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袋装水泥装车机器人机构研究

袋装水泥装车机器人机构研究

作者：武金艺华北理工大学

学位级别：硕士

随着水泥生产的自动化和水泥包装机的自动化发展,迫切需要与之配套的自动袋装水泥装车设备,以提高效率、降低成本、减小污染。目前,国内外袋装水泥装车机器人的技术还尚未成熟,袋装水泥的快速装车已经成为水泥生产运输过程的瓶颈,在一... 详细信息

随着水泥生产的自动化和水泥包装机的自动化发展,迫切需要与之配套的自动袋装水泥装车设备,以提高效率、降低成本、减小污染。目前,国内外袋装水泥装车机器人的技术还尚未成熟,袋装水泥的快速装车已经成为水泥生产运输过程的瓶颈,在一定程度上制约着袋装水泥产业的发展。针对袋装水泥装车过程中质量大、速度快、污染严重等问题,结合机器人机构学相关理论,确定机器人的整体结构方案,提出一种基于并联机构的装车机械手,与吊装体机构、预整机构等结合构成袋装水泥装车机器人整机结构。对各部分的结构组成、功能进行详细的分析与设计,确定机械手结构尺寸参数。对并联机械手进行运动学和动力学分析。利用矢量法和坐标变换法建立机械手运动学模型,借助Kutzbach-Grubler公式进行机构自由度分析,得出机构位置、速度、加速度逆解解析表达式。利用Matlab中的fsolve函数得到机械手的数值正解。基于牛顿-欧拉法建立机械手的关节位移、速度、加速度与驱动力矩/力的关系。进行机械手机构的工作空间、奇异性和灵巧度分析。用极坐标边界搜索法,确定机械手的工作空间,并通过Matlab编程绘制机械手空间点云图和边界轮廓散点图,验证机械手工作空间的合理性。采用Gosselin和Angeles求解方法对机械手进行奇异性分析,根据Jacobian矩阵建立奇异性判别形式,得出其奇异临界条件。利用Jacobian矩阵的条件数指标分析机械手的灵巧度,得到其灵巧度的分布规律图,为结构的设计提供理论参考。基于虚拟样机技术,对机械手进行运动学与动力学仿真分析与应用。通过三维建模软件Solid Works建立机械手的虚拟模型,并将其导入到ADAMS软件中,得到相关仿真参数曲线,验证结构设计的合理性与实用性。最后,借助运动仿真参数曲线中显示的具体理论数据进行关键零部件型号的选取和设计。

关键词：袋装水泥并联机器人运动学动力学性能指标运动仿真

袋装水泥装车作业场所粉尘扩散特征及控制研究

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袋装水泥装车作业场所粉尘扩散特征及控制研究

作者：陈强华北科技学院

学位级别：硕士

当下国内水泥企业分布广泛,水泥工业作业场所尘毒超标严重,水泥尘肺病高发且占职业病比重较大。袋装水泥装车作业场所是水泥企业众多的产尘点中的较为严重的场所,工人在进行装车作业的码袋过程中接触的呼吸性粉尘浓度高,危害严重,袋装... 详细信息

当下国内水泥企业分布广泛,水泥工业作业场所尘毒超标严重,水泥尘肺病高发且占职业病比重较大。袋装水泥装车作业场所是水泥企业众多的产尘点中的较为严重的场所,工人在进行装车作业的码袋过程中接触的呼吸性粉尘浓度高,危害严重,袋装水泥装车作业场所的粉尘危害的治理已经成为主管部门亟待解决的问题。本文介绍了粉尘扩散的相关理论,包括国内外粉尘扩散规律现状,分析了装车作业场所粉尘来源、产生机理、受力分析、扩散的主要影响因素及运动控制方程的建立。以辽宁省营口市某水泥厂袋装水泥装车作业场所为实例,通过对装车作业场所的对现场调研及检测,结合粉尘扩散理论,运用Fluent数值模拟软件,得出了该企业袋装水泥装车作业场所现有通风方式下粉尘的扩散特征。通过对数值模拟的最终结果与该场所的实际情况进行比较,结果基本一致,验证了所建物理模型的可行性。根据现场已经安装的排风系统及现有通风方式下的数值模拟结果,分析表明该装车作业场所内粉尘超标的主要原因是尘源移动性和排风系统不合理的设置,装车工长时间暴露在在高浓度粉尘环境中。本文首先将在车间进口和出口设置卷帘门,将半封闭式车间改为封闭车间,并提出两种通风方案并进行比较分析。结果表明,采用水平吹吸式通风方式,送风气流速率在1.2m/s以上,排风气流速率为4m/s,可以很好的稀释该装车作业部位的粉尘浓度,使气流组织更加合理。最后效果证实该方案的捕捉面风速分布均匀度、作业岗位TWA(总尘)浓度、以及送排风耦合作用都效果良好符合国家标准,达到预期目的。

关键词：袋装水泥装车作业粉尘扩散规律数值模拟

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袋装水泥自动装车系统设计与研究

袋装水泥自动装车系统设计与研究

作者：王雯雯中国科学技术大学

学位级别：硕士

国内传统的袋装水泥装车作业大多采用半自动化装车设备,依赖人工进行码垛装车,这种装车方式不仅生产效率低,还会造成大量粉尘污染,严重损害工人的健康。国外的袋装水泥自动化装车设备,虽然能实现全自动化作业,但不能适应国内运输车辆和... 详细信息

国内传统的袋装水泥装车作业大多采用半自动化装车设备,依赖人工进行码垛装车,这种装车方式不仅生产效率低,还会造成大量粉尘污染,严重损害工人的健康。国外的袋装水泥自动化装车设备,虽然能实现全自动化作业,但不能适应国内运输车辆和袋装水泥规格多样性的现状。因此,研制一款适应国内水泥行业现状的袋装水泥自动化装车设备,对国内水泥行业生产技术的升级和发展具有重要意义。本文围绕袋装水泥自动装车系统的设计问题,提出了一种基于单包定位码放策略的袋装水泥自动装车系统的设计方法,分析了袋装水泥自动装车系统的组成结构和控制系统,并在句容台泥水泥有限公司进行了样机的安装和测试。实验结果表明该袋装水泥自动装车系统的设计合理,装袋过程实现了全自动化,可适应不同车厢和袋包尺寸,袋包码放整齐,基本满足袋装水泥自动装车要求。论文的主要工作如下:1、设计并分析了袋装水泥自动装车系统的组成结构,建立了其运动学数学模型。本文分析了自动装车系统的组成结构,基于装车系统结构的几何特性,先构建了钢丝绳协同运动模型,给出了竖直钢丝绳长度和斜拉钢丝绳长度的数值关系,再建立了系统的运动坐标系,通过运动学分析计算了装车系统的运动学正逆解的解析式。2、设计并分析了袋装水泥自动装车系统控制系统,提出了单包定位码放的控制策略。本文分析了袋装水泥自动装车系统控制系统的组成结构,对主要元器件进行选型,设计了车厢尺寸检测与定位、路径规划及速度匹配和当前码放袋包序列值求解算法,给出了装车系统各个关节的运动控制原理和装车作业的控制流程。3、设计并实现了袋装水泥自动装车系统的监控软件,实现了智能可视化操作。根据袋装水泥自动装车系统的工作需求,设计了监控软件,分别对监控软件的各个功能进行了具体分析,并编写了相应的程序模块,包括高速通讯、安全权限设置、监控与操作、数据管理和算法实现等。4、为了验证提出的袋装水泥自动装车系统设计方案是否可行,对样机的系统性能进行了测试。先对钢丝绳协同运动模型精度进行测试,结果证明了该模型的建模误差在允许范围内;接着,对车厢尺寸检测与定位算法进行了实验,结果显示车厢尺寸检测误差和定位误差满足装车工作的需求;随后,分别对袋装水泥自动装车系统沿x轴、y轴和z轴的运动精度进行了测试,结果表明运动控制方案是可行的;最后,对袋装水泥自动装车系统进行了现场装车作业测试,结果表明该装车方案满足系统的设计要求。

关键词：袋装水泥自动装车协同运动运动学分析监控软件

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袋装水泥自动化装车系统研究

袋装水泥自动化装车系统研究

作者：任伟华中国科学技术大学

学位级别：硕士

水泥作为三大建材之一,在城市发展、兴修水利、巩固国防等方面扮演着重要角色。随着社会的不断进步,我国对水泥的需求不断增加,水泥年生产总值也不断增长。论文围绕袋装水泥全自动化装车系统研制问题,发展了一种基于激光传感器的车厢尺... 详细信息

水泥作为三大建材之一,在城市发展、兴修水利、巩固国防等方面扮演着重要角色。随着社会的不断进步,我国对水泥的需求不断增加,水泥年生产总值也不断增长。论文围绕袋装水泥全自动化装车系统研制问题,发展了一种基于激光传感器的车厢尺寸测量及定位方法,设计并分析了袋装水泥自动化装车机控制系统,并在句容台泥水泥有限公司进行了安装测试。研究成果可以较好地解决袋装水泥的自动装车问题,提高装车效率,对缓解水泥行业装车工人招工难、降低劳动强度等方面具有重要价值和意义。论文的主要工作如下:1.结合国内水泥行业现状,设计并分析了袋装水泥自动化装车系统结构。建立了运动坐标系,通过分析与计算得到了装车系统运动学正解方程表达式,并给出了运动学逆解求解公式。2.分析与设计了袋装水泥自动化装车机控制系统。首先对控制系统相关电气元器件进行了选型,给出了整个控制系统的电气原理图;然后对装车系统各个关节的运动控制方案进行了设计,采用PID闭环控制方法实现对升降机构的位置控制。3.设计了一种基于激光传感器和行程开关的车厢尺寸测量及定位系统。首先对其硬件组成和控制系统进行设计,并给出了车厢尺寸测量和定位的求解方法。然后,在现场进行车厢尺寸测量及定位实验,结果表明测量与定位精度满足要求。4.对袋装水泥自动化装车系统单轴运动精度进行测试,结果证明了单轴控制方案的可行性。随后,对袋装水泥自动化装车系统进行现场装车测试,记录了 27个装车工位在三个自由度上的绝对误差。从实验结果看,沿XR轴方向定位误差不超过4cm,沿yR轴方向定位误差不超过2cm,沿zR轴方向定位误差不超过5cm,可以满足装车要求。

关键词：袋装水泥自动装车车厢尺寸测量车厢定位

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袋装水泥装车机器人结构优化设计的研究

袋装水泥装车机器人结构优化设计的研究

作者：孙佳涛华北理工大学

学位级别：硕士

随着自动化设备在水泥生产厂家的广泛应用,水泥的生产与包装效率得到显著提高,而水泥装车这一工作环节自动化水平却相对落后,这大大降低了自动化生产效率,因此急切需要与之配套的自动袋装水泥装车设备。目前,袋装水泥装车机器人技术尚... 详细信息

随着自动化设备在水泥生产厂家的广泛应用,水泥的生产与包装效率得到显著提高,而水泥装车这一工作环节自动化水平却相对落后,这大大降低了自动化生产效率,因此急切需要与之配套的自动袋装水泥装车设备。目前,袋装水泥装车机器人技术尚未成熟,国内外的研发与应用并不广泛,如何解决这一难题成为了提高袋装水泥装车运输效率的关键。为了满足袋装水泥装车作业过程中重载、高速、绿色环保等要求,通过实际考察水泥装车现场,分析并总结出袋装水泥装车时的一些具体特征及数据,结合水泥生产厂家原有设备设计出一种并联式袋装水泥装车机器人,通过对机器人进行运动学分析验证其结构设计的合理性。随后对吊装机构进行了优化,确保其始终处于水平状态,并对导送平台、搬运厢等部位的结构、功能、特点进行了详细分析与设计。根据机器人各极限位置,绘制出机器人末端搬运厢工作空间边际曲线,并通过MATLAB软件求解验证机器人工作空间绘制的正确性。根据所得到的工作空间,结合实际装车工作现场要求规划机器人的推送轨迹,利用ADAMS软件对机器人的工作过程进行仿真,验证轨迹规划的可行性,为样机的制造研究提供了重要参考依据。运用牛顿-欧拉法对机器人各关节的转矩进行推导,得到其受力最恶劣时的位姿及关键数据,为机器人结构轻量化的研究提供了数据支持。利用ADAMS软件对机器人运动过程进行仿真,明确惯性力对机器人工作过程的影响,针对这一问题制定两种优化方案,并对两种优化方案的结果进行了分析对比。利用有限元分析软件ANSYS Workbench对装车机器人进行有限元分析,基于机器人各部位应力分析结果对其进行结构轻量化处理。最后,根据机器人各关节转矩、转速等数据对核心驱动零部件的型号进行了选取和设计。

关键词：袋装水泥并联机器人结构优化动力学运动仿真

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一种袋装水泥自动装车机设计与分析

控制工程 2021年第6期28卷 1217-1222页

作者：王雯雯赵轩浩郭伟斌高理富谢陈磊王千年中国科学院合肥物质科学研究院安徽合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院安徽合肥230026 安徽建筑大学电子与信息工程学院安徽合肥230601

针对目前国内外市场上已有的水泥装车机在国内水泥厂中不能实现全自动装车以及无法适应多种规格的运载车厢和袋包尺寸的问题,我们设计了一种袋装水泥自动装车机,实验分析了该机构的组成及其运动原理,建立了具体的运动学模型,设计了控制... 详细信息

针对目前国内外市场上已有的水泥装车机在国内水泥厂中不能实现全自动装车以及无法适应多种规格的运载车厢和袋包尺寸的问题,我们设计了一种袋装水泥自动装车机,实验分析了该机构的组成及其运动原理,建立了具体的运动学模型,设计了控制系统的总体架构,并给出了装车作业的控制流程。现场装车实验表明,该自动装车机能实现全自动化,可适应不同车厢和袋包尺寸,袋包码放整齐,达到了设计目标,满足了国内袋装水泥自动装车的要求。

关键词：袋装水泥自动装车机运动学分析装车作业控制

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水泥厂袋装水泥防串货发运管理系统

水泥厂袋装水泥防串货发运管理系统

作者：董庆龙浙江工商大学

学位级别：硕士

近年来中国大陆的水泥厂日益增多,随着国内的房地产形式和全国各地正在大规模的修建高速铁路,对水泥的需求量也不断的增加。国内的水泥厂大大小小成千上万家,有私营的也有国营。但是其中水泥厂的串货和发货数量监控也成了一大问题。灌... 详细信息

近年来中国大陆的水泥厂日益增多,随着国内的房地产形式和全国各地正在大规模的修建高速铁路,对水泥的需求量也不断的增加。国内的水泥厂大大小小成千上万家,有私营的也有国营。但是其中水泥厂的串货和发货数量监控也成了一大问题。灌装水泥相对于要比袋装水泥问题稍微少一些。本文针对于袋装水泥领域,提出了相对合理、简单、有效的方法防止水泥包串货,少发多发,和管理上的问题。主要采取以太网方式组网将现有的喷码机设备、计数器设备,再加上其他的辅助设备,例如LED户外大屏幕、IC读写器、ID读卡器、传送带开关控制器等等,实现一整套水泥厂袋装水泥发运管理系统。详细介绍请阅读本文正文。

关键词：水泥厂袋装水泥防串货一卡通喷码机点包器

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袋装水泥机器人自动装车系统设计及应用

机器人技术与应用 2020年第1期 31-34页

作者：华文孝谢赛长沙长泰机器人有限公司长沙410117

本文介绍了一种利用机器人配合激光视觉系统的袋装水泥自动装车系统,通过采用激光视觉来检测运输车车厢,可精确测量车厢尺寸和精准确定车厢位置,再配合机器人的高柔性特点,可实现几乎所有车型的自动装车功能。应用效果表明,该系统可以... 详细信息

本文介绍了一种利用机器人配合激光视觉系统的袋装水泥自动装车系统,通过采用激光视觉来检测运输车车厢,可精确测量车厢尺寸和精准确定车厢位置,再配合机器人的高柔性特点,可实现几乎所有车型的自动装车功能。应用效果表明,该系统可以满足目前袋装水泥运输车的多样性,具有良好的经济效益和社会效益。

关键词：机器人袋装水泥自动装车系统激光视觉

袋装水泥装船机安装、调试和生产中出现的问题及解决方法

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水泥 2008年第6期 56-57页

作者：董仲平湖北哈福机械有限责任公司湖北黄石435001

笔者曾在《水泥》杂志2005年第8期《NC8700型袋装水泥装船机及其应用》一文中,介绍了袋装水泥装船机（以下简称装船机）的结构、工作原理及出现的问题和改进措施等。根据出现的问题和用户的要求,2005年,我们对出口越南胡志明市庆丰水泥... 详细信息

笔者曾在《水泥》杂志2005年第8期《NC8700型袋装水泥装船机及其应用》一文中,介绍了袋装水泥装船机（以下简称装船机）的结构、工作原理及出现的问题和改进措施等。根据出现的问题和用户的要求,2005年,我们对出口越南胡志明市庆丰水泥公司HIEP PHUOC粉磨厂的装船机进行了20多项的技术改进。一年多的使用效果表明，装船机达到了设计和使用要求。本文介绍装船机在该厂安装、调试和生产中出现的问题及解决方法。

关键词：袋装水泥装船机安装生产调试 700型工作原理胡志明市