自动上料毛巾折叠机设计及其关键技术研究

发布时间：2020-07-25 12:08

【摘要】：随着“中国制造2025”国家战略的推进,以及“十三五”发展规划的落地实施,制造业智能化水平显著提升,试点项目制造成本大幅度降低,产品生产周期明显缩短,不良率逐渐降低,因此,开发自动化产品和智能装备依旧是制造业的未来发展方向。智能装备对制造业发展起着决定性作用,以毛巾行业为例,随着毛巾生产自动化的发展,传统生产模式主要存在于包装环节,该环节折叠自动化设备起步晚,发展缓慢,影响毛巾行业向智能制造行业的快速转型。针对毛巾行业人工包装成本高、效率低、自动化程度低等问题,研发出一条自动上料毛巾折叠生产线,可以完成不同种类毛巾的自动化上料、折叠和摞放,提高行业自动化水平,推动制造业智能化的快速发展。论文主要工作和成果如下:(1)针对毛巾折叠机现有技术条件下存在的生产效率低、自动化水平不足等问题,研制出一条自动上料毛巾折叠生产线,根据包装要求对各功能模块分别进行原理分析与结构设计,使得原理方案实现多种类毛巾上料、折叠、摞放的全程自动化,最终能够克服传统技术存在的问题,进一步推动毛巾行业从传统行业向智能制造行业的转变。(2)针对毛巾转移过程中速度、加速度过大、姿态过渡不平滑导致毛巾重叠、脱落等问题,对机械臂运动学、轨迹规划等关键技术展开研究,分别基于D-H法、RBF神经网络算法对正、逆运动学进行求解,并利用MATLAB Robotic Toolbox进行仿真验证;采用笛卡尔空间下的B样条轨迹规划方法,解决目标点浮动导致的空间轨迹不确定的问题,并利用四元数样条曲线进行姿态规划,解决姿态变化过程中机械臂存在的抖动问题,提高毛巾上料的成功率。(3)针刹对上料机构持续工作导致能源消耗大问题,对机械臂与负压吸盘展开能量优化研究,采用拉格朗日法建立机械臂动力学方程,并结合ADAMS中进行仿真求解,求得各关节功率,为实现能量最优控制提供理论依据;分析毛巾上料稳定吸附条件,建立吸附力与结构参数之间的关系,结合FLUENT仿真计算获得最优结构模型:进气孔n=8、进气孔直径Φ=6 mm、吸盘高度h=25 mm、孔型为正方形,理论进气孔负压值取-9 kPa。(4)根据理论环节所得结构参数制作负压吸盘,并对核心上料环节进行物理试验,验证基于负压吸附的毛巾上料方式的可行性与可靠性。从试验结果发现,理论值与试验值存在一定合理误差,毛巾吸附所需负压值由优化前的-20 kPa降低到优化后的-10 kPa,节省了一半的能源消耗。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS103
【图文】：

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生手指、吸附与胶辊等。２００８年，河北工业大学吕洪玉［３］针对毛巾上料发表了一逡逑篇发明专利《毛巾自动分拣器》，该专利采用刺辊完成成摞毛巾的分离任务，将逡逑其输送到下一环节。具体工作原理如图１－１所示，成摞摆放的毛巾放置于储料盘逡逑之上，储料盘上方设置有毛巾拾取机构，毛巾拾取机构上设置有刺辊，且整体在逡逑滑台上进行往返运动，下方还设置有升降装置，用于调整毛巾拾取过程中上层毛逡逑巾的高度，升降装置上还安装棘轮及带棘爪的调节手柄防止下降，刺辊拾取一条逡逑毛巾之后，负压吸嘴将毛巾一端进行吸附，刺辊退回过程中就可以将毛巾平整摆逡逑放在输送带上，完成毛巾拾取动作。逡逑３邋＼逦４邋＾逦５邋＼逦１６逡逑＇ｆＫｒｉ逡逑１储料盘；２刺辊；３滑台４；毛巾；５输送带；６负压吸嘴逡逑图１－１毛巾自动分拣器原理图逡逑２０１４年吉林大学李贺［４］针对蛋卷式小毛巾设计了一款自动上料毛巾折叠机，逡逑其中成摞毛巾的分离任务采用包胶滚筒的方式来实行，具体原理方案如图１－２所逡逑示。该方案主要包括输送部分、粘取部分和脱离部分

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图１－３工业缝纫机布料吸盘逡逑２００９年，Ｋａｚｕｙｕｋｉ邋Ｎａｇａｔａ和Ｎａｔｓｕｋｉ邋Ｙａｍａｎｏｂｅ」发表一种利用仿生手指抓逡逑取毛巾的方法，如图１－４所示，该方法通过指尖的力传感器检测目标位置，然后逡逑用仿生手指完成毛巾的抓取。首先将成摞毛巾建模为长方体，并且定义三个任务逡逑面来描述毛巾挑选任务，任务面１和２是上层毛巾的上下面，任务面３是毛巾堆逡逑的后面，通过一系列动作应用于任务面完成毛巾的拾取任务。如图１－５所示，毛逡逑巾拾取任务具体通过五个动作来实现。逡逑ｉＭ邋００逡逑ｓ逡逑图１－４多功能手指抓取毛巾试验逡逑支持：支持动作是用一个仿生手指来给目标物体施加一定的支持力；按压：逡逑按压动作是用带有指尖传感器的手指对毛巾施加力的过程；抓取：抓取动作是用逡逑来抓取物体的动作；搜索：搜索动作是通过力传感器来搜寻毛巾之间缝隙的动作；逡逑３逡逑

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