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焊接摆动器嵌入式控制系统研制

作　者: 许强
导　师: 张文明
学　校: 沈阳大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 焊接摆动器 PIC单片机步进电机 LCD
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文通过对焊接摆动器国内外发展状况及其控制系统的具体探究，总结了焊接摆动器在焊接技术中的应用，通过对其结构和软硬件的研究，并结合现在各种焊接工艺方法，设计出一种综合性较强的焊接摆动装置。该装置具有横向和纵向两个自由度，加之焊枪或母材的前后移动，可达到三个自由度的立体摆动效果。本文不仅设计出了该摆动装置的机械结构，而且对该摆动系统的软件及硬件进行了具体设计。该摆动装置具有焊枪左右摆动和上下提升功能，装置的机械主体为铝合金制滚珠丝杠和HG系列直导轨并配置两台步进电机。装置的控制系统设计主要完成了电源控制系统，LCD显示系统，键盘扫描控制系统，SPI通信控制系统和步进电机控制系统等设计。本控制系统的主控芯片采用两片PIC16F877A型单片机，显示器采用LCD12864液晶显示器，键盘为自制的4×4式矩阵键盘。装置的动力系统采用两部型号分别为86HC2P118(AC40V)和86HC2P80(AC40V)的步进电机及两台2M542-N型步进电机驱动器。控制系统的软件设计主要在MPLAB IDE（v8.66）集成开发环境下进行，全部采用C语言编程，并结合PICkitTM3编程/调试器及Protues ISIS软件进行调试和仿真。本装置设有摆动速度、摆动幅度、停滞时间、提升高度等相关参数并通过键盘扫描输入和LCD显示器显示，通过对参数的调节，能够完成摆动器的摆动功能。本摆动设计装置最后结合实验室内焊接机器人的线性滑台，通过几个摆动重复实验测试出在不同脉冲频率下步进电机的转数和摆动幅度及提升位移的误差值，其误差值均在误差允许的范围之内，其实验结果表明，该摆动装置能够正常平稳的运行，能够满足不同焊接工艺下的摆动需求，本装置符合本课题的设计初衷。

全文目录

论文摘要  5-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-17
  1.1 焊丝摆动技术国内外的发展状况  11-14
    1.1.1 焊接摆动器国内外的研究状况  11-12
    1.1.2 焊丝摆动技术主控系统的发展现状  12-14
  1.2 焊丝摆动技术研究的目的及意义  14
  1.3 本课题主要研究要求及方案  14-17
2 焊接摆动器机械结构及相关参数  17-25
  2.1 摆动器摆动传动机构简介  17-18
  2.2 摆动器相关摆动参数的确定及传动机构的选择  18-20
    2.2.1 摆动相关参数的确定  18
    2.2.2 摆动器传动机构的选择  18-20
  2.3 焊接摆动器动力系统设计  20-23
    2.3.1 步进电机简介  20-21
    2.3.2 横向摆动驱动装置设计  21-22
    2.3.3 纵向提升驱动装置设计  22-23
  2.4 小结  23-25
3 焊接摆动器控制系统硬件电路设计  25-47
  3.1 摆动器控制系统电路存在的问题及拟解决方案  25-26
  3.2 摆动器控制系统电路的组成  26
  3.3 焊接摆动器主控系统设计  26-31
    3.3.1 摆动器控制芯片的选择依据  27-29
    3.3.2 摆动器控制芯片的硬件结构  29-31
  3.4 焊接摆动器控制器基础电路设计  31-39
    3.4.1 系统最小电路设计  31-32
    3.4.2 I/O 口扩展电路设计  32
    3.4.3 控制器键盘电路设计  32-33
    3.4.4 LCD 液晶显示电路设计  33-35
    3.4.5 单片机通信电路设计  35-36
    3.4.6 电机驱动电路设计  36-39
  3.5 抗干扰电路设计  39-43
    3.5.1 电源抗干扰电路  39-41
    3.5.2 复位抗干扰电路  41-42
    3.5.3 驱动电机抗干扰电路  42-43
  3.6 摆动器控制系统电路板设计  43-46
    3.6.1 摆动器控制系统电路原理图绘制  43-44
    3.6.2 摆动器控制系统PCB 电路板设计  44-46
  3.7 小结  46-47
4 焊接摆动器控制系统软件设计  47-59
  4.1 控制系统软件的总体设计  47-49
    4.1.1 控制系统软件的总体流程设计  48-49
  4.2 控制系统软件各个模块设计  49-56
    4.2.1 系统软件LCD 液晶显示模块设计  49-51
    4.2.2 系统软件扫描键盘模块设计  51-52
    4.2.3 系统软件SPI 通信模块设计  52-54
    4.2.4 系统软件主控摆动提升模块设计  54-56
  4.3 小结  56-59
5 焊接摆动器控制系统调试、仿真及实验测试  59-73
  5.1 系统调试、仿真的开发平台  59-63
    5.1.1 MPLAB IDE （v8.66）软件开发平台  59-60
    5.1.2 PICkitTM3 编程器/调试器  60-62
    5.1.3 Protues ISIS 软件的仿真  62-63
  5.2 焊接摆动器控制系统的软件调试和软硬件仿真  63-72
    5.2.1 摆动控制系统的软件编译  63-66
    5.2.2 控制系统程序的调试及烧写  66-68
    5.2.3 控制系统各个模块的软硬件仿真  68-69
    5.2.4 摆动器控制系统测试及结果分析  69-72
  5.3 小结  72-73
6 结论  73-75
参考文献  75-78
附录A 控制系统机械结构图  78-79
附录B PROTUES ISIS 电路图  79-80
附录C PCB 电路图  80-81
在学期间研究成果  81-83
致谢  83-84

焊接摆动器嵌入式控制系统研制

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