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硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)
附錄Ⅰ 外文翻譯（中文）
反饋控制電磁振動(dòng)給料器
（應(yīng)用雙自由度比例加積分加微分控制器的非線(xiàn)性元）
Tomoharu DOI**，Koji YOSHIDA***，
Yutaka TAMAI* ***，Katsuaki KONO****，
Kazufumi NAITO****and Toshiro ONO*****
電磁式振動(dòng)給料機(jī)是一種用于自動(dòng)稱(chēng)重機(jī)的傳輸設(shè)備?，F(xiàn)有的送料器是由前饋控制，所謂的“發(fā)射角控制” ，無(wú)法使突然出現(xiàn)的干擾無(wú)效。在這項(xiàng)研究中，我們考慮采用一種反饋控制這種饋線(xiàn)系統(tǒng)。首先，我們給出對(duì)于振動(dòng)部分和電磁力部分模型的兩個(gè)細(xì)節(jié)。其次，反饋控制系統(tǒng)是為電磁振動(dòng)給料器構(gòu)建的，我們提出一個(gè)運(yùn)用非線(xiàn)性元件兩自由度比例加積分加微分（ PID控制器）控制器。下一步，我們還采用反饋控制的饋線(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)槽。最后，我們考慮一種方法兼容多種槽調(diào)整的非線(xiàn)性因素。在一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，我們證實(shí)了雙自由度PID控制比傳統(tǒng)的角發(fā)射控制更加有效。
關(guān)鍵詞：振動(dòng)控制，喂料機(jī)，非線(xiàn)性控制，電磁作動(dòng)器，雙自由度PID控制，建模
1、緒論
對(duì)于各種食品制造業(yè)的包裝過(guò)程，自動(dòng)秤是一個(gè)非常重要的設(shè)備。自動(dòng)秤發(fā)展于1973年，后來(lái)得到改進(jìn)，從而成為高度精確和有效的。電磁振動(dòng)給料器在這篇文章中被認(rèn)為是一個(gè)重要的用于系統(tǒng)地傳輸材料給稱(chēng)重單位的傳輸設(shè)備。然而，在發(fā)射角控制（前饋控制）被用于給料器至今，仍未得到進(jìn)一步的完善。在這項(xiàng)研究中，我們提出一個(gè)運(yùn)用非線(xiàn)性元件的兩自由度的PID控制器的反饋控制系統(tǒng)構(gòu)建于電磁振動(dòng)給料器下。首先，我們給予振動(dòng)部分和電磁力部分模型的細(xì)節(jié)。下一步，我們還采用對(duì)于給料器標(biāo)準(zhǔn)槽的反饋控制。然后，我們考慮一個(gè)方法兼容各種槽調(diào)整的非線(xiàn)性因素的兩自由度PID控制器。在一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，我們證實(shí)了雙自由度PID控制比傳統(tǒng)的角發(fā)射控制更加有效。
2、電磁振動(dòng)給料器
2.1給料器的概要及其傳輸原理
圖1.顯示的是一個(gè)給料器。術(shù)語(yǔ)“料槽”是指用于運(yùn)輸?shù)匿摪逍螤畹墓艿?。料槽可以很容易地改變，以配合運(yùn)輸對(duì)象。料槽是靠平行板彈簧和位于料槽底下的電磁線(xiàn)圈支持的。板彈簧和線(xiàn)圈是固定在基座上的。該基座是由三根螺旋彈簧支承著的。所有部件，除了料槽，被稱(chēng)為“直屬零件”和所有設(shè)定的部分，包括料槽，被稱(chēng)為“送料器”。 料槽連接到基座的鋼板彈簧，因此，這一系統(tǒng)基本上相當(dāng)于一個(gè)質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的共振頻率ω。如果在共振頻率ω下被驅(qū)動(dòng)，送料器將做共振運(yùn)動(dòng)。共振現(xiàn)象是高效率的，因?yàn)樯倭康碾娫醋鳛檩斎肟梢栽斐纱笪灰屏康某霈F(xiàn)。
圖1 電磁振動(dòng)送料器 圖2 輸送過(guò)程
圖2所示為運(yùn)輸物料的過(guò)程。陰影箭頭表示料槽振動(dòng)時(shí)物料的移動(dòng)方向。圖2（i）表明送料器處于平衡位置。最初，當(dāng)電流流向電磁鐵線(xiàn)圈（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“線(xiàn)圈” ），由電磁力的作用料槽向左移動(dòng)到更低的位置（見(jiàn)灰色箭頭），就如圖2（ii）所示的那樣。在此期間，料槽內(nèi)輸送的物料向重力方向移動(dòng)（見(jiàn)白箭）。
當(dāng)關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，板彈簧和料槽將推進(jìn)運(yùn)輸對(duì)象向右上方移動(dòng)（見(jiàn)灰色箭頭），如圖2（iii）所示。在這種方式下，被輸送的物料緩慢前行。送料器將在共振頻率ω的驅(qū)動(dòng)下重復(fù)圖2（ii）和（iii）中的步驟。
2.2 振動(dòng)機(jī)械因素的模型
圖3所示為送料器振動(dòng)因素的模型。這一模型中術(shù)語(yǔ)的坐標(biāo)軸，使用的變量和參數(shù)被列表1中。模型的一個(gè)關(guān)鍵要素是料槽的移動(dòng)方向是被固定了的。然后，下面的線(xiàn)性動(dòng)態(tài)模型，四階可得出的詳細(xì)模型的振動(dòng)。
M ，K是對(duì)稱(chēng)矩陣（符號(hào)*顯示對(duì)稱(chēng)元素）如下所示：
因此，本模型（1）是有用的設(shè)計(jì)振動(dòng)因素。模型（1）對(duì)應(yīng)的特征頻率符合實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的結(jié)果。
圖3 振動(dòng)因素模型 圖4 電磁線(xiàn)圈模型
送料器的主振彈簧是由一些板彈簧組成的。該模型沒(méi)有考慮非線(xiàn)性特性的彈簧元（1）（2），這改變了共振頻率按照振幅變化的共振。
表1 模型中用到的參數(shù) 表2 料槽的特性
2.3 電磁驅(qū)動(dòng)要素
我們采用的電磁懸?。?）模型技術(shù)就如圖4中模型顯示的那樣。在圖4中e，i和R分別表示線(xiàn)圈的電壓，線(xiàn)圈電流和線(xiàn)圈電阻。線(xiàn)圈和料槽之間的電感z被表達(dá)的功能為。其結(jié)果是，電磁力F可表示為
（2）
線(xiàn)圈和電流之間的關(guān)系可以表達(dá)為
（3）
Q、和為線(xiàn)圈決定的常數(shù)。使用公式（1）、（2）、（3）可以在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建一個(gè)仿真的送料器。此外，狀態(tài)空間模型可以由公式（1）、（2）、（3）得出一個(gè)線(xiàn)性均衡器。
3.實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
3.1 反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
圖5顯示的是一個(gè)反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。反饋系統(tǒng)的操作變量（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“振幅能量”為AP，AP是個(gè)無(wú)綱量）是一個(gè)存在發(fā)射角控制的變量（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“FAC”，它的詳情稍后給出）。測(cè)量變量，控制變量，命令變量假定振幅為料槽與線(xiàn)圈表面的距離（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“間隙振幅”為）z。由FAC、激勵(lì)系統(tǒng)和振動(dòng)因素組成的部分被稱(chēng)為控制系統(tǒng)。圖5顯示的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)取消和干擾，以改善其跟蹤特性的命令變量的兩自由度PID控制器。這種結(jié)構(gòu)成為一個(gè)現(xiàn)有FAC系統(tǒng)的內(nèi)置結(jié)構(gòu)，，它描述了兩自由度PID控制器的一般結(jié)構(gòu)（5）（6）。因此，如果操縱變量如圖5所示，當(dāng)由于反饋控制器而使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定時(shí)將會(huì)關(guān)閉，這結(jié)構(gòu)將符合當(dāng)前的常規(guī)系統(tǒng)。因此，這種結(jié)構(gòu)已成為故障安全系統(tǒng)。
圖5 反饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖6 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
3.2 送料器和料槽在實(shí)驗(yàn)中的使用
圖6顯示了設(shè)立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)送料器可運(yùn)輸約10公斤的最高質(zhì)量，但是送料器通常由約0.1公斤的質(zhì)量驅(qū)動(dòng)。這個(gè)送料器的共振頻率f是40Hz。當(dāng)送料器運(yùn)輸最大質(zhì)量是，共振頻率的變化約4%。然而，因?yàn)檫\(yùn)輸0.5千克或更多是罕見(jiàn)的，我們忽視了由共振的運(yùn)輸物料質(zhì)量變化引起的共振頻率的變化。關(guān)于料槽形狀和類(lèi)型，根據(jù)運(yùn)輸物料的不同有100多個(gè)品種的料槽。對(duì)于我們的實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用到了五種特別類(lèi)型的料槽。這些料槽的參數(shù)列在表2中，并在圖7中給出了料槽的形狀。在下面，料槽B是所謂的“標(biāo)準(zhǔn)料槽”。由于料槽E的質(zhì)量是最大的，我們改變組合鋼板彈簧等要素的共振頻率的支線(xiàn)為40赫茲。
圖7 料槽的形狀 圖8 在FAC中電流電壓的循環(huán)曲線(xiàn)
3.3 送料器驅(qū)動(dòng)部分
在現(xiàn)有送料器系統(tǒng)中，F(xiàn)AC常用作驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖8顯示的是FAC的操作綱要。曲線(xiàn)圖8分別指出了交流源，線(xiàn)圈電壓和線(xiàn)圈電流。FAC是一個(gè)利用交流源過(guò)境時(shí)間（ZAT：零跨越時(shí)間）的重復(fù)控制方法。從ZAT延遲時(shí)間L后，經(jīng)處理進(jìn)入線(xiàn)圈的電流開(kāi)始進(jìn)行。L是從（常量）和AP（操縱量）中獲得的，并表達(dá)如下：
（4）
這里是交流電流入的時(shí)間。當(dāng)AP變大時(shí)，延遲時(shí)間L與函數(shù)F將變短。FAC會(huì)在此基礎(chǔ)上運(yùn)作的延遲時(shí)間如下：（i）由延遲時(shí)間L和線(xiàn)圈電流作用后，交流源的電壓將直接激起線(xiàn)圈的電壓。（ii）在高峰期過(guò)后，該線(xiàn)圈電流開(kāi)始下降。（iii）當(dāng)線(xiàn)圈電流變?yōu)?A時(shí)，交流電源將關(guān)閉。在共振期間，像（i）——（iii）這類(lèi)非線(xiàn)性處理的方案將被多次重復(fù)執(zhí)行。在FAC中，線(xiàn)圈電流靠AP而增加并且變大以致于振幅變大。AP決定了一個(gè)共振周期的輸入功率。共振期符合更新期間的操縱變量。因此，在控制實(shí)驗(yàn)中的取樣時(shí)間變?yōu)?.025秒。取決于FAC驅(qū)動(dòng)硬件的AP采取的整數(shù)值從0到127（7位）。
3.4 間隙振幅測(cè)量部分
因?yàn)榧铀俣葌鞲衅鲗?duì)環(huán)境變化的低敏感度和易于維護(hù)，所以用來(lái)測(cè)量測(cè)量變量。加速度傳感器和金屬配件被安裝在實(shí)驗(yàn)送料器的料槽固定部分。如果要取得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的價(jià)值差距測(cè)量，將光學(xué)位移傳感器安裝在實(shí)驗(yàn)送料器中。然而，位移信號(hào)的光學(xué)傳感器不是用于反饋控制對(duì)加速度傳感器信號(hào)測(cè)量精度的研究中的。
3.4.1 從加速度到間隙振幅的變化
由于送料器驅(qū)動(dòng)是由發(fā)射角控制的，加速度傳感器的輸出信號(hào)a（t）的加速度傳感器，可以假定為是一個(gè)正弦波的振幅和共振頻率。
從這個(gè)假設(shè)，間隙z（t）是由整合加速的a（t）的兩倍獲得的。因此，間隙可由料槽位移和送料器的幾何關(guān)系表達(dá)如下：
（5）
換言之，差距環(huán)z（t）是不通過(guò)整合輸出信號(hào)a（t）的兩倍得到的，但乘以輸出信號(hào)為常數(shù)，因?yàn)樗梢约僭O(shè)為一個(gè)輸出信號(hào)正弦波。從間隙z（t）中獲得的方法也是被制定了的。當(dāng)是由公式（5）計(jì)算的間隙z（t）的最大和最小值計(jì)算得出的，有可能會(huì)直接受到噪聲造成的影響。首先，在圖9中陰影部分的可通過(guò)用加速度傳感器獲得的輸出信號(hào)a（t）算出。其次，的獲得基于。如果輸出信號(hào)為一個(gè)正弦波，則變?yōu)?，變?yōu)槿缦滤荆?
因此，可以由通過(guò)加速度a（t）算出的對(duì)進(jìn)行測(cè)量。
圖9 振幅的測(cè)量曲線(xiàn) 圖10 與的關(guān)系
可由下列步驟計(jì)算出：(i) 為了使正弦波將集中在0V，一個(gè)補(bǔ)償（-1.397V）被刪除。（ii）一個(gè)絕對(duì)值波是通過(guò)步驟（i）中的絕對(duì)值正弦波產(chǎn)生的。（iii）梯形規(guī)則的一體化算法應(yīng)用于步驟（ii）中的絕對(duì)波和最后的計(jì)算。間隔時(shí)間為0.25毫秒一體化和采樣時(shí)間的加速度傳感器也是0.25毫秒。共振周期1/f的整合時(shí)間為25毫秒，區(qū)域是由這一周期計(jì)算出的。我們考慮獲得由[VS]轉(zhuǎn)換為光學(xué)位移傳感器輸出值的表達(dá)式。圖10所示為光學(xué)傳感器算出的和由加速度傳感器計(jì)算出的的關(guān)系。在圖10中和的關(guān)系顯示它在12.6VS邊界時(shí)開(kāi)關(guān)。這種開(kāi)關(guān)特性被認(rèn)為是由于一套鋼板彈簧引起的非線(xiàn)性（1）（2）。因此，轉(zhuǎn)化率的表達(dá)逼近兩直線(xiàn)，改變邊界的表達(dá)式如下：
3.4.2 輸送物料造成的噪聲
當(dāng)固體物質(zhì)運(yùn)輸時(shí)，運(yùn)送物體料槽產(chǎn)生一個(gè)沖擊力。因此，加速度受到?jīng)_擊力的影響，并且噪聲隨著加速度傳感器輸出信號(hào)的出現(xiàn)而出現(xiàn)。當(dāng)料槽和輸送物料被替代時(shí)，噪聲的頻率也隨之變化。然而，有人證實(shí)了實(shí)驗(yàn)的頻率為0.5 kHz或更多，即使是進(jìn)行更換。0.5Hz或更多的噪聲被三階數(shù)字低通濾波器[Hz]過(guò)濾掉，并且運(yùn)用低通濾波器的預(yù)處理可以計(jì)算出。在我們的實(shí)驗(yàn)中，下面的過(guò)濾器被使用。
當(dāng)噪聲被通過(guò)原來(lái)的加速度傳感器輸出影響的數(shù)字濾波器刪除時(shí)，為圖11所示。
圖11 數(shù)字低通濾波器的影響 圖12 在測(cè)量過(guò)程中的信號(hào)流出
3.4.3 在測(cè)量過(guò)程中的數(shù)據(jù)處理
圖12所示為在測(cè)量過(guò)程中簡(jiǎn)要的數(shù)據(jù)處理。首先，由加速度傳感器產(chǎn)生的輸出信號(hào)是在4KHz下采樣，噪聲是被數(shù)字濾波器刪除的。是通過(guò)濾波信號(hào)計(jì)算出來(lái)的，是通過(guò)公式（6）中共振周期1/f的關(guān)系得到的。圖13所示為安裝在運(yùn)用FAC，68AP的標(biāo)準(zhǔn)料槽的的有效力是通過(guò)數(shù)據(jù)處理獲得的。驅(qū)動(dòng)測(cè)試期間，50g的測(cè)試片（質(zhì)量0.5g的木欄一塊；直徑8mm；長(zhǎng)15mm。）被放到料槽上四次。測(cè)量使用光學(xué)傳感器和那些從刪除噪聲后計(jì)算出的所獲得的值將得到相似的輸出。然而，在中間圖像的測(cè)量結(jié)果中，測(cè)試片造成了噪聲的出現(xiàn)，就是通過(guò)噪聲的一個(gè)最大和最小值得出的。因此，確認(rèn)獲得的位移加速度傳感器，并顯示了類(lèi)似的測(cè)量性能的光學(xué)傳感器。從得的數(shù)據(jù)處理方法的成效通過(guò)結(jié)果而被證明了。
圖13 檢測(cè)方法的比較 圖14 γ和AP的關(guān)系
3.5 控制部分
控制器的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于雙自由度PID控制器。PID控制器（以下稱(chēng)為“反饋控制器”）負(fù)責(zé)取消干擾，命令變量過(guò)濾器負(fù)責(zé)在命令變量的跟蹤特性中進(jìn)行改進(jìn)。命令變量過(guò)濾器被在圖5中所示的“變換參考AP”的塊所顯示出來(lái)。
3.5.1 反饋控制器
數(shù)字反饋控制器的功能可表達(dá)為如下：
（7）其中是錯(cuò)誤，是采樣時(shí)間，是比例增益，是整合的時(shí)間和是分化時(shí)間。在控制實(shí)驗(yàn)中，這些參數(shù)的粗值是通過(guò)靈敏度估算方法獲得的，通過(guò)調(diào)整假設(shè)=12.0，=0.1，=0.25。
3.5.2 命令變量過(guò)濾器
基于命令變量，命令變量濾波器可計(jì)算出穩(wěn)態(tài)振幅能量。衍生控制器參照?qǐng)D5的參考值（命令）工作以改善對(duì)于命令變量的跟蹤特性。在這項(xiàng)研究中，我們采用一種非線(xiàn)性函數(shù)f（r）能夠命令變量過(guò)濾器，但比例控制器通常用作命令變量過(guò)濾器。體系的穩(wěn)定性不是問(wèn)題，因?yàn)檫@一非線(xiàn)性因素通過(guò)命令變量產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)特的輸出。非線(xiàn)性因素在反饋系統(tǒng)中也是獨(dú)立的。圖14所示為通過(guò)利用標(biāo)準(zhǔn)料槽所做實(shí)驗(yàn)獲得的命令變量和AP之間的關(guān)系?；谶@些結(jié)果獲得命令變量過(guò)濾器的具體情況如下：
（8）
改善其跟蹤性能命令變量的衍生控制器，假定是一個(gè)近似分化根據(jù)一階傳遞函數(shù)如下：
（9）
衍生控制器和命令變量過(guò)濾器（8）在采樣時(shí)間實(shí)現(xiàn)在離散時(shí)間中獲得，并命令變量過(guò)濾器得到如下：
和作為相反的一對(duì)離散系數(shù)是必要的，關(guān)系如下：
，
參數(shù)為=6.0和=0.1是用于控制實(shí)驗(yàn)。
4.標(biāo)準(zhǔn)料槽控制實(shí)驗(yàn)
4.1 輸送物料的質(zhì)量變化
當(dāng)輸送物料的質(zhì)量變化時(shí)，通過(guò)料槽的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了干擾取消的表現(xiàn)。
當(dāng)?shù)妹钭兞考俣?.2mm，重200g的測(cè)試片扔到空料槽中時(shí)，如圖15所示的時(shí)間行為。短虛線(xiàn)表示的是FAC，實(shí)線(xiàn)表示的是反饋控制。當(dāng)輸送物料下放時(shí)（通過(guò)輸送和測(cè)試片的質(zhì)量在料槽上減小，測(cè)試片從料槽上掉下），利用FAC，減少后的將恢復(fù)。另一方面，用反饋控制，在測(cè)試片從料槽上掉下后，將在8秒內(nèi)恢復(fù)。
因此，反饋控制可以取消的干擾從而突然增加了運(yùn)輸物體的質(zhì)量。
圖15 輸送木塞的結(jié)果 圖16 2-d.o.f控制器的每步驟結(jié)果
4.2 關(guān)于命令變量的跟蹤特性
命令變量跟蹤特性的改進(jìn)被確認(rèn)是通過(guò)一個(gè)使用標(biāo)準(zhǔn)料槽的階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的。圖16顯示了實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。虛線(xiàn)表明了利用FAC控制的結(jié)果，實(shí)線(xiàn)顯示了使用反饋控制的結(jié)果。當(dāng)命令變量增加時(shí)，振動(dòng)和穩(wěn)態(tài)偏差的結(jié)果是被FAC監(jiān)視的。另一方面，利用反饋控制的結(jié)果顯示改善了跟蹤特性，并消除了穩(wěn)態(tài)偏差。特別是，針對(duì)反饋控制在1.0mm顯示良好的跟蹤響應(yīng)，因?yàn)镻ID參數(shù)的調(diào)整在1.0mm。然而，送料器變化的特點(diǎn)主要取決于。因此，當(dāng)G有一個(gè)其他值時(shí)，結(jié)果會(huì)比G去1.0mm時(shí)的結(jié)果還壞。
5.不同料槽的控制實(shí)驗(yàn)
5.1 分組料槽
被提到的料槽種類(lèi)已經(jīng)超過(guò)了100種。因此，調(diào)整PID參數(shù)為個(gè)別槽增加花費(fèi)。所以，我們認(rèn)為這種方法可以控制幾種料槽使用相同的PID參數(shù)。在這項(xiàng)研究中，我們考慮的一種方法，這種方法是基于在表2中提到的5種料槽的實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)整命令變量過(guò)濾器。
圖17所示為5種料槽的AP和的關(guān)系（見(jiàn)表2）。我們進(jìn)行了以下自動(dòng)實(shí)驗(yàn)：（i）送料器通過(guò)AP每0.2秒增加一次從0增加到127來(lái)驅(qū)動(dòng)，接著再?gòu)?27到0每0.2秒減小一次來(lái)驅(qū)動(dòng)。（ii）在這個(gè)過(guò)程中，AP和被自動(dòng)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)繪制在圖17內(nèi)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)花費(fèi)了大約50秒，因?yàn)檫@個(gè)關(guān)系可以很容易的從各種料槽中得到。
圖17 和AP的關(guān)系 圖18 料槽組G每步驟結(jié)果
圖17顯示的料槽C、D和標(biāo)準(zhǔn)料槽B也有相似的關(guān)系。料槽A是最輕的，振動(dòng)和其他料槽相比要好，還有振幅范圍也更寬。換句話(huà)說(shuō)，料槽E是最重的，要求更大的AP和相對(duì)要小的振幅范圍。通過(guò)這些結(jié)果，基于AP和的關(guān)系，料槽的形狀和參數(shù)可以被組合在一起。
5.2 料槽組命令變量的跟蹤特性
通過(guò)AP和，將由相似關(guān)系的料槽B、C和D組合在一起就成了料槽組G。我們用反饋控制器的相同的PID參數(shù)的料槽組G的反饋控制進(jìn)行試驗(yàn)。圖18顯示了實(shí)驗(yàn)步驟的反應(yīng)。如圖18所示的是與料槽B、C和D相符合的輸出結(jié)果，因此，在這組中AP和的關(guān)系相似。所以，使用相同的PID控制參數(shù)和相同的命令變量過(guò)濾器是有可能的。從結(jié)果中我們認(rèn)為，如果AP和的關(guān)系相似，相同的PID參數(shù)和相同的命令變量過(guò)濾器可用作控制系統(tǒng)。因此，如果我們組合料槽時(shí)考慮到AP和的關(guān)系，這些數(shù)量的控制器和時(shí)間需要PID參數(shù)的調(diào)整可以降低。
5.3 命令變量過(guò)濾器的調(diào)整
據(jù)證實(shí)，對(duì)于命令變量的跟蹤特性可以通過(guò)調(diào)節(jié)命令變量過(guò)濾器來(lái)改善。
在我們的實(shí)驗(yàn)中，基于標(biāo)準(zhǔn)料槽的命令變量過(guò)濾器被稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器。此外，基于AP和關(guān)系的可以單獨(dú)調(diào)節(jié)的命令變量過(guò)濾器像料槽E那樣被稱(chēng)為“個(gè)別調(diào)整過(guò)濾器”，可表示如下：
（11）
圖19 和每步驟結(jié)果的比較
圖19所示為運(yùn)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器和一個(gè)個(gè)別調(diào)節(jié)過(guò)濾器實(shí)驗(yàn)的步驟結(jié)果。當(dāng)命令變量0.65mm， 0.75mm， 0.85mm和0.95mm，瞬態(tài)反應(yīng)是不同的方面的差異，命令變量過(guò)濾器。如果運(yùn)用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過(guò)濾器，結(jié)果是無(wú)效的，然而，它是改進(jìn)個(gè)別調(diào)整濾波器但所得到的結(jié)果不穩(wěn)定。當(dāng)命令變量0.95mm或以上，良好的跟蹤特性表明無(wú)論單獨(dú)調(diào)整濾波器。我們認(rèn)為，原因是整體增益反饋控制器因?yàn)槿鐖D17所示不同的關(guān)系中顯示了一些偏差范圍其中大于0.9mm。
由于AP和G的關(guān)系不同使當(dāng)分組困難時(shí)，一個(gè)命令變量過(guò)濾器的調(diào)節(jié)時(shí)有效的。因此，如果命令變量過(guò)濾器為料槽A調(diào)整，被認(rèn)為可使對(duì)于命令變量的跟蹤特性改進(jìn)。
6.結(jié)論
在這項(xiàng)研究中，我們做出了關(guān)于送料器反饋控制的努力和實(shí)驗(yàn)。結(jié)論總結(jié)如下：
（1） 包含F(xiàn)AC驅(qū)動(dòng)的兩自由度PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是合理的。
（2） 反饋控制系統(tǒng)和FAC控制系統(tǒng)的性能是相當(dāng)?shù)摹?
（3） 通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們證實(shí)了AP和關(guān)系相似的料槽組可以由相同的PID參數(shù)和相同的命令變量過(guò)濾器控制。
（4） 通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了當(dāng)AP和的關(guān)系不同時(shí)，命令變量過(guò)濾器的調(diào)節(jié)是有效的。
參考文獻(xiàn)
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（2） Konishi, S., Sakaguchi, K., Amijima, S., Matsuoka, T., Okano, I. and Morinaka, H., Analysis of Non-Linear Resonance Phenomenon for Vibratory Feeder, Proc. APVC '97, (1997), pp. 854-859.
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14
大 連 大 學(xué)
Dalian University
本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）
題 目： 硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 、班 級(jí)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 機(jī)英051班
學(xué) 生 姓 名： 常 宏 坤
指 導(dǎo) 教 師： 陳 殿 華
評(píng) 閱 教 師： 張 仲 偉
硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)
總計(jì)：畢業(yè)論文 59 頁(yè)
表 格 4 表
插 圖 40 幅
指導(dǎo)教師：陳殿華
評(píng) 閱 人：張仲偉
完成日期：2009-5
硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)
摘要
硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)是一種集自動(dòng)分選、清點(diǎn)和包裝于一體的小型機(jī)械。本設(shè)計(jì)式為了使硬幣的處理更加便捷，解決現(xiàn)今社會(huì)硬幣逐步增大的流通量，以及硬幣的處理不便的問(wèn)題。經(jīng)對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)品的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)今已有的硬幣分選機(jī)構(gòu)基本都不具備包裝功能。在此次的設(shè)計(jì)中，針對(duì)這個(gè)缺陷，設(shè)計(jì)出了以一個(gè)螺旋料槽扭動(dòng)式電磁振動(dòng)給料機(jī)、一個(gè)直線(xiàn)料槽往復(fù)式電磁振動(dòng)給料機(jī)、三個(gè)縱封包裝機(jī)、一個(gè)推桿機(jī)構(gòu)和三個(gè)機(jī)械手，以及電子計(jì)數(shù)器結(jié)合而成的硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)。硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)利用電磁振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)以對(duì)硬幣進(jìn)行定向、排列與分選。螺旋料槽扭動(dòng)式電磁振動(dòng)給料機(jī)在本設(shè)計(jì)中承擔(dān)的主要是硬幣的定向與排列，直線(xiàn)料槽往復(fù)式電磁振動(dòng)給料機(jī)主要運(yùn)用于硬幣的分選，縱封包裝機(jī)、機(jī)械手與推桿機(jī)構(gòu)組成了一個(gè)可縱封與橫封的包裝機(jī)構(gòu)，電子計(jì)數(shù)器則用于硬幣的清點(diǎn)。根據(jù)對(duì)電磁振動(dòng)給料機(jī)、縱封包裝機(jī)以及機(jī)械手電磁鐵的選用和吸力參數(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械手夾緊力參數(shù)的設(shè)計(jì)和對(duì)推桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核，符合所設(shè)計(jì)機(jī)械的工作要求，通過(guò)這些局部設(shè)計(jì)計(jì)算，證明了硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)的設(shè)計(jì)理論是可行的。以它的實(shí)用性，將比其他的硬幣分選機(jī)構(gòu)有更高的效率。
關(guān)鍵詞：硬幣清點(diǎn)，自動(dòng)分選，機(jī)械手，電磁振動(dòng)給料機(jī)
ABSTRACT
Automatic coin counting and sorting machine is a small machine having functions with automatically sorting, counting and packaging. The design wants to make the coin processing convenient, and solves the increasing circulation of coins in present-day society and the inconvenient coin processing. Through a research to the products with the coin sorting machines, we found the existing coin sorting machines almost have no the function of package nowadays. In the design, with the shortcoming, a coin counting and sorting machine is designed with a twisting spiral electromagnetic vibratory feeder, an electromagnetic reciprocating linear vibration feeder, three vertical sealing packing machines, a putter machine and three robots grouping together. The coin counting and sorting machine use the electromagnetic vibratory feeder to direct, arrange and sort for coins. The a twisting spiral electromagnetic vibratory feeder is used to direct and arrange, the electromagnetic reciprocating linear vibration feeder is used to sort coins, a machine which group with the vertical sealing packing machine, the robot and the putter machine can finish the vertical seal and horizontal seal, and the digital counter is used to count coins. The parameter design including the selection of electromagnet and electromagnetic suction of the electromagnetic vibratory feeder, the vertical sealing packing machine and the robot, the clamping force of the industrial robot and the putter machine and the strength check satisfy the job requirement. Through these designs and calculating, it is confirmed that the design theory of the automatic coin counting and sorting machine is right. With its practicality, the machine will have a higher practicality than others.
Key Words: Coin counting，Automatic sorting，Robot，Electromagnetic vibratory feeder
II
目錄
摘 要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1.緒論 1
2. 硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì) 5
2.1總體方案的確定 5
2.2幾種機(jī)構(gòu)方案的比較及最終方案的確定 5
2.3驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能分析與方案設(shè)計(jì) 9
2.4控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 9
3. 各部件技術(shù)設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇 11
3.1電磁振動(dòng)給料機(jī)的設(shè)計(jì) 11
3.1.1概述 11
3.1.2電振機(jī)工作原理及物料輸送原理 12
3.1.3運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)的選擇和計(jì)算 20
3.1.4動(dòng)力學(xué)參數(shù)選擇及計(jì)算 23
3.1.5電振機(jī)電磁參數(shù)計(jì)算 27
3.1.6振動(dòng)料斗參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)要點(diǎn) 28
3.2縱向熱封器的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇 29
3.2.1概述 29
3.2.2縱封器的設(shè)計(jì) 31
3.2.3塑料材料及熱封溫度的選擇 32
3.3熱封切斷機(jī)械手的設(shè)計(jì) 33
3.3.1概述 33
3.3.2機(jī)械手設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 35
3.4推桿包裝機(jī)構(gòu) 37
3.4.1齒輪的選擇及計(jì)算 37
3.4.2電動(dòng)機(jī)的選擇 37
3.4.3齒輪的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 38
3.4.4齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 38
3.4.5絲杠螺母參數(shù)的選擇 42
4.結(jié)論 43
致謝 44
參考文獻(xiàn) 45
大 連 大 學(xué)
本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
論 文 題 目： 硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 、班 級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 機(jī)英051
學(xué) 生 姓 名： 常宏坤
指導(dǎo)教師（職稱(chēng)）： 陳殿華（教授）
2009年 3月 5日填
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告要求
開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。
一、選題依據(jù)
1．論文(設(shè)計(jì))題目及研究領(lǐng)域；
2．論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值；
3．目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。
二、論文(設(shè)計(jì))研究的內(nèi)容
1．重點(diǎn)解決的問(wèn)題；
2．?dāng)M開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面(論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路)；
3．本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果。
三、論文(設(shè)計(jì))工作安排
1．?dāng)M采用的主要研究方法(技術(shù)路線(xiàn)或設(shè)計(jì)參數(shù))；
2．論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃。
四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述
學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。
五、其他要求
1．開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成；
2．開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)；
3．開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文(設(shè)計(jì))工作，否則不允許參加答辯；
4．開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；
5．開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)(部分專(zhuān)業(yè)可根據(jù)需要手寫(xiě)在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印)。
一、選題依據(jù)
1．論文(設(shè)計(jì))題目
硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械設(shè)計(jì)
2．研究領(lǐng)域
機(jī)械制造及其自動(dòng)化—機(jī)電一體化
3．論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
本課題來(lái)源于流通市場(chǎng)實(shí)際需要。針對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)、公交車(chē)收款機(jī)等硬幣流通的現(xiàn)狀，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)適合實(shí)際、高效可靠的硬幣自動(dòng)清點(diǎn)包裝機(jī)械，以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。
在日常生活中，由人工清點(diǎn)硬幣，包裝硬幣是一項(xiàng)非常煩瑣的工作，效率低，速度慢，造成了人力資源的巨大浪費(fèi)。硬幣伴隨著人們的衣食住行，在社會(huì)中大量的流通，超市、公交公司等地方是硬幣大量集中的地點(diǎn)，每天都會(huì)有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的硬幣，如果由人工清點(diǎn)，將會(huì)造成巨大的人力資源浪費(fèi)，因此用機(jī)械清點(diǎn)并包裝硬幣將是以后的發(fā)展趨勢(shì)。
近年來(lái)，隨著科學(xué)家們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域的突破，計(jì)算機(jī)、工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械設(shè)備等的結(jié)合并應(yīng)用于日常生活中，為人們的生活提供了極大的便利。硬幣是人們生活中不可或缺的東西，每天數(shù)以?xún)|計(jì)的硬幣需要分選清點(diǎn)，為了解決這一生活生產(chǎn)中的難題，近年來(lái)越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注這方面的問(wèn)題，也有研究所開(kāi)始著手設(shè)計(jì)制造硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)，現(xiàn)已有多種硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)，但還不廣泛，這些機(jī)構(gòu)也未在社會(huì)上廣泛使用。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展，這種由振動(dòng)供料機(jī)、機(jī)械手和包裝機(jī)組成的硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)將得到大力推廣，其中的振動(dòng)供料機(jī)是輸入傳輸裝置，主要作用是將不同種類(lèi)的硬幣送入多路分選裝置，包裝機(jī)是用于將清點(diǎn)分選好的硬幣包裝，便于硬幣的存放，機(jī)械手則用于傳送包裝好的硬幣。這種機(jī)構(gòu)設(shè)備主要用于分選和清點(diǎn)1元、0.5元及0.1元的硬幣。
同時(shí)，這種非工業(yè)用途的機(jī)械設(shè)備，其意義遠(yuǎn)不僅是它們自身所能帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這類(lèi)機(jī)械設(shè)備往往是各種領(lǐng)域最新技術(shù)的交叉實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在新型機(jī)器手、振動(dòng)供料機(jī)和包裝機(jī)上應(yīng)用的新技術(shù)有可能很快就出現(xiàn)在其他領(lǐng)域的實(shí)際產(chǎn)品中，不但促進(jìn)了新型機(jī)器手、振動(dòng)供料機(jī)和包裝機(jī)的發(fā)展，也帶動(dòng)了其他相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的進(jìn)步。
此次設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備就是為了促進(jìn)機(jī)械創(chuàng)新的發(fā)展，按照這一理念，為了硬幣分選工作的速度與效率而設(shè)計(jì)的，通過(guò)此次設(shè)計(jì)可以檢驗(yàn)我們大學(xué)四年所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，提高創(chuàng)新能力，很有意義。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
隨著現(xiàn)今社會(huì)的進(jìn)步，每天市場(chǎng)上流通的硬幣越來(lái)越多，隨之而來(lái)的硬幣清點(diǎn)分選工作也是大大的加重了，這樣每天不僅加大了員工的工作量和一些不必要的花費(fèi)，所以硬幣自動(dòng)清點(diǎn)分選機(jī)構(gòu)將孕育而生，并得到廣泛的應(yīng)用，擁有良好的發(fā)展前景。目前有一種硬幣分選機(jī)構(gòu)，硬幣自動(dòng)分選機(jī)的設(shè)計(jì)原理有四部分,即輸入傳輸裝置、多路分選裝置、分類(lèi)收集裝置、計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)裝置。硬幣自動(dòng)分選機(jī)的設(shè)計(jì)依據(jù)是：利用偏心輪電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，使硬幣定向移動(dòng)進(jìn)入多路分選裝置；再利用絲杠旋轉(zhuǎn)力傳送硬幣，當(dāng)不同規(guī)格的硬幣通過(guò)相應(yīng)的檢測(cè)分離孔時(shí)，被檢出進(jìn)入分類(lèi)收集裝置；利用單片機(jī)編程、光電計(jì)數(shù)控制電路等多種知識(shí)和技術(shù)，使其分選效率好，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確。輸入傳輸裝置的主要作用是將不同種類(lèi)的硬幣自動(dòng)進(jìn)入多路分選裝置。輸入傳輸裝置位于多路分選裝置的上部。輸入傳輸裝置包括硬幣輸送盒、輸入導(dǎo)軌、控制擋板和振動(dòng)等部分組成。輸送盒固定在具有一定位移的絲杠片上。輸送盒的里面的進(jìn)口端略高于出口端，輸送盒出口端裝有3組輸入導(dǎo)軌，引導(dǎo)硬幣進(jìn)入分選裝置；輸送盒的上部安裝控制擋板，防止硬幣疊加進(jìn)入輸入導(dǎo)軌；輸送盒的底部安裝一個(gè)裝有偏心輪的微型電機(jī)，當(dāng)接通電源時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。
多路分選裝置設(shè)計(jì)為3路，主要作用是將規(guī)格不同的硬幣進(jìn)行分類(lèi)篩選，規(guī)格相同的硬幣從各路中匯集到同一收集裝置。多路分選裝置包括輸送部分和檢測(cè)分離部分組成。輸送部分為3路，由4個(gè)螺旋絲杠組成。4個(gè)螺旋絲杠水平并列在一起，兩個(gè)絲杠為一組，共構(gòu)成3組，一組兩個(gè)絲杠分別加工為左旋和右旋，傳動(dòng)時(shí)相向旋轉(zhuǎn)，使硬幣在兩個(gè)絲杠之間向前移動(dòng)。每個(gè)絲杠固定在傳動(dòng)軸上，其中一端安裝傳動(dòng)齒輪，相互嚙合，由一微型電機(jī)棗減速器機(jī)組帶動(dòng)。分離檢測(cè)部分位于每對(duì)絲杠下面，根據(jù)硬幣直徑大小設(shè)有檢測(cè)分離孔。
目前市場(chǎng)上主要流通四種面值的硬幣，1元、0.5元和兩種0.1元，直徑分別為25mm、20mm、22mm和19mm（兩種0.1元直徑大小不同）。檢測(cè)分離孔按照硬幣移動(dòng)方向進(jìn)行分布，先小孔后大孔，共有4種，根據(jù)硬幣直徑設(shè)計(jì)為矩形口，4種檢測(cè)分離孔線(xiàn)性連接在一起，使硬幣在其上面能夠連續(xù)移動(dòng),在檢測(cè)分離孔前有一過(guò)渡孔，使硬幣落入時(shí)起到定位和過(guò)渡作用。因此，每路硬幣分選順序是：0.1元（小）、0.5元、0.1元（大）、1元。由于硬幣直徑差別很小，檢測(cè)分離孔加工精度要求很高，硬幣立面必須垂直位移方向，因此每組絲杠對(duì)稱(chēng)性要好。
分類(lèi)收集裝置位于多路分選裝置下面。主要作用是將分選出的硬幣進(jìn)行分類(lèi)收集。分類(lèi)收集裝置由4個(gè)導(dǎo)軌和收集盒組成。導(dǎo)軌帶有一定傾斜角度，能夠使落入的硬幣快速滑落到收集盒中。4個(gè)導(dǎo)軌分別接受不同規(guī)格的硬幣，導(dǎo)軌位置與分選裝置的檢測(cè)分離孔相對(duì)應(yīng)。
計(jì)數(shù)顯示裝置的光電計(jì)數(shù)器安裝在分類(lèi)收集裝置上，主要作用是將每路分選出的不同規(guī)格的硬幣進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。計(jì)數(shù)顯示裝置由數(shù)碼顯示屏（LCD）、單片機(jī)（51系列）、光電計(jì)數(shù)器、光電計(jì)數(shù)控制電路組成。數(shù)碼顯示屏安裝在硬幣分選機(jī)面板上，可以顯示四種硬幣的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，以及總的金額數(shù)。面板上還設(shè)置5個(gè)功能鍵，分別為合計(jì)、1元、0.5元、0.1元、復(fù)位鍵。單片機(jī)用于控制顯示參數(shù)以及各種功能設(shè)置編程。光電控制電路用于硬幣計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)顯示裝置的工作原理是，從多路分選裝置分選出同一規(guī)格的硬幣，進(jìn)入分類(lèi)裝置時(shí)，由光電計(jì)數(shù)器將落入的硬幣進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果不斷輸入單片機(jī)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和顯示。當(dāng)硬幣分選工作完成時(shí)，可以按下面板按鍵，通過(guò)顯示屏查閱硬幣總錢(qián)數(shù)，以及不同面值硬幣的總數(shù)。重新工作時(shí)按下復(fù)位鍵，計(jì)數(shù)器清零，可以繼續(xù)進(jìn)行。
硬幣自動(dòng)分選機(jī)，配置3路直流穩(wěn)壓電源，給顯示屏、單片機(jī)、傳輸電機(jī)和振動(dòng)裝置等供電，并且電壓可調(diào)整。圖如下
二、論文(設(shè)計(jì))研究的內(nèi)容
1．重點(diǎn)解決的問(wèn)題
振動(dòng)供料機(jī)、包裝機(jī)和機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)；振動(dòng)供料機(jī)、包裝機(jī)和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的探討；保持一定的速度和硬幣種類(lèi)（1元、0.5元、0.1元）
2．?dāng)M開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面(論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路)
(1) 確定合理的振動(dòng)供料機(jī)、包裝機(jī)和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)方案；
(2) 進(jìn)行振動(dòng)供料機(jī)、包裝機(jī)和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)；
(3) 繪制振動(dòng)供料機(jī)、包裝機(jī)和機(jī)械手運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的裝配圖及其零件圖；
(5) 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
3．本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果
通過(guò)采用文獻(xiàn)資料收集、調(diào)查問(wèn)卷等方式，了解現(xiàn)在硬幣清點(diǎn)分選機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)、相關(guān)技術(shù)的對(duì)比及市場(chǎng)前景，完成振動(dòng)供料機(jī)、包裝機(jī)和機(jī)械手的整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)供料機(jī)的傳輸作用，包裝機(jī)包裝和機(jī)械手的傳遞作用，理論上可以進(jìn)行硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)。
三、論文(設(shè)計(jì))工作安排
1．?dāng)M采用的主要研究方法(技術(shù)路線(xiàn)或設(shè)計(jì)參數(shù))
本課題是融機(jī)械設(shè)計(jì)、氣動(dòng)技術(shù)、控制技術(shù)為一體的綜合技術(shù)項(xiàng)目。雖然有一定的難度，但是目前各項(xiàng)技術(shù)都已比較成熟，有關(guān)的硬件條件已基本具備，因此，方案是可行的。
設(shè)計(jì)參數(shù)：硬幣種類(lèi)（1元、0.5元、0.1元）
（1）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：
執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)：1 執(zhí)行構(gòu)件的數(shù)目
2 執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式和運(yùn)動(dòng)參數(shù)
原動(dòng)機(jī)的類(lèi)型及其運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇
各個(gè)執(zhí)行構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)配合和機(jī)械的工作循環(huán)圖
（2）機(jī)構(gòu)傳動(dòng)構(gòu)件設(shè)計(jì)：1 振動(dòng)供料機(jī)裝配圖紙1
2 包裝機(jī)裝配圖紙1
3 機(jī)械手裝配圖紙1
4 硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械裝配圖紙1
2．論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃
第一周至第二周:查閱相關(guān)資料，并進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查了解硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)。
第三周至第四周:根據(jù)指導(dǎo)老師的要求完成開(kāi)題報(bào)告。
第五周至第六周:確定硬幣自動(dòng)分選清點(diǎn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的方案，并進(jìn)行初期設(shè)計(jì)。
第七周至第八周:在老師的指導(dǎo)下確定最后方案。
第九周至第十二周:繪制所有的裝配圖和零件圖。
第十三周至第十四周:完善工作、技術(shù)總結(jié)、撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。
第十五周:準(zhǔn)備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附:文獻(xiàn)綜述
近年來(lái)，隨著科學(xué)家們?cè)诟鱾€(gè)領(lǐng)域的突破，計(jì)算機(jī)、工業(yè)機(jī)器人和機(jī)械設(shè)備等的結(jié)合并應(yīng)用于日常生活中，為人們的生活提供了極大的便利。硬幣是人們生活中不可或缺的東西，每天數(shù)以?xún)|計(jì)的硬幣需要分選清點(diǎn)，為了解決這一生活生產(chǎn)中的難題，近年來(lái)越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注這方面的問(wèn)題，也有研究所開(kāi)始著手設(shè)計(jì)制造硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)，現(xiàn)已有多種硬幣自動(dòng)分選機(jī)構(gòu)，但還不廣泛，這些機(jī)構(gòu)也未在社會(huì)上廣泛使用。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的發(fā)展，這種由振動(dòng)供料機(jī)、機(jī)械手和包裝機(jī)組成的硬幣分選清點(diǎn)機(jī)構(gòu)將得到大力推廣，其中的振動(dòng)供料機(jī)是輸入傳輸裝置，主要作用是將不同種類(lèi)的硬幣送入多路分選裝置，包裝機(jī)是用于將清點(diǎn)分選好的硬幣包裝，便于硬幣的存放，機(jī)械手則用于傳送包裝好的硬幣。這種機(jī)構(gòu)設(shè)備主要用于分選和清點(diǎn)1元、0.5元及0.1元的硬幣。
其中運(yùn)用到了振動(dòng)供料機(jī)，包裝機(jī)和上下料機(jī)械手。電磁振動(dòng)給料機(jī)是由電磁激振器驅(qū)動(dòng)的一種振動(dòng)機(jī)械。它的用途很廣，例如，用來(lái)向皮帶運(yùn)輸機(jī)、斗式提升機(jī)給料以及為工業(yè)窯爐定量配料等。在輕工業(yè)機(jī)械中電振機(jī)也有廣泛的應(yīng)用，例如在糖果包裝、鐘表元件加工、鉛筆橡皮頭裝配等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中均有應(yīng)用。
目前，輕工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的電振機(jī)主要有直線(xiàn)料槽往復(fù)式和螺旋料槽扭動(dòng)式兩種形式。前者料槽作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，適合于不需定向排隊(duì)的輕小物料的供送；后者簡(jiǎn)稱(chēng)振動(dòng)料斗，帶有螺旋槽的圓形料斗作扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，適合于不需定向排隊(duì)的單件物品的供送。
這兩種類(lèi)型的電振機(jī)都由三個(gè)主要部分組成：
1) 槽體部分：包括料槽或料斗、銜鐵、主振彈簧。
2) 電磁激振器部分：包括激振器殼體、鐵心及線(xiàn)圈、配重等。
3) 減振器部分：包括心座支撐彈簧或懸掛彈簧。
電振機(jī)是利用電磁力驅(qū)動(dòng)和機(jī)械共振原理進(jìn)行工作的，它與其他供料機(jī)相比有以一些優(yōu)點(diǎn)：
1) 無(wú)動(dòng)力機(jī)及變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，沒(méi)有摩擦運(yùn)動(dòng)部體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需潤(rùn)滑，而且重量輕，便于維護(hù)。
2) 供料速度可調(diào)，可適應(yīng)多種物料，調(diào)整方便。
3) 靠微小振動(dòng)使物料單方向運(yùn)動(dòng)，無(wú)強(qiáng)烈攪拌、撞擊、摩擦等現(xiàn)象，故機(jī)體不易損壞，使用壽命長(zhǎng)。
4) 電振機(jī)是在近共振狀況下工作的，所需激振力較小，節(jié)能。
5) 電振機(jī)可與電子稱(chēng)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)定量給料的自動(dòng)控制。
隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，包裝工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占比重和作用也越來(lái)越大。我國(guó)成功加入WTO后，全球經(jīng)濟(jì)貿(mào)易一體化進(jìn)程的發(fā)展促使商品流通領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，人們?cè)谧非笊唐穬?nèi)在質(zhì)量的同時(shí)，對(duì)商品包裝要求也越來(lái)越高。
包裝機(jī)械在包裝工業(yè)中的地位十分重要，對(duì)包裝工業(yè)現(xiàn)代化具有舉足輕重的作用。它可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善生產(chǎn)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，提高商品檔次，增加附加值，從而增強(qiáng)商品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、帶來(lái)更大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
進(jìn)入到20世紀(jì)80年代后，我國(guó)的包裝機(jī)械的生產(chǎn)和設(shè)計(jì)取得了巨大的發(fā)展，大量填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的包裝機(jī)械問(wèn)世，品種規(guī)格不斷增加，同時(shí)出現(xiàn)了很多包裝機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，許多研究機(jī)構(gòu)著手研究包裝機(jī)械，高等院校也紛紛設(shè)立包裝工程專(zhuān)業(yè)，從而形成了一個(gè)獨(dú)立的包裝機(jī)械行業(yè)。進(jìn)入21世紀(jì)，包裝機(jī)械除繼續(xù)增加新品種外，在產(chǎn)品的技術(shù)水平、內(nèi)在質(zhì)量和性能等方面都有很大的進(jìn)步，這一切都與包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)有著密切的聯(lián)系。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，如食品、醫(yī)藥、日用品、化工產(chǎn)品、電子產(chǎn)品等生產(chǎn)中，主要包括三大基本環(huán)節(jié)，即原料處理、中間加工和產(chǎn)品包裝。包裝是工業(yè)生產(chǎn)中相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證，因此包裝機(jī)械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當(dāng)重要的作用。
1. 大幅度地提高生產(chǎn)效率 如啤酒灌裝機(jī)的生產(chǎn)率可高達(dá)36000瓶/h，這是手工灌裝機(jī)無(wú)法比擬的。有如蛋形巧克力的包裝，用手工包裝每人每班可包裝20kg，而用機(jī)械包裝，每人每班可包裝250kg以上。
2. 降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件 如手工包裝糖果，一個(gè)工人8h要重復(fù)動(dòng)作80000多次；再如人工袋裝化肥，粉塵飛揚(yáng)污染環(huán)境等。如果廣泛地采用包裝機(jī)械代替手工包裝，不但能將包裝工人從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，而且還大大地改善了工人的勞動(dòng)條件。
3. 保護(hù)環(huán)境，節(jié)約原材料，降低成本 手工包裝液體產(chǎn)品時(shí)，易造成產(chǎn)品外濺；包裝粉狀產(chǎn)品時(shí)，往往造成粉塵飛揚(yáng)，既污染環(huán)境，又浪費(fèi)了原材料。采用機(jī)械包裝能防止產(chǎn)品的散失，既保護(hù)了環(huán)境，又節(jié)約了原材料。
4. 有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)銷(xiāo)售的競(jìng)爭(zhēng)力 有些產(chǎn)品的衛(wèi)生要求很?chē)?yán)格，如藥品、食品等，采用機(jī)械包裝，避免了人手和藥品、食品的直接接觸，減少了對(duì)產(chǎn)品的污染。同時(shí)由于機(jī)械包裝速度快，食品、藥品在空氣中停留時(shí)間短，從而減少了污染機(jī)會(huì)，有利于食品和藥品的衛(wèi)生。
另外，由于包裝機(jī)械的計(jì)量精度高，產(chǎn)品包裝的外形美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴(yán)密，從而提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品銷(xiāo)售的競(jìng)爭(zhēng)力，可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。
5. 延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通 采用真空、換氣、無(wú)菌等包裝機(jī)，可使食品和飲料等的流通范圍更加廣泛，延長(zhǎng)食品的保質(zhì)期。
6. 可減少包裝場(chǎng)地面積，節(jié)約基建投資 當(dāng)產(chǎn)品采用手工包裝時(shí)，由于包裝工人多，工序不緊湊，所以包裝作業(yè)占地面積大，基建投資多，而采用機(jī)械包裝，產(chǎn)品和包裝材料的供給是比較集中的，各包裝工序安排比較緊湊，因而減少了包裝的占地面積，可以節(jié)約基建投資。
隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)的裝卸、轉(zhuǎn)向、輸送或操持焊槍、噴槍、扳手等工具進(jìn)行加工、裝配等作業(yè)的自動(dòng)化，已越來(lái)越引起人們的重視。
機(jī)械手是模仿著人手的部分動(dòng)作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱(chēng)為“工業(yè)機(jī)械手”。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率；可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
通過(guò)對(duì)本次設(shè)計(jì)題目的深刻理解，對(duì)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)各個(gè)部分的深入分析，對(duì)現(xiàn)市面上已出現(xiàn)的硬幣分選機(jī)的認(rèn)識(shí)，本次設(shè)計(jì)將采用一個(gè)電磁振動(dòng)供料機(jī)，一個(gè)三道的直線(xiàn)振動(dòng)滑道，一個(gè)熱封包裝機(jī)和一個(gè)上下料機(jī)械手組合而成。
審 核 意 見(jiàn)
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)（對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱）
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教研室主任意見(jiàn)
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學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見(jiàn)
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公章：
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