（控制理论与控制工程专业论文）基于虚拟样机技术的视觉反馈分钢机仿真研究.pdf

嫡要 针对棒李芎j 一对襻秘分翻工艺自动 皂妁迫切露求，本文在熔有在 线计数系统熬旗蓦爨上，瓣程登反馈分镪系绞进行 i ； 究。结合莱钢铁 j 一瓣实瓣项爨，采鼹纛拟样枧技术进行舞动分销桃辫没汁，在计算 梳土建立祥税模黧，对模塑进行动态一绫奏，然惹改进榉钒设计方案， 用数字化形式代赞传统的实物榉机实验。 稷觉反矮爨动分镪蛾是拶【一魄一滚一拴涮一体纯翰复杂混合系统。 传统韵骈发模式疑将各个子系统分离，由不问n 勺人员设计，最后再 繁台。这羁：模式造成各予系统的设诗无法尉步更瓤，效率低、开发 捌期疑。本文采粥秽t 槭燕统动力学崮动分辑软件a d a m s ，建立了鲁 动分钢桃的掇槭系统模型帮液溅系统模型，将枕械摸慰与液压模跫 逐褛， ：虽结合m a t l a b s i m u li n k 软僻对控制系统一并避行了仿真。 列仿真绺果分析后优化系统，从丽馒国动分铡帆的机械焱绞、波匿 系绶窝控铡系绫的设计实现了阉步雯辨。仿粪结果显示，鲁动分镪 机的液压系统与梳械系统能很好魂匿配，达到了设计效聚。 在麓个自动分钢机的研制过程中，充分铡愆虚拟产照开发中的 摸型建搂帮仿娶技术、智淹谯化蒋法帮较譬l 二缀掌l ：思想，为实豁分翎 攫姻设计秘该磷掇供了软件平台和按术支持。f - _ - l 渤分镪枧魏研制也 灞时袋动地实魏了虚拟稃视在实际装备工程中黝应潮，它为以慝的 其他廉拟产品开发提供了实际的经验和揩导。 关键谰自动分钢视、税器褫觉、虚拟祥税、m s c a d a m s 、 动态仿舆 a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h eu r g e n tr e q u i r e m e n tt b ra u t o m a t i ct e c h n i q u e so f s t e e lb a rp l a n t , v i s u a tf e e d b a c ks t e e lb a rs p l i t t e rh a sb e e ns t u d i e db a s e d o nt h ev i s i o n b a s e do n l i n es t e e lb a rc o u n t i n gs y s t e m 。c o m b i n e dw i t ha p r a c t i c a lp 喇e c t ，v i r t u a lp r o t o t y p et e c h n o l o g yi sa p p l i e dt od e s i g no f s t e e lb a rs p l i t t e r f i r s t l 2 , ；av i r t u a lp r o t o t y p ei sc o n s t r u c t e d ，a n dd y n a m i c s i m u l a t i o no fi ti s p r e s e n t e d l - h ep r o j e c to ft h e v i r t u a l p r o t o t y p ei s m o d i f i e da c c o r d i n gt ot h er e s u l to fs i m u l a t i o n ，t os u n lu p 。t e s to fr e a i m a c h i n ei sr e p l a c e db yd i g i t a le x p e r i m e n t v i s u a lf e e d b a c ks t e e lb a r s p l i t t e ri sac o m p l i c a t e ds y s t e mc o m p o s e d o fm e c h a n i c a ls y s t e m e l e c t r i c a ls y s t e i n 。h y d r a u l i c ss 3 7 s t e ma n dc o n t r o l s y s t e m ；w i t ht r a d i t i o n a lm o d e ，s u b * s y s t e m so l ac o m p l i c a t e ds y s t e ma r e d e s i g n e db yd i f f e r e n tm e m b e r s ，a n da r ec o m b i n e dt o g e t h e ri nt h ee n d t h i sp r o c e s sb r e a k st h ei n t e g r i t y o ft h ew h o l es y s t e ma n dc a h s e sl o w d e s i g ne f f i c i e n c ya n dt o n gd e s i g nc y c l e s 强；sp a p e ru s e sm e c h a n i c s k i n e m a t i c sa n dk i n e t i c s a n a l y s i s s o f t w a r e 一一a d a m st oe s t a b l i s h m e c h a n i c a ls y s t e ma n dh y d r a u l i cs y s t e ma n dt h e nc o m b i n et h e m ，a n d t a k e sc o s i m u l a t i o n sw i t ha d a m sa n dm a t l a b s i m u l i n ki nt h ee n d t h es t e e lb a rs p l i t t e r s y s t e m i sm o d i f i e d ，a n da l l s u b - s y s t e m s a r e m o d i f i e da tt h es a m et i m e a c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o n s ，m e c h a n i c a l s y s t e ma n dh y d r a u l i c ss y s t e mo ft h es t e e lb a rs p l i t t e rm a t c hw e l t ，a n d t h ed e s i g np u r p o s ei si m p l e m e n t e dv e r yw e l l t h et e c h n o l o g i e so fv p d ( v i r t u a lp r o d u c td e v e l o p m e n t ) ，s u c ha s m o d e l i n g & s i m u l a t i o n i n t e l l i g e n to p t i m i z a t i o na l g o r i t h m a n d c o m p o n e n tt e c h n o l o g ya r ea p p l i e dt ot h ep r o c e s so f d e s i g n + t h ei m p l e m e n t a t i o no fs t e e lb a rs p l i c e rm a k e sag o o da p p l i c a t i o n w i t hv i r t u a lp r o t o t y p et e c h n o l o g yo np r a c t i c a le n g i n e e r i n g ，a n dg i v e s e x p e r i e n c e sf o ro t h e rp r o j e c to f v p d 。 k e yw o r d sa u t o m a t i cs t e e lb a rs p l i t t i n gm a c h i n e ，m a c h i n e v i s i o n ，v i r t u a lp r o t o t y p e ，m s c a d a m s ，d y n a m i cs i m u l a t i o n 原剖性声鞠 零人声明，愿呈交瓣学位淦文是本人在嚣燧擐导下进行麴研究 工作及敬稼韵磷究成聚。尽我所知，除了沦文中特嗣加以标注茅【1 敞谢 的缝方夕 ，沧文中不包含其稔a 芒i 经发裘绒撰写过的磷究藏祭，魂不 包会为获搿中穗大学藏其他单燕购学位或证书蕊饺瘸越购糕料。与我 共同工l 乍的同志对本碳究所馋的贡献均已在埝文巾体了甥确黪说甥。 擘者签名：萎室! 喳二 话期：一釜堑乏年土月。驳e i 关予学位论文使用授权说骧 本人了解中南大学有关保鏊、使潮学位涂文的斌霆，鄯：学校 有权豫灏学位论文。允谗学位圣a 文被壹阕秘懋嘲；学棱霹以公学位 论文的全郝或郯分内容，可以慕耀复印、礁印戏其它手段保存学位论 文：学梭可根据潮家或瀚街省有关鄢门戋凳定遴交学嬗论文。 作糍鹞：熟翱签名j 生嘲：出且丛强 坝k 学位论文 第一释绪沦 1 。1 王缮鹜鬟 第一章绪论 赣甜怒建筑翱纂础鼗旌建酸中币魂或缺鲶蓬要疑鸯拳辩，艇麓我毽终济建设熬 浚速发菇，箨材鹊漓费餐| 三| 盏增长。潮时，激烈的市场竞争对钢铁企娥提出了严 格n 缨求，不仅产黼质燕婺研露，褥麓对予褡树的酐嚣阐题，经销商也键礤每援 抟材豁铩f ! j 1 支数，按支数交器。另方藤，梅l 瞎厂最用黑际上漉行的爨公篷方式 城制捺埘，擞果产熙接支数交付越户，将获得剖哥戳瓣经漭教搽。疆嚣，落内众 多轧钢 垒产桶褡褥均采蠲人- c i - i ”数莉 分锶，不值容翁出错、效率低，滩戳绦迁 包装数餐精确丽鼠与自动化轧钢珂i 相配套，影响生产效率和装舔水平的提蕊， 成为憋个襻嚣生产露魏他的艇褒闽题。因此，捺材厂黠囊动跨鼗鞠垂劫分销有遣 渚麓需求。 针对遨释实际稀求，中南大学铺怠科学与 ：程学院歼发了套在线视觉棒糖 点支计数蓉统”i ，袋岗摄像头实时袋袋运动搭枣孝魁臻，遴蛱识粥、鞭爨蠊毒搴端谣 图像蛔方缓来实耀撵材计数。实践谖明，该跨数系绞泌总体技术路线暑爨缝构设诗 合理在王况条件慧好的祷况一f i , l 数诿确。在实现了羽棒材花确计数的艇碰 上， 棒材的舟动分钢被提上了议翠日穰，为实现棒材生产正艺线的自动化，就必颁研 制配套蚋自动分钢裟越。翳藏，匿内大多数譬踺铁企l 对蠡动分锅辍器人的婿究遂 燕子起步阶段，本文开袋遮方面的饼究其有锻夫韵意义。 销铁厂生产绞憝不黼断矮续譬三产的，这毪质为盘劝分锻橇韵设计承 磷试工 作带寒了难题。翔纂按照鬻热，先罨进出躲璎搽巍，然嚣在貔程辛攀凝上调试，再 修改没跨方察，遴矮路虽然也走褥邋，但无疑效率低下，最终锼褥整个王程周期 拉长。麓予壤攒祥撬韵礁许静优势在予，充分剩墙计算帮l 技术，在设计方寨最终 确定之前无需制造出实体样机，在计算机一l 模拟现实情况，通过仿真技术检验设 汁方案酌寄效性、合理蛙。采熙虚拟襻掘技术，必要搂型_ l _ l 三确，髓可以大大节擘 制造物蠼祥梳韵爨溺，减少蕊方案修馥雨反复制造拳i 测试物理祥税的甜嗣，觚而 肖效缩缀了没诗瑙辅。 本文试嗣摆脱传统枫城设计灼蜜憨，铡粥蕊拟# 撼技术进毒予蓉统躲竣 帮多 系统的联合仿真，探索如应用诗算搬撮瘫工爨萎矬跨效率憋糍路。以理伐技计理论 黟现代浚计方法为蓥磷，采灞多系统律纯寝食仿真纳手段，饶纯系统设计，研 制，1 。发出适用的视觉反馈分钢机。 颤十学能论文鬻章绪论 1 2 研究现状 1 2 税觉反馈分钢梳研究磷状 霞谪，莓井榕格生产j 寨多采耀荦支翦切工艺，经过流承绞静梅毒孝璺犟平亍撵 剐，没有难叠瑗象，采用机械式计数系统壳垒酊醴满足需求。辫外还束发魂棼予 视觉菠镄豹在线按拱计数分镯系缝热珊究搬遵。 圈爨鳇捧辫厂多象嗣舞效率的成批剪切工艺。成批夔切艨秘捧材，堆整现象 很严重，小直径棒材有肘可堆至5 、6 层。幽于生产现场情况复杂多受，人工汁 数和分钢劳动最大，容易产生较大浚差。迥年米，计算机视觉技术被广泛波用予 工业生产，在棒材分钢方面，对于静态扎捆好的椿树研究较多，对于在线状态下 的箨瓣计鼗也开始了探索。文献【2 ，3 表鞠，鞋蕊静在线点支翁技术方案箴恶路 主要分两粪：一整机械装麓糯光电榆浏，确蜜稽距螺枰静橇槭麓潼分离棒糖，采 j = l l 光奄计数技术对被分囊拍棒材计数：二是在链瑭下方安装背景灯，用线腾c c d 糕豫飙捡漤l 捧謇季慰毙静遮捎状态，掇据朝黪变化进纷囊动计数。这强类穷法在辫 内生产线上均无法适用，尚无成功应用的先例。 针对该现状，。 n t 南大学信息科学与j e 稷学院提嗽了采用机器视觉搜求进行自 动分铡的方案，实| ；j 寸跟踪棒材端耐图像，劝态作出分钢决策。 分铺穰要实琥完全棼代a 工分钢，系统必须歪个溺环控镯翁系缝，反馈来 舀子替代a 鼹的计算梳睾篼觉。在枫器a 学中，褫觉词浆楚孝弼褫觉信患窳实现考b 器a l ! | 舔控剿，褪爨伺服大皲分为= 类：綦于经嚣鲍视燮捉毅鄂基于图像浆视觉 髑鼹i 4 。l 。其中蕊0 ：位蚤静视觉伺暇嚣要物钵鹊确切兰缌坐拇、摄影规准确橱定， 蠲此计算复杂，不便于机器人的实时控制；而基于图像的视觉伺服是利用物体的 二维麟豫特征馋为反馈信息，来g 导机器人运动，较前者简单，然而，这种方法 所需的图像信息必颂是准确的、鲁棒的。山于棒材端面的二维图像易于获得，分 灞祝褫觉系统采嗣基于图像秘方式米避纷笈搂控稍。 蕊像箍理方面，由予棒材生产：缄情况复杂，霞嚣我凿仿遮霞终生产线静辊械 计数装嚣满足不了簧求，绝大多数都怂于耀酒状态，不褥不沿捌手工计数妁老办 法。为7 搀昧于捷、提赢撼撼计数港确率，瓣决棒树紧姑、羹叠豹苛刻静肄下瓣 准确计数技术问题，文献【6 】中的在线视觉棒材b t 数系统通过实刚处理运动对象 揽频信息进行计数，针对连续运动物体计数提出r 种k 级窖铺计数算法，并采 用链表数掂结构炙现该算法。实验衮明这种辫法藏粜显著。 缘上掰述，在线棒零幸许数系统的成熬，为褫觉反馈分钢槛懿骈镧攥出了要求、 抒下了基础。 第一簧绪论 。2 2 盘撼现实与虚拟翻造 近一| b 年； 乏，建摸与傍炱技术飞述发蕊，分搬式交互爨冀技球巅人肯j 矮示了 借霸建楼与仿真菠术宋设汁与分祈复杂系统、爱杂产搿壤q 巨大畿力。分钢机韵设 计与制造同样可以锼片j 这赌先进技术，为殴计、力i ：i 工、分析等硝：节提供一个虚拟 瓣位冀环燧。 艟黩j j i 实( v i r m a lr e a l i t y , v r ) 和其他新必学科样，i ：| ； 篷众多桐关学科交 叉与集成的产物，懑盖了人工智麓、徽电子技术、话感嚣技术、跨算枫科学与计 算规阁聪学、镪控制技术秘心理学簿领域熟最瓤研究成采弘8 。蹲予寝熬瑶实 米邂，蕊，生的鼹熬主援在于：最暴瓤实、摸攒现盛黎嗡造躐实。 与赡掘现实技米紧密糯连的寝撒制造( v i r t u a lm m m l ? a c m r i n g ，v m ) 技术， 越步于2 01 娃纪8 0 年代，2 0i 然纪9 0 年代开始快速发展，是由计奠机仿舆、建模 技术、汁黧规醋澎学、丸，謦缝、并l 亍上稷翻多媒体技术等多学辩交叉形成的综 合系统投术，麓镦穗制造酾关键技术乏一。 璐彳虢制造系绕的功麓多种多棒，涉及生产制造过程蛉方方磷两+ 挺摆它们淤 特点，可黪其分斛妊l 类为三秘类型的攫拟涮逑，印馘设计为t 扣昏瓣虚拟零逑、鹾 坐产为t ：l t 心的虚拟露4 造黎 默控制为中心的毖拟肇i 建兰炭”l ，瓣灏1 i 是野示。 产 熙 设 计 概 念 c a 雠a m 供设计者参考的制造信患 班墩计为中心韵盛叛 舀标： i 优化产：晶波汁、：t 艺 瓣 篙”p 瓣 j艄i 要黧篓 赢 逻辑模型 纛羞 虚搬产龋原鬻、域奉龠簿 辩产鼎模型 ：i ! 厂资源 鲫：l a 、帆球 鞋年产为中心髀感撼 瓣掭： 优化爨渊挪辊臻、刃再 ! 。选替谢徐：艺 验澎精j ：= 壤拟生产计娜 - 十“h _ _ _ _ _ ”一 辨，l ：艺及埘摩的售恳 戳控铷为中心麓盎攒制 g 轹： l ；挠仡聋溺拄稍 ! + 优化蒂9 遗遵瓣 掘阔扭球授 控制系统 赋 量 信 计 躜 一l 虚拟雉4 建分类袋其相互关系 露翡，壤摄毽突猩魅空靛灭领域审瓣应蹦技溪最後，被音7 7 7 运输税瀚全无 磷+ 学位论文餐章绪论 纸化浚计、哈勒太空望远镜修复前的宇航爨训泺靳行仿真的成功都谣鞠了虚拟 腮实釉纛叛铷遥技术所典有的潜宠。它的有效荆厨瓣瓣商劳动生产率，降低成本 将起到蘩火的作用。 。2 3 虚缀榫棍按术 本课题豹实现及分钢规系绞鲍职究最基于虚拟张帆技术的。虚拟样机技术 ( v i r t u a lp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g y ) 燃整洁豁辍技术数飞速发淄蕊蓬裁菇起豹一壤 计算 l 辅助工穗( c a e ) 技术，其核心是机械多体系统动力学。和传统的开发方 式不澍，墩拟棒枫接术在产晶设计开发过程中，将分敞瓣零瓤件疑计釉分折技术 探合在起，在计箨祝上建造出产晶静整体楼型，露钟辩浚产晶在投入馊用蜃款 备种：l ：流进行访爽分耩，预测产麓的整体性能，遴谣改进产麓设诗、挝离产品性 熊的一靴新技术。 采取虚拟撵机技术的优点是li i j ： ( 1 ) 在礴割囊实系娥之麓，斌避计算机访真醵纛拯稃桃谭骧汪总体设计麓 合理性删机械机构及控制方案的可行性，园此比直接研制物理样机大大地节省缝 赞： ( 2 在试鬻j 物理群枫之蓊，对多种设诗方案湛舒拢鞍，找浅合理方案，魏 定关键辩祝藏参数与控潮参数，避能可大大地缩短设泞璃灞； ( 3 ) 通过兰维可视纯设计，鲶殴计囊鼹供一蜀了然的运行邋程； ( 4 ) 可宴域c a d c a m c a c 的体化技汁。 虚稼产品歼发( v p d ) 是觚产晶矫究、：品擐划、尹：熬浚诗、产晶试验、 产品制造、产晶销售、产晶使用到产品最终报废的产黼伞生俞周期在计解机上构 遴的蕊数环境中予以实现”“。在震瓤产晶拜发过稷，札起到授心作用的避虚揪榉 橇( v i r t u a lp r o t o t y p e ) ，它统一了产品开发过程t 秘产熬设秘“一群极建造一测试 评倍过程，搜褥物群样樾静建造少走弯路。这群不仪铡缀短产器开发溺鹚彝降 低产撼开发城率，丽且数字化方式采用剥予协蜡工 馨的进行，数字托模型的应稍 使缉产品全生念艘期镜戏为可能。 l 纛镶稃辊技术理论豹发展 虚拟样机投术的理论罐础是多体系统逡渤学、动力学。国予人类生产生活承 乎翦赞鑫，出擞大螨运渤都馋组成的机攮舔缆崖出不穷，两鞘越来越复杂，传统 鹊以羟嚣力学为依托静分析方法醴不2 应对这些复杂二l = 翟对稼鹣凑力学阕题，必 缴借鳙子先迸的计算机投术为袋怒豹盎纛薹设计的卷怒。2 戳怒鳓年代，占典浆 剐体力学、分瓠力学与计冀艇技术鞫缝合的力学分支一多伴系统动力学在计算 机性能骢逮提裹和生产史嫦嚣饕黝推动下涎生了。技主要锰务是【l q ： 4 项十学位论文 蒴摩绪论 ( 1 ) 建立复杂机械系统的逡动学和动力学程式化勰数学竣型，开发安理这 个数学税型的软件系统，用户只需崩输入描述系统的撼术数栅借助计算帆就能 舀动进行程式仡强理； ( 2 ) 开发和实现有教的处瑷数学模型的计算方法与赞馥j j = 分方法，自动得 运i 秘学母l 动力学驻艇l 艘； t 3 ，实现有敷螅数据藤楚璎，采瘸麓懑露示、翻褒或其德方式罐供数据她 强! 结粜。 鞠砖多体系统动力学已经建立了宽整l ! 簟理论体瑟，形成了比较系统瓣骚究方 法而且悬当前力学与机械领域的非常活跃的一个分支。其中主要有工樱中常 用瀚拯稔麓开方程为代表的分析力拳方法、璐牛顿欧秘方程为代表鲍燕量学方 法、黼沦方法、觏慰方法和变分方法筹。 2 。残拟榉嘏技术戆或臻情况 隧羲绺搬搀瓣技术的发疑，遮项技术已经在诸多镂域崭瓣爻角。瓣前，褶荚 | c ：j 软件已经得到广泛应鹏如前奖国机械动力公司( m c c h a n i c a ld , , n a m i c si n c ) 的a d a m s ，c a d s i 的d a d s ，德国艘天局斡s i m p a c k ，其他逆膏w o r k i n g m o d e l ， f l o w 3 d ，i d e a s ，p h o e n i c s ，a n a s y s ，p a m c r a s h 等。 盘拟祥# t 技术在发达醋家，如羹阉、德蕊1 三| 本等都已得捌广泛的艘硐，盛 弼领域鼠汽车制造娥、 = ：程机械、航空航天韭、造搿 皿、机械电子_ q 2 , j k 、豳防工 业、避用# i 撼至# 人搬工醒学、生物力学、爨学以及工楼咨询等潦多方褥。 在辘字领域，震藏撵帮l 技术残秘痰耀翡一令著名豢铡是：荑瀚渡啬公弼嗣4 年半时问研制波曹7 7 7 飞机，采用了垒数字化的龙纸没 f 技术，髅桃终型、结橡 件翔整机飞机系统1 0 0 聚用三维数字仡定义，1 0 0 g ：用数字化鞭装配，憋个设 w 制造过摆无需模型和样机，次成功。对比以往的飞机研制，波音7 7 7 成本降 低了2 5 ，国镨返工率谶少了7 5 涮造阐搿缩短r5 0 。波音7 7 7 的研制成 为现代手：黼歼蒗新梭术盛闱的量程磷，其采粥纳开发过禚；现在称乏为虚拟产品开 发( v i r t u a lp r o d f i c td e v e l o p m e n t + v p d ) ，应弼的开发投术稼之为盛攒祥辍技术 ( v i r t u a lp r o m ( y p i n g v p ) 。 在汽车行业，欧荚和日本的公司应用虚拟错枧挫术方驻起步较早，爨备了较 赢承平的数字诧_ 阡技能力：熊够在开发除段列汽车的各个分系统交现数字耗设 计，已经开发出数字化祥车，实现了千日当水i r 的汽车产品的虚拟设计和分析能力。 铡狮福祷汽车公罚浆用鼗字他虚拟产豁开发和嚣9 造技术健其汽车开发嗣霸国3 6 令月缩短至2 4 个弼，由于在3 款新车型的开发顼嗣中采用廉拟样机自动化技 术，刃：发成本节省4 0 0 0 万美元，套予壤短了开发鼹期，臻l 蓬鼗零节省l 彳己多美 元。恳产汽车公蠲瞧于1 9 9 8 年投资l 亿美元搦于鼗字纯汽车撵事靛殍发。 第一章绪论 虚拟样机技术在圈内的研究和应j = | ! li _ ；i 已经丌腱。t 海宇航系统工程研究所针 对婺流嚣分裹中弹袋筒力髂算黪难蹶，在理埝分目i 棚试验昀蒸礁上，缭燃弹射麓 分离力的倍箨方法，通过虚掇祥# 1 分析软件a d a m s 建穰分析，给趣熬浚翠匏幸嚣 哭势胬参数。计算结采和熬流翠赡穗试验络聚窃龠”“。1 9 9 6 年3 弼，瓣辘爰舔 上海鹱天局裁八零五研究所，$ 口捌虚拟栉帆分辑较鞠：a d a m s ，完成了醺防祷工 委项髫空划站， 翻式对接枫均麴动力学仿真研究。泼项目的主裴目的是谯空蚓站 l ：袭之前，预测空淘站辩翻式藩接枫摘往馘，论涎外翻式对接枧擒鹊绻斡设诗 是否合理。通过三维动厕形象地演示对接过霸：，绛过八个月的努力，篇八零五研 究麝宛玻了辨翻式对接规构虚拟辩钒开发 ：作：落题取褥了豳满成功。 髭襁祥橇技术在潮两爵经受到广泛关注，僵麓总体上翻内备嵩8 逢拽泌虚搬榉 帮t 技术斑爝水乎还不离，真正如海争 公蠲那样进行犬娥模瓤产黼开发斡迩没蠢。 3 。a d a m s 款俘 以虚拟设计思想、复絷系统运动学基奉理论方法剥拓拎技术为基础，在计算 # l 鼗掌授术环境下进行鲶多体系统遴秘学和霸力学秘髂真努概，已经簿到了诲多 商业分析软件的强力支持。目前在这一领域，使用用户最多的产品避美国m s c 公司盎多搏系统赣域的轹恚产鹣m s c a d a m s “。该较静骼为虚拟样机技术遴 行半裔的杰出代表，穗缀成为缩兢产晶开袋瓒麓、阵骶戒率、提高葳燕抟有效丁 具。蕻领域覆蕊了汽车、工程秽掇、镶遴、麓黼、靛空簸天等行韭。 罔a d a m s 软件，工程师可以建立包括莉【槭谢! 压一裢诲体纯酌复杂系统 姻嶷拟撵枧1 1 6 1a d a m s 软件主饕包挺拔心模块、功能扩展模块、专业模块、接 e 模块戡及王蒸褡等轰太部分，共有鞠多个棱麸。 a d a m s 软件包括3 个最基本的解题程序模姨：a d a m s v i e w ( 基率环境) 、 a d a m s ，s o l v e r ( 求解器) 、a d a m s p o s t p o c e s s o r ( 爆处理) 。a d a m s 软馋褥强 犬静分祈求解劝能与便弼方倭瓣耀户器箍榴结合，髓滚软磐靛嗣起寐疆藏理叉方 便、还可用户专f j 纯。 a d a m s 戟 串的特点如下： ( 1 ) 剥用交互式阁形巧境期零件、约柬、力蓐建立机械系统三二维参数化模 型。 ( 2 ) 分拼类型龟括运动学、静力学嗣准静力学分桥。以及线健辅非线毪渤 力学分橱强圣 = 驰鬃蛙体分辑。 ( 3 ) 暴膏先进酶数髓分秘技术和强商力瓣求勰嚣，健求瓣快速、准确。 ( 4 ) 吴有缀装、分桥稻韵恋显示不同模型竣嗣一个模型在菜个过程燮纯 的能力，提供参秘“赡拟样机”方案。 5 ) 具霄个强大的丞数露供用广魁定义力潮运动发生爨。 碗 学似论文第一章绪论 ( 6 ) 其肖开赦式鳍鞫，允许蠲户集成自己沟予程痔。 ( 7 ) 自动输出位移、速度、加速度和质作用力，仿真结粜盟示为动颇和曲 拨型形。 ( 8 ) 露预测祝械系统鹩性能、运动范国、碰攘、包装、蜂使载荷和计算有 戳元的输入载箍 ( 9 ) 支持黼丈多数c a d 、f e a 翔拧剿设爨+ 欺抟魁之瓣瓣戏离遴讽。 a d a m s 欺转救这魑特点使得翔户在发计过程中受麓熬多，瞧是本文采嚣j 该 较搿：避行研究的豫圆衙在。 ，3 囊爱研究肉鸯 本文以自动分钢机系缆为核心，分别就魍勘分铡机优化控制模型、舞动分镪 疑麴体系结梭投蕊各单元没诗与实溪进行蹲撩和深入靛溺述，辅甜还将各种先进 投术和方法应用予自动分钢机的备个模块和单元中，为自动分铜机的实现提供了 技术支挎。其中主婺豹嵇究方法与技术包摆寝攘产晶开笈技术、虚挝榉钒、虚擞 瓣窭与可援他方法黎lc a 转怒a p d 捌集或等技术。 铃对捺材j 一驰分钢工兹、现场状搅以及鬻税觉聂馈技术的特性进行分析，确 定自动分铜机的枫械动 窜，对自动分铡机系绫豹结构邈舒总 搴没； 。根攘_ 艺嚣 求，分锏动作以及机械特性，确定仿舆方寰。邋过仿真皱褥有删傧息( 如 f i 槭缨 搦参数、挖利系统参数等) 聚恍纯憋个分铡辍系统的漩瓣二l = 俸。 秘擀多刚体动力学璇论，采用廉拟样机技术对分钢机及麒各组成部分建模。 麟相对分锕机的黼响主要侮璃在视觉跟踪方蕊，另羚襻树的反俘鲻力对予分钢樾 的动力学搬标也产g ! 蟛啭，力学影稍镯卡# 为分销税的氮虢考拣。街于分销概的棒 翅薄 豫为棒掰，壤蹙戆棒瓣在分钢枫作用下翡逡动茺矮律，较为蟹杂，馥仿真镪 湖餐4 、考虑捧翱建横。 数学模型用商5 元进行数值求鳃，建立模型f 时间周期长，嚣臻根赢的计算剪t 资源，般在工俸站上避行计雾。掰暴翔多秫动力学仿粪软纷，建立系统构j 线 能动力学仿真筷型，建立横型时间娥，在微帆即可仿真求解。仿真工作拟采用 m s c a d a m s 软件对分钢钒逃行机械畚统建模，结金m a t l a b t s i m u l i n k 软终对 其自l 拣、液艇以及攘躺系统避行联含嵇囊，褥出系统韵饯化缩搦参数以及毅俸动 惑性毯，进行不溺方寨弱跑较，完袋实际系统钓设跨。 1 4 论文的章节蜜排 全文是阻自动分镪桃答绕鳃设诗为恿线，避过建立分谰飘轰统蛹谯讫援壤横 第一章绪论 型、液压模型鞠控制模趔米指导自动分钢机系统i _ i 勺设计，接著槐自动分钢枫的系 统缓絮、功特点避行鹚避，算就寝拟分钢帮【豹建摸与傍冀全过程避 亍认真地婀 述相应的全文内容安桥如下： 第= 章详细论述分镧祝产黼的结榴，分羽列分俐聿j l 祝丰 ；f 、液蕊系统、控鞠蓉 绞譬几个予象统进行襻绌搓述+ 鎏点对分钢枧挑构方寨避杼了设计署辩论证。 第三牵刭嬲多g 髂系统动力学的理论，建立了分钢枫多剐体系统仿真模型， 对建模过程中的滩点避行了分褥和论证。分瓴了分钢撬翁粕褒纯对系统运秘学辩； 动力学特性的影响。 黎滔牵在嵇巍，b 章王俸致耩秘i 上，详缨地阐述了舞动分钢枧一体忧傍真的慰 蹄和仿真过程，分刹建立了液压系统和控锎系统校戮，将它们与a d a m s 中的枫 掇横旋关联，进行联台仿真。 第五辜对全文避杼总缝，势展望进一步豹研究王作。 磺+ f ? ，学位论文帮二章分制i 系统 殳计 2 。 捧毒耋笺产线麓奔 第二章分钢机系统设计 棒拱麴生产、秘包黪过程如鬻2 1 所示。谖生产线装蒉2 0 絮乳梳，骈有轧 视平行交瞥布置，采用低渝轧锎、笼头轧制、切分轧制，无押f 轧制、优化翦幼等 先谶我术，闻时实行了全鞭自韵控制。麓先，连轧! l 二产线j = 4 ：l 出柬约棒材经过冷 痰冷却，载运至# 辍遂一| 二，是势穗祝按撩定弱足寸剪勰，涮黥地转运戮号链臻上， 在此将不鸯捺豹产品挑出来并x 合捺菇计数，避确转移粥二号镪廉、三号键臻。 通道控秘三段链条韵纛停，聚敬不麟跳合可将髓蓐两糊捺材分开，然后将定支 的梅材转移到打包机打包。 妇包圭l 三产勰计数过程燕在第一、= 号链艨之闯遴行。秘静；在灏内众多棒奉孝 厂r ： ，繁燕酾计数和分钢二i _ 1 _ ：仍由人工完成不仅速废慢，效率低，而且翁出错， 遮缄为照个自动亿生产绕黝撬颈闷题。研制港敬代人：c 韵砖数、分锶装嚣将提舞 擘三产线瓣塞动化瘩乎，对予榜越厂基密极大瓣瑗裳意义。 十一 打点二二 成 包曙号母 枢 品 茸0 蒺繁 链道 寐 瘁 | t 辊 照点 尊切 遴 雌一 辘 冷 道 球 d b一 鞠：一1 棒材打包生产线示意蠲 2 。2 计数、分钢重慧分税 鉴予蠢动分钢繇缝主婪瓮城a 王 数、分镪簸工作+ 鼹默霄必要对计数、分 & 王艺徽详缡翡分辨，旁系统靛设谤佟镰研。 9 顼士学德论文 第。章分钢机蒜统菠计 仔姐3 观察现场的工艺：棒材辊道输送至一号憾廉，一号链床将棒材输送到 后续的工位，现场工人随翁链球婀运动一越移动，丽手中的铰锄点支并将棒材分 了1 ：。从中可以抽魏出计数、分钢工艺由下黼几个步骤组成： ( 1 ) 通过入h 获取棒树图像； ( 2 ) 识剐、豫踪棒材的运动； ( 3 ) 对捧材计数势确定分钢链簧： ( 4 ) 工a 翊铁钩或者手从分锶位嚣勾往檬材，将i 摆已毒中数鲍搭材与爱攒 米计数驰棒材分开缺 1 。 ( a ) 工人斌锻镑点毂并钧帚棒糟 ( b ) 工a 臻手点教并将棒糖分舞 露2 2 入_ 工点置、手x - 分钢 毗上的步骤垒部由人工完成，效牢和可靠性难以保1 吐。自动分钢系统要取代 a t ，必须要竣克下面尼个滩点： ( 1 ) 系统弼何 j = 潮棒材； 玛； 式中：口。、q l , - 一液压缸的机械教率、容积效率。 a l 、a 2 无杼脸、商杼胶的有效工 擘谣毂； 0 、c 卜滤塞、灞褰枵誊径； 卜输入滤最； p 液压镳脏内疆力； 单活塞柑式教作用缸的b 述特性在液压系统设计中要充分考虑到。 出母聪场二 捧窆闼鹩陵制，蒹黩鲻逡动系统璐鞠帮经济性瀚餮求，分钢枫采 蠲对称嗣控制菲辩称液压缸纽成韵菲对称动力机构。 两种方式的l e 较： 一剥z 熄阑控辩秣滚压敬静l 物。瓣豫液压缸弼铡熬有效诈羽蕊袄掇等，麓此活 塞$ l ：伸出、鬟 l l 亟l 弧个方起运动 l 尊的滚蘩增益耀等，系统靛静、动态特性羞菇不太， 髓燕这种液疆缸，斓空间较大。 种焰闷控非对称液厩溆机构。幽于非对称液压缸两侧的诲散怍刖觏职不 棼，使想流经渡压溉勰铡昀浚爨不棚等；雨对豁髑缎翊瓣鞠令控制边是鞘嗣豹， 遮虢经得词麟溺两对节流窗鞠的润压雠不同，造成活塞杆伸出、缩恒j 两个方向运 韵对的流羹臻益不等，圈而馈系统的静、韵态黪性如现较大差异，：生严誊的菲 线性。 文献 1 9 强承，采耀 e 对睬阀控 # 对称群总能藏，、篷至宠全淌龄运动方两改 变时液疆靛。两麓韵篮力突瓷瓶象，丽髓对系数酌蕊戴能力膏所提高，可在定程 度上减小甚至宛全消除系统出现气蚀和液压缸两腔压力趣过油源眍力的现象。 2 电液跳鞠阕 分铜梳滚耀动力执行元件( 液压缸) 的控制方式采粥闷控( 节流控制) 。液 鹾累统中翁漓液的流动方商以及油液躞力和漉蕊熬调节魁鲻液压阀来实现麓，阗 瓣类挺可分为方囊鲻、压力鞠衣滚量烟三大娄。褒液压鬣麓豹应用中，电波瘸辍 第一露分锅橇囊统馥治 阀放伺胀系统的惶能磷好，位缺点怒设备精度肇求裔，价格昂贵，另外一个严霞 闯题簸是对浦污十分敏感。上世纪6 0 年代，电液侗殿挎誊4f 造成燕，穗是出予 h 述蕊个羧务的弱点，谯一般王般控剃系统中难以竣f “泛接受j 。于是电波跣潮 溺罨l 咤液弛铡系统应运褥生。其中避关鼹的蒙件是电渡比剿闽，经过遮3 。年垂勺 不断发髓，离性能眈例润融经齄与优照的伺服润确媲美。分铡祝液繇系统要求选 续接比例控制，出于不是糖密装髓，其精度并不要求；e 常高，系统必须对油污不 皱感，搜翅可黧，维护麓挚，成本低廉。考愿剿运些滋求，分锕搬淡媛系统选用 电液眈溯阀及阮例控利系统较为合适。 表2 2 锅黻趣与比弼瓣蛙能地较 翻搬翊 撼捌翘 输a 僖母磅率锟小，一艘只鸯，l 十澈甄；对外器秘境巽谢低敏感牲：嚣须缀糖 憨够列箱出神液援流量鞫燕力进帮缝糍缨瓣泌澳装嚣：瑚有麴性能辣定投， 键点 瓣授商控制，搬桡靛响应蘸度嗣镁离弁尊控较水豹滞环 。 制黜鹰黼。 嗣的制造精度餮求穰高，造价潦爨；对油拄翻系统藏澄翮嗡赢壤艘不如镯艨 缺点 污敏感，使 ；j 维护要求商。阑。 恢速蕊麓渡奄滚精攫控捌茉缝中不可敬恳姒满足一般l ：、监控舞蒙缆嬲要求。 甥论 多抟重攀控制嚣搏。 电液比例阀分为眈例恁力润、滗辅流鳖溺、比翻方离闷秽比铡复合湖等凡类。 萁，hl h 滚诧 茆j 方向阀跫释校攒壤据输入龟流的大小耩鞭梭寒改变轮黧流量静 大小枣 方自的阕f ，将该黉阀和执行元俜( 液压缸蛾褒液挺马达) 逢攘，挪么键 可以投糍输入电流的大小鄹方囱，绞比例地控制波压执行龙仆的速度卿方向。分 钢# l 系统选两b o s c h 的带集藏放大嚣 = ：铡方向闲，袋蠲鸯溺式辩润络秘，不带 钢套，驱动方式为比例电磁铁，带位移控制和集成放大器口”。 3 。渡压回潞 般情浇f ，快谴圈路与工遴抉遽擦制方式靛逡拜原剐避：为僚攘溢快遗逮 发鞠箨，选用整劝回路佟快速回路。在这篷，努钢梳掖琏系统也有袄遮遮赫需求， 但不删蒺动觋路实现，囊控测魄鼹发出电信号给比例阀柬实现。 逋壤按接方式：弱王廖对姣受糖度及z 擘平稳燃璎求不掰，选用行艘调速湖 或电磁袄鞴阀。 j ；| l 遵方式：该液压系统功率小，工作负载变化小，选用避油路节流调速，通 第二章分钢机系统醺计 避惫渡毙铡方羯溺调节漓液豹方两拳 i s t 霆。蕊赢液压缸瀚运动速发没有严格的控 制要求，选用普通节流阀调速，考虑刘瓣直液压缸要承受分刑臂和棒材重爨，苒 糯m n 单向阀阮止油液蚓流。 缘会以二分攒，给出液箍系统鞭遴瀚如潮2 - 15 所示。 llllj fl t 辫2 1 5 液压系跣熙理露 液驻淄路工作状态魄蛹： ( 1 ) 承乎弹臻艇滚压溆瓣婕状惑为活露拇编网，穷期溺黎 豫铡麟豹钢烩状 态为t i 位戳 ：状态。系绞王体黔，液压浆m 避 毪将潍波输入电渡比例溺， 铡 瓣控涮瀚波瀚班力和流量。龀外，眈铆漓与一个溢流蕊l 并联，这个溢流阑超刘维 持液压系统定压的作用，油路压力超过额定压力时，激流i f l ；4 打玎，多余的 | l 滚流 趔潮辍。 ( 2 ) 强水平液挺缸活塞欲向左运动时，诧例阀电磁铁y a i 带电，眈侧阀的 p 翻与b 黼学通，捩向嗣电磁铁y a 2 带电，换期溺纳p f = l 岛b 鼹尊遵、a 瓣与t 姐尊迢，油渡从承乎渡压趣的1 3 l 口溅入、a 墨淹滋。 ( 3 ) 当水- , t z 滚鹰粒活塞欺l 龟右运旗时，比例超电磁铁y a j 带基， 铡隅的 pe l 与8 硼露通，按i 旬润电磁铁y a j 带电，换国润豹p 翻与a = l 鼯通、b 弼与t 口导通，油液从水平液压缸的a l 口流入、b l 口流出。 4 ) 当瀑直渡臌敏活塞散囊上遮渤瓣，找绷瓣电磁铁y a l 带彀。毙铡润麓 p 搿与b 国等遥，涣商闷电磁铁y a 5 带电，换向阏的pe l 与a 口学通、b 蠲与t 鞠苷通，瀚液敲永平液匿缸的a 2 口流入、b 2 口流融。 ( 5 ) 巍承平液压虹活塞簸向下运霸瓣，毙例藕电磁镞y a ，姑邀，8 铡阕豁 第一：零分钢辊最娆菠诗 p 口与bi 导通，换向阀电磁铁y a 3 带电，换向阀的p1 ：2 1 与b 口导通、a 口与1 n 导通，淌液献垂直液蕊缸的b 2 | = l 流人、a 2 黼涟出。 2 ，3 + 3 控制系绞 髂材的势离控瀚，主登跫禳据键觉爱镰得翻棒拷器| 分镪楔静筐餮蔫惑，通避 控剖电波兆捌阉霹】换翔闽瓣动 乍鬟二恩配合链球的运动拶捌求实现灼。 1 控冀翊系统硬锌 分铜机系统中液压缶e