基于IASE的铸件打磨粉尘治理装置设计

发布时间：2020-06-30 23:29

【摘要】：TRIZ理论和可拓学是目前存在的创新理论中成体系、可操作性强、应用广泛的创新理论。为解决创新工具选择困难、效率低的问题,提出基于难度系数的创新工具选择策略,在此基础上建立了IASE创新方法,并将其应用于铸件打磨粉尘治理装置的方案设计中。IASE创新方法是Identification、Analysis、Solve和Evaluation四个英文单词的缩写。本文的主要内容包括两大部分,第一部分为IASE创新方法的建立,以及IASE在铸件打磨粉尘治理装置设计上的应用;第二部分为铸件打磨粉尘治理装置的分析,包括正逆运动学、流道、感知系统和控制系统分析,并在上述分析基础上进行仿真研究,以最终验证设计方案的合理性。IASE创新方法建立的基础为TRIZ理论和可拓学中创新工具的结合使用,这得益于TRIZ理论与可拓学具有较深厚的研究和应用基础。IASE创新方法的主要思想在于将问题求解流程划分为问题识别、问题分析、问题求解以及方案评价四个阶段。在此前提下,将TRIZ与可拓学的各个创新工具按照问题识别、分析、求解、评价的各个阶段进行重组,构建了IASE工具库。IASE创新方法的关键在于建立创新工具的选择策略。本文首先建立了工具难度描述模型,并根据问卷调查结果,计算和确定了IASE工具库中所有工具的难度系数,最终构建了基于难度系数的创新工具选择策略。在创新理论研究的最后阶段,将IASE的求解流程建模为树状结构,提出一种路径搜索算法,该算法能够有效地减少创新工具失败尝试次数,进而提高问题求解效率。为验证IASE创新方法的可行性,将其应用于铸件打磨粉尘治理装置的方案设计上:首先根据路径搜索算法的指导使用初始路径进行求解,使用每阶段难度系数最小的工具。然后根据求解结果的反馈和难度系数决定下次求解时使用的创新工具,最终获得若干方案,优选其中一种作为最终方案,并根据该方案进行粉尘治理装置的结构设计。在上述研究基础上,对设计的粉尘治理装置进行分析。首先对粉尘治理装置的吸尘管臂进行正、逆运动学分析和工作空间分析,并使用Matlab Robotics Toolbox进行验证。其次,分析了粉尘治理装置的感知系统,研究和讨论了基于图像处理、经典机器学习、深度学习三种打磨工具识别方法,并进行比较和总结。接着,分析了粉尘治理装置的控制系统,决定了采用吸尘管臂各关节独立控制的策略,并且各关节使用串级PID控制器。然后,建立了仿真环境的三维模型和粉尘治理装置的URDF模型。基于上述粉尘治理装置的分析结果,应用C++和Python编程语言编写相关ROS节点。在Gazebo环境下进行粉尘治理装置自动化除尘的仿真,并最终成功开发了粉尘装置的软件系统,初步验证IASE创新方法对机电系统的创新设计具有实用意义。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH122
【图文】：

基于IASE的铸件打磨粉尘治理装置设计

人工打磨

除尘器

第一章绪论，对一种新型滤筒除尘器性能指标进行权重分析[71]。用上述除尘技术的除尘器，绝大多数除尘效率已经满足设计要求，但由于能力不足，仍无法保障打磨厂房的环境质量。现阶段针对除尘器结构以及力的研究十分稀少，这就造成了除尘器除尘效率高，但作业环境仍得不到尬局面。我国，铸件打磨仍以工人手持角磨机的人工打磨方式为主，如图 1-1 所示打磨车间，通常采用封闭式设计的除尘系统，配套设备复杂，造价高且磨车间，通常使用如图 1-2 所示移动除尘器。但当打磨位置变化较大时，效果十分不理想。工人须要先停下打磨工作，手动调节集气罩才能保证集打磨作业的效率。

【参考文献】