63
结论  63-65
参考文献  65-70
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  70-71
致谢  71-72

基于虚拟样机技术精密装配系统的设计

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