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超声波切割机器人控制策略研究

超声波切割机器人控制策略研究

作者：凡磊安徽工程大学

学位级别：硕士

随着自动化技术的发展,机器人在工业领域的应用范围越来越广。如今工业机器人已经被安装在工业生产线上完成流水线任务。但要保证它可以完美的完成这些任务,就还需要机器人能够根据不同的工作条件来调整自己,所以对机器人控制策略的研... 详细信息

随着自动化技术的发展,机器人在工业领域的应用范围越来越广。如今工业机器人已经被安装在工业生产线上完成流水线任务。但要保证它可以完美的完成这些任务,就还需要机器人能够根据不同的工作条件来调整自己,所以对机器人控制策略的研究是必不可少的,只有研究出良好的控制策略,提高工业机器人的工作效率和精度,工业机器人才能够在复杂的工业制造业中发挥更重要的作用。超声波切割因其加工应力小、产生污染少等优点,在金属材料切割领域具有广泛的应用前景。为了提高超声波切割的加工效率和智能化程度,将超声波切割技术与工业机器人技术相互结合,不失为一种有效的手段。本课题侧重以用于超声波切割的工业机器人为研究对象,对其的轨迹规划和轨迹跟踪控制展开深入的研究。本课题的主要研究内容如下:首先利用D-H参数法对超声波切割机器人进行理论建模,通过MATLAB软件验证数学模型和逆运动学的正确性,同时通过ADAMS验证机器人动力学,得到超声波切割机器人的力和力矩曲线,为轨迹规划奠定必要的基础。后续轨迹规划主要讨论了几种轨迹规划方法,并选择最适合的轨迹规划方法规划一段目标轨迹,为后续验证控制器的有效性奠定基础。最后设计了一种单关节控制器,通过搭建两种不同的控制器的Simulink模型并进行仿真验证,选择轨迹跟踪误差较小的一个控制器作为单关节的控制器。得到一种PID与模糊自适应PID联合控制器,可有效的减小轨迹跟踪误差,为超声波切割工业机器人的轨迹跟踪提供了一种可行方案。

关键词：超声波切割工业机器人运动学动力学轨迹规划轨迹跟踪控制

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全数字超声波切割系统设计与研究

全数字超声波切割系统设计与研究

作者：李云祥中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

超声学是一门新兴的学科,超声波技术广泛应用在工业生产、卫生保健和石油化工等领域,扮演着十分重要的角色。利用超声波技术可以提高产品质量、降低生产成本、保障生产安全和提高生产效率。近十年来,国内外对超声技术的应用研究非常活... 详细信息

超声学是一门新兴的学科,超声波技术广泛应用在工业生产、卫生保健和石油化工等领域,扮演着十分重要的角色。利用超声波技术可以提高产品质量、降低生产成本、保障生产安全和提高生产效率。近十年来,国内外对超声技术的应用研究非常活跃。超声波切割技术以其独特的技术优势,应用在纺织材料切割中具有清洁、高效、切割效果好的优点。本文在深入研究超声波切割技术原理的基础上,探讨将现今的数字化程度低的超声波切割系统进行数字化改进,并且实现超声波发生系统的多路输出功能。通过研究超声波切割技术在实际应用中的技术特点和系统组成,分析影响其工作性能的主要因素,并在实际设计中综合考虑影响因素。本论文选择的超声波系统工作频率为28KHz。在确定系统工作频率的基础上,对系统进行硬件设计。硬件电路分为主电路和控制系统电路,主电路主要包括整流电路、逆变电路、高频变压器和调谐电路;控制系统电路包括微控制器最小系统电路、驱动电路以及反馈电路,控制系统选择恩智浦半导体公司的K60微控制器作为超声波切割系统的主控芯片,根据超声波切割系统的工作频率和功率的要求,进行超声波切割系统中各部分电路中主要元器件的选型工作,硬件电路设计中注重减小电路的复杂性,提高系统的数字化水平,并最终完成整个系统的设计工作。在完成全数字超声波切割系统硬件电路设计的基础上,进行控制系统的软件设计。软件设计的编译开发环境为Keil软件,设计主要包括底层驱动构件设计、PWM驱动程序设计、频率跟踪程序设计以及过流保护程序设计。软件设计主要完成程序功能的描述、程序流程的设计以及程序的编写等内容。在完成整个系统软硬件设计的基础上,运用Altium Designer软件进行PCB制作,搭建实验平台,对超声波切割系统各部分进行实验测试与分析,结合Keil编译软件,进行程序的调试,最终完成整个系统的测试工作,系统测试的工作频率为28.03KHz。

关键词：超声波切割微控制器超声波换能器逆变电路

碳纤维复合材料超声波切割装置设计及系统研究

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碳纤维复合材料超声波切割装置设计及系统研究

作者：康凯杭州电子科技大学

学位级别：硕士

碳纤维复合材料具有密度低、耐磨耐腐蚀性强、抗拉强度高、导电导热性好等优点,在航空航天、汽车建筑、日常生活等领域应用较广,人们对碳纤维复合材料产品的需求量增大,且更追求其多样化。碳纤维复合材料硬度和刚度高且具有各向异性等问... 详细信息

碳纤维复合材料具有密度低、耐磨耐腐蚀性强、抗拉强度高、导电导热性好等优点,在航空航天、汽车建筑、日常生活等领域应用较广,人们对碳纤维复合材料产品的需求量增大,且更追求其多样化。碳纤维复合材料硬度和刚度高且具有各向异性等问题,极难加工,传统方法不能满足加工要求,电火花和激光加工极易破坏碳纤维复合材料零件的表面质量。综上所述,本设计以超声波切割碳纤维复合材料为研究对象,对整体装置进行设计和搭建,重点研究两种声学系统和动态特性,通过实验进行验证设计的可行性,主要内容及成果如下:(1)碳纤维复合材料超声波切割装置系统设计。首先,依据工业机器人技术和超声波加工方法,设计出超声波切割机器人,并设计六自由度工作台作为零件放置平台;其次,根据超声波切割原理,设计出超声波切割主轴;最后,进行整体装置搭建。(2)20kHz和40kHz声学系统研究。依据压电效应原理和等效电路法,建立换能器频率参数模型,设计换能器结构;基于变截面频率方程和解析法,建立复合式变幅杆参数模型,设计两种频率下变幅杆结构,运用Workbench对两种变幅杆进行仿真分析;依据变幅杆结构,设计两种声学系统下尖形刀的结构并仿真分析;对两种频率下声学系统所适用的工作范围做出概述,确定本次设计采用20kHz振动频率;对带有尖形直刀的变幅杆进行仿真分析。结果表明:对刀具仿真分析,最大变形量均小于8μm,满足加工要求;对变幅杆仿真分析,当频率为20.436kHz时,误差为2.18%,当频率为40.425kHz时,误差为1.06%,变幅杆设计可行;对带有刀具变幅杆仿真分析,当频率为20.103kHz时,误差为0.52%,声学系统设计可行,为振幅检测和阻抗分析实验提供理论依据。(3)碳纤维复合材料超声波切割动态特性与机理研究。一方面,建立动力学模型,理论验证声学系统设计是否可行;另一方面,依据碳纤维复合材料力学特性,探究影响工件表面质量的因素。结果表明:超声波切割具有周期性,超声波切割力小于普通切割力,从动力学角度验证声学系统设计可行。切割机理为探究表面质量的影响因素实验奠定理论基础。(4)碳纤维复合材料超声波切割实验研究。依据声学系统仿真分析,进行尖形刀长短对振幅的影响和声学系统阻抗分析实验;基于切割机理,进行实验探究影响碳纤维复合材料表面粗糙度的四个主要因素。实验结果表明:振幅随刀具长度增加而增大;当频率为20.160kHz时,误差为0.8%,声学系统设计可行;当切割速度v=30m/min,切割深度ap=0.2mm,进给量f=0.02mm,振幅A=40μm时,切割效果最佳;加工后,表面平整无毛刺、无污染、质量好,超声波切割碳纤维复合材料具有可性行。

关键词：碳纤维复合材料超声波切割声学系统动态特性切割实验

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超声波切割锗硅片

清华大学学报(自然科学版) 1965年第2期 85-86页

作者：周铁英诸国桢张大安孙德铭

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面包超声波切割装置和实验研究

面包超声波切割装置和实验研究

作者：陈健杭州电子科技大学

学位级别：硕士

面包因其食用方便、营养价值高等特点越来越受人们青睐,面包的切割质量也越来越受到人们关注。传统的面包切割方式切割效果差且切割过程中会出现大量食物浪费和刀具使用寿命损耗等现象。针对上述问题,本文设计并制造实验台,并在该实验... 详细信息

面包因其食用方便、营养价值高等特点越来越受人们青睐,面包的切割质量也越来越受到人们关注。传统的面包切割方式切割效果差且切割过程中会出现大量食物浪费和刀具使用寿命损耗等现象。针对上述问题,本文设计并制造实验台,并在该实验台上进行了超声波面包切割实验,研究了超声波面包切割参数对面包切割效果的影响,为面包超声波切割提供参考。本文的研究内容与成果主要如下:(1)对面包超声波切割声学系统进行了设计与制造。运用理论分析方法对变幅杆初始尺寸进行设计,运用ANSYS环境对初始设计变幅杆进行优化与分析,最终设计出振型稳定,易于安装的超声变幅杆。基于复合变幅杆振动理论,设计宽刃超声波面包切割刀,通过在刀具上开条型槽抑制刀具横向振动,在ANSYS环境对切割刀具进行模态分析,设计出刀具刃口振型稳定且整体振型均匀的超声波面包食品切割刀具。最终根据超声变幅杆与切割刀具工作性质分别选择合适材料并制造完成超声波面包切割声学系统。(2)设计并制造可用于面包超声波切割的实验台。根据超声波面包切割的需求,将实验台分为:支撑与传动部分、实验数据收集与分析部分、超声波声学系统部分。选择合适材料设计并制造出支撑与传动部分。根据实验目的选择出合适的数据收集装置和数据计算分析软件。最终完成实验台搭建,该实验台可以实现超声波切割刀具在一定速度与角度范围内的超声面包切割实验与数据收集。(3)进行大量的面包切割实验并分析实验数据。通过对比有无超声激励面包切割后效果,验证了超声波面包食品切割的正确性。进行大量超声波面包食品切割实验,研究超声波切割速度与切割角度对于面包切割中面包的破裂力和破裂时间的影响,利用数据分析软件处理数据,以此分析出切割本实验面包的最佳切割参数。通过实验结果验证了超声波面包切割可以有效的解决传统面包切割带来的问题,本文所研究面包切割参数也可为超声波面包切割的参数选择提供参考。

关键词：面包超声波切割切割装置切割力

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纺织工业中的超声波切割及熔合技术

江苏纺织 1996年第9期 34-35页

作者：牛玉兰

使用超声波设备来进行切割和熔合,这在纺织工业的织造、整理、服装缝制等方面都已获得日益广泛的认可,其原因如下: 1.实际上各种纺织材料都可被超声波切割。例如天然纤维、合成纤维,包括芳族聚酰胺纤维、碳纤维和玻璃纤维等的梭织物、... 详细信息

使用超声波设备来进行切割和熔合,这在纺织工业的织造、整理、服装缝制等方面都已获得日益广泛的认可,其原因如下: 1.实际上各种纺织材料都可被超声波切割。例如天然纤维、合成纤维,包括芳族聚酰胺纤维、碳纤维和玻璃纤维等的梭织物、无纺布及针织物均可被超声波切割。

关键词：纺织工业超声波切割熔合技术应用

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纺织工业中的超声波切割及熔合技术

广东科技 1994年第6期3卷 11-12页

作者：周希人

使用超声波设备来进行切割和熔合,这在纺织工业的织造、整理、服装缝制等方面都已获得日益广泛的认可,其原因如下。1.实际上各种纺织材料都可被超声波切割。例如天然纤维、合成纤维,包括芳族聚酰胺纤维。

关键词：纺织工业超声波切割熔合技术

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纺织工业中的超声波切割及熔合技术

甘肃轻纺科技 1996年第4期 36-37页

纺织工业中的超声波切割及熔合技术使用超声波设备来进行切割和熔合，这在纺织工业的织造、整理、服装缝制等方面都已获得日益广泛的认可，其原因如下。１．实际上各种纺织材料都可被超声波切割。例如天然纤维、合成纤维。包括芳族聚酰... 详细信息

纺织工业中的超声波切割及熔合技术使用超声波设备来进行切割和熔合，这在纺织工业的织造、整理、服装缝制等方面都已获得日益广泛的认可，其原因如下。１．实际上各种纺织材料都可被超声波切割。例如天然纤维、合成纤维。包括芳族聚酰胺纤维、碳纤维和玻璃纤维等的梭织物...

关键词：超声波切割刀具超声波加工超声波技术织物芳族聚酰胺纺织材料纺织工业

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芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀的设计研究

机械设计 2024年第4期41卷 117-122页

作者：应杰殷振张鹏张坤刘子豪朱健苏州科技大学机械工程学院江苏苏州215009

采用传统的铣削方式对芳纶纸蜂窝材料加工时,芳纶纸蜂窝材料会产生蜂窝坍塌、撕裂和纤维拉毛等质量问题,而采用超声波振动切割方式加工蜂窝材料时,可以避免传统铣削加工中出现的问题。文中首先对芳纶纸蜂窝材料超声振动切割刀进行总体... 详细信息

采用传统的铣削方式对芳纶纸蜂窝材料加工时,芳纶纸蜂窝材料会产生蜂窝坍塌、撕裂和纤维拉毛等质量问题,而采用超声波振动切割方式加工蜂窝材料时,可以避免传统铣削加工中出现的问题。文中首先对芳纶纸蜂窝材料超声振动切割刀进行总体结构设计,使用ANSYS有限元软件进行模态分析和谐响应分析,并根据分析结果优化超声波振动切割刀振子结构,确定其谐振频率,并分析其振动特性;然后对超声波振动切割刀样机进行阻抗测试和振幅测试,验证芳纶纸蜂窝材料超声波振动切割刀设计的合理性及可行性;最后观察芳纶纸蜂窝材料切割表面形貌,发现随着振幅的增大,样件切割表面成形更加完好,验证了超声波振动切割加工蜂窝材料能够提高芳纶纸蜂窝材料的加工质量。

关键词：超声波振动 Nomex蜂窝复合材料有限元分析超声波切割谐振频率