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PID控制器）控制器。下一步，我們還采用反饋控制的饋線與標(biāo)準(zhǔn)槽。最后，我們考慮一種方法兼容多種槽調(diào)整的非線性因素。在一些實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，我們證實了雙自由度PID控制比傳統(tǒng)的角發(fā)射控制更加有效。關(guān)鍵詞：振動控制，喂料機，非線性控制，電磁作動器，雙自由度PID控制，建模1、緒論對于各種食品制造業(yè)的包裝過程，自動秤是一個非常重要的設(shè)備。自動秤發(fā)展于1973年，后來得到改進(jìn)，從而成為高度精確和有效的。電磁振動給料器在這篇文章中被認(rèn)為是一個重要的用于系統(tǒng)地傳輸材料給稱重單位的傳輸設(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。在這項研究中，我們提出一個運用非線性元件的兩自由度的PID控制器的反饋控制系統(tǒng)構(gòu)建于電磁振動給料器下。首先，我們給予振動部分和電磁力部分模型的細(xì)節(jié)。下一步，我們還采用對于給料器標(biāo)準(zhǔn)槽的反饋控制。然后，我們考慮一個方法兼容各種槽調(diào)整的非線性因素的兩自由度PID控制器。在一些實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，我們證實了雙自由度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.顯示的是一個給料器。術(shù)語“料槽”是指用于運輸?shù)匿摪逍螤畹墓艿?。料槽可以很容易地改變，以配合運輸對象。料槽是靠平行板彈簧和位于料槽底下的電磁線圈支持的。板彈簧和線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，被稱為“直屬零件”和所有設(shè)定的部分，包括料槽，被稱為“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)于一個質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的共振頻率。如果在共振頻率下被驅(qū)動，送料器將做共振運動。共振現(xiàn)象是高效率的，因為少量的電源作為輸入可以造成大位移量的出現(xiàn)。 圖1 電磁振動送料器 圖2 輸送過程圖2所示為運輸物料的過程。陰影箭頭表示料槽振動時物料的移動方向。圖2（i）表明送料器處于平衡位置。最初，當(dāng)電流流向電磁鐵線圈（以下簡稱“線圈” ），由電磁力的作用料槽向左移動到更低的位置（見灰色箭頭），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（見白箭）。當(dāng)關(guān)閉電源開關(guān)，板彈簧和料槽將推進(jìn)運輸對象向右上方移動（見灰色箭頭），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的驅(qū)動下重復(fù)圖2（ii）和（iii）中的步驟。2.2 振動機械因素的模型圖3所示為送料器振動因素的模型。這一模型中術(shù)語的坐標(biāo)軸，使用的變量和參數(shù)被列表1中。模型的一個關(guān)鍵要素是料槽的移動方向是被固定了的。然后，下面的線性動態(tài)模型，四階可得出的詳細(xì)模型的振動。 M ，K是對稱矩陣（符號*顯示對稱元素）如下所示：因此，本模型（1）是有用的設(shè)計振動因素。模型（1）對應(yīng)的特征頻率符合實驗?zāi)B(tài)分析的結(jié)果。 圖3 振動因素模型 圖4 電磁線圈模型送料器的主振彈簧是由一些板彈簧組成的。該模型沒有考慮非線性特性的彈簧元（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分別表示線圈的電壓，線圈電流和線圈電阻。線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）線圈和電流之間的關(guān)系可以表達(dá)為 （3）Q、和為線圈決定的常數(shù)。使用公式（1）、（2）、（3）可以在計算機上構(gòu)建一個仿真的送料器。此外，狀態(tài)空間模型可以由公式（1）、（2）、（3）得出一個線性均衡器。3.實驗控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)3.1 反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖5顯示的是一個反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。反饋系統(tǒng)的操作變量（以下簡稱“振幅能量”為AP，AP是個無綱量）是一個存在發(fā)射角控制的變量（以下簡稱“FAC”，它的詳情稍后給出）。測量變量，控制變量，命令變量假定振幅為料槽與線圈表面的距離（以下簡稱“間隙振幅”為）z。由FAC、激勵系統(tǒng)和振動因素組成的部分被稱為控制系統(tǒng)。圖5顯示的結(jié)構(gòu)來實現(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)定時將會關(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 實驗系統(tǒng)3.2 送料器和料槽在實驗中的使用圖6顯示了設(shè)立的實驗系統(tǒng)。這個實驗送料器可運輸約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。這個送料器的共振頻率f是40Hz。當(dāng)送料器運輸最大質(zhì)量是，共振頻率的變化約4%。然而，因為運輸0.5千克或更多是罕見的，我們忽視了由共振的運輸物料質(zhì)量變化引起的共振頻率的變化。關(guān)于料槽形狀和類型，根據(jù)運輸物料的不同有100多個品種的料槽。對于我們的實驗，運用到了五種特別類型的料槽。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3.3 送料器驅(qū)動部分在現(xiàn)有送料器系統(tǒng)中，F(xiàn)AC常用作驅(qū)動系統(tǒng)。圖8顯示的是FAC的操作綱要。曲線圖8分別指出了交流源，線圈電壓和線圈電流。FAC是一個利用交流源過境時間（ZAT：零跨越時間）的重復(fù)控制方法。從ZAT延遲時間L后，經(jīng)處理進(jìn)入線圈的電流開始進(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間。當(dāng)AP變大時，延遲時間L與函數(shù)F將變短。FAC會在此基礎(chǔ)上運作的延遲時間如下：（i）由延遲時間L和線圈電流作用后，交流源的電壓將直接激起線圈的電壓。（ii）在高峰期過后，該線圈電流開始下降。（iii）當(dāng)線圈電流變?yōu)?A時，交流電源將關(guān)閉。在共振期間，像（i）（iii）這類非線性處理的方案將被多次重復(fù)執(zhí)行。在FAC中，線圈電流靠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，在控制實驗中的取樣時間變?yōu)?.025秒。取決于FAC驅(qū)動硬件的AP采取的整數(shù)值從0到127（7位）。3.4 間隙振幅測量部分因為加速度傳感器對環(huán)境變化的低敏感度和易于維護(hù)，所以用來測量測量變量。加速度傳感器和金屬配件被安裝在實驗送料器的料槽固定部分。如果要取得一個標(biāo)準(zhǔn)的價值差距測量，將光學(xué)位移傳感器安裝在實驗送料器中。然而，位移信號的光學(xué)傳感器不是用于反饋控制對加速度傳感器信號測量精度的研究中的。3.4.1 從加速度到間隙振幅的變化由于送料器驅(qū)動是由發(fā)射角控制的，加速度傳感器的輸出信號a（t）的加速度傳感器，可以假定為是一個正弦波的振幅和共振頻率。 從這個假設(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）是不通過整合輸出信號a（t）的兩倍得到的，但乘以輸出信號為常數(shù)，因為它可以假設(shè)為一個輸出信號正弦波。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）計算的間隙z（t）的最大和最小值計算得出的，有可能會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用加速度傳感器獲得的輸出信號a（t）算出。其次，的獲得基于。如果輸出信號為一個正弦波，則變?yōu)?，變?yōu)槿缦滤荆?因此，可以由通過加速度a（t）算出的對進(jìn)行測量。 圖9 振幅的測量曲線 圖10 與的關(guān)系可由下列步驟計算出：(i) 為了使正弦波將集中在0V，一個補償（-1.397V）被刪除。（ii）一個絕對值波是通過步驟（i）中的絕對值正弦波產(chǎn)生的。（iii）梯形規(guī)則的一體化算法應(yīng)用于步驟（ii）中的絕對波和最后的計算。間隔時間為0.25毫秒一體化和采樣時間的加速度傳感器也是0.25毫秒。共振周期1/f的整合時間為25毫秒，區(qū)域是由這一周期計算出的。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邊界時開關(guān)。這種開關(guān)特性被認(rèn)為是由于一套鋼板彈簧引起的非線性（1）（2）。因此，轉(zhuǎn)化率的表達(dá)逼近兩直線，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)運輸時，運送物體料槽產(chǎn)生一個沖擊力。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的出現(xiàn)而出現(xiàn)。當(dāng)料槽和輸送物料被替代時，噪聲的頻率也隨之變化。然而，有人證實了實驗的頻率為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過濾掉，并且運用低通濾波器的預(yù)處理可以計算出。在我們的實驗中，下面的過濾器被使用。當(dāng)噪聲被通過原來的加速度傳感器輸出影響的數(shù)字濾波器刪除時，為圖11所示。 圖11 數(shù)字低通濾波器的影響 圖12 在測量過程中的信號流出3.4.3 在測量過程中的數(shù)據(jù)處理圖12所示為在測量過程中簡要的數(shù)據(jù)處理。首先，由加速度傳感器產(chǎn)生的輸出信號是在4KHz下采樣，噪聲是被數(shù)字濾波器刪除的。是通過濾波信號計算出來的，是通過公式（6）中共振周期1/f的關(guān)系得到的。圖13所示為安裝在運用FAC，68AP的標(biāo)準(zhǔn)料槽的的有效力是通過數(shù)據(jù)處理獲得的。驅(qū)動測試期間，50g的測試片（質(zhì)量0.5g的木欄一塊；直徑8mm；長15mm。）被放到料槽上四次。測量使用光學(xué)傳感器和那些從刪除噪聲后計算出的所獲得的值將得到相似的輸出。然而，在中間圖像的測量結(jié)果中，測試片造成了噪聲的出現(xiàn)，就是通過噪聲的一個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，并顯示了類似的測量性能的光學(xué)傳感器。從得的數(shù)據(jù)處理方法的成效通過結(jié)果而被證明了。 圖13 檢測方法的比較 圖14 和AP的關(guān)系3.5 控制部分 控制器的結(jié)構(gòu)類似于雙自由度PID控制器。PID控制器（以下稱為“反饋控制器”）負(fù)責(zé)取消干擾，命令變量過濾器負(fù)責(zé)在命令變量的跟蹤特性中進(jìn)行改進(jìn)。命令變量過濾器被在圖5中所示的“變換參考AP”的塊所顯示出來。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）其中是錯誤，是采樣時間，是比例增益，是整合的時間和是分化時間。在控制實驗中，這些參數(shù)的粗值是通過靈敏度估算方法獲得的，通過調(diào)整假設(shè)=12.0，=0.1，=0.25。3.5.2 命令變量過濾器基于命令變量，命令變量濾波器可計算出穩(wěn)態(tài)振幅能量。衍生控制器參照圖5的參考值（命令）工作以改善對于命令變量的跟蹤特性。在這項研究中，我們采用一種非線性函數(shù)f（r）能夠命令變量過濾器，但比例控制器通常用作命令變量過濾器。體系的穩(wěn)定性不是問題，因為這一非線性因素通過命令變量產(chǎn)生一個獨特的輸出。非線性因素在反饋系統(tǒng)中也是獨立的。圖14所示為通過利用標(biāo)準(zhǔn)料槽所做實驗獲得的命令變量和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濾器（8）在采樣時間實現(xiàn)在離散時間中獲得，并命令變量過濾器得到如下： 和作為相反的一對離散系數(shù)是必要的，關(guān)系如下：，參數(shù)為=6.0和=0.1是用于控制實驗。4.標(biāo)準(zhǔn)料槽控制實驗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，通過料槽的實驗驗證了干擾取消的表現(xiàn)。當(dāng)?shù)妹钭兞考俣?.2mm，重200g的測試片扔到空料槽中時，如圖15所示的時間行為。短虛線表示的是FAC，實線表示的是反饋控制。當(dāng)輸送物料下放時（通過輸送和測試片的質(zhì)量在料槽上減小，測試片從料槽上掉下），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)是通過一個使用標(biāo)準(zhǔn)料槽的階躍響應(yīng)實驗實現(xiàn)的。圖16顯示了實驗的結(jié)果。虛線表明了利用FAC控制的結(jié)果，實線顯示了使用反饋控制的結(jié)果。當(dāng)命令變量增加時，振動和穩(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，針對反饋控制在1.0mm顯示良好的跟蹤響應(yīng)，因為PID參數(shù)的調(diào)整在1.0mm。然而，送料器變化的特點主要取決于。因此，當(dāng)G有一個其他值時，結(jié)果會比G去1.0mm時的結(jié)果還壞。5.不同料槽的控制實驗5.1 分組料槽被提到的料槽種類已經(jīng)超過了100種。因此，調(diào)整PID參數(shù)為個別槽增加花費。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種料槽的實驗結(jié)果調(diào)整命令變量過濾器。圖17所示為5種料槽的AP和的關(guān)系（見表2）。我們進(jìn)行了以下自動實驗：（i）送料器通過AP每0.2秒增加一次從0增加到127來驅(qū)動，接著再從127到0每0.2秒減小一次來驅(qū)動。（ii）在這個過程中，AP和被自動測量。實驗結(jié)果自動繪制在圖17內(nèi)。這個實驗花費了大約50秒，因為這個關(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，振動和其他料槽相比要好，還有振幅范圍也更寬。換句話說，料槽E是最重的，要求更大的AP和相對要小的振幅范圍。通過這些結(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。圖18顯示了實驗步驟的反應(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濾器可用作控制系統(tǒng)。因此，如果我們組合料槽時考慮到AP和的關(guān)系，這些數(shù)量的控制器和時間需要PID參數(shù)的調(diào)整可以降低。5.3 命令變量過濾器的調(diào)整據(jù)證實，對于命令變量的跟蹤特性可以通過調(diào)節(jié)命令變量過濾器來改善。在我們的實驗中，基于標(biāo)準(zhǔn)料槽的命令變量過濾器被稱為標(biāo)準(zhǔn)過濾器。此外，基于AP和關(guān)系的可以單獨調(diào)節(jié)的命令變量過濾器像料槽E那樣被稱為“個別調(diào)整過濾器”，可表示如下： （11） 圖19 和每步驟結(jié)果的比較圖19所示為運用一個標(biāo)準(zhǔn)過濾器和一個個別調(diào)節(jié)過濾器實驗的步驟結(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，命令變量過濾器。如果運用一個標(biāo)準(zhǔn)過濾器，結(jié)果是無效的，然而，它是改進(jìn)個別調(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論單獨調(diào)整濾波器。我們認(rèn)為，原因是整體增益反饋控制器因為如圖17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，一個命令變量過濾器的調(diào)節(jié)時有效的。因此，如果命令變量過濾器為料槽A調(diào)整，被認(rèn)為可使對于命令變量的跟蹤特性改進(jìn)。6.結(jié)論在這項研究中，我們做出了關(guān)于送料器反饋控制的努力和實驗。結(jié)論總結(jié)如下：（1） 包含F(xiàn)AC驅(qū)動的兩自由度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)?。?） 通過實驗我們證實了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濾器控制。（4） 通過實驗證實了當(dāng)AP和的關(guān)系不同時，命令變量過濾器的調(diào)節(jié)是有效的。參考文獻(xiàn)（1） Konishi, S，Sakaguchi, K., Amijima, S., Matsuoka, T., Okano, I. and Morinaka, H., Non-Linear Phenomenon Observed on Resonance Curve for Vibratory Feeder-Electromagnetic Type, Proc. 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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 feederII目錄摘 要ABSTRACT1.緒論12. 硬幣分選清點機構(gòu)的方案設(shè)計52.1總體方案的確定52.2幾種機構(gòu)方案的比較及最終方案的確定52.3驅(qū)動系統(tǒng)性能分析與方案設(shè)計92.4控制系統(tǒng)的方案設(shè)計93. 各部件技術(shù)設(shè)計及參數(shù)選擇113.1電磁振動給料機的設(shè)計113.1.1概述113.1.2電振機工作原理及物料輸送原理123.1.3運動學(xué)參數(shù)的選擇和計算203.1.4動力學(xué)參數(shù)選擇及計算233.1.5電振機電磁參數(shù)計算273.1.6振動料斗參數(shù)選擇及設(shè)計要點283.2縱向熱封器的設(shè)計及參數(shù)選擇293.2.1概述293.2.2縱封器的設(shè)計313.2.3塑料材料及熱封溫度的選擇323.3熱封切斷機械手的設(shè)計333.3.1概述333.3.2機械手設(shè)計及參數(shù)計算353.4推桿包裝機構(gòu)373.4.1齒輪的選擇及計算373.4.2電動機的選擇373.4.3齒輪的設(shè)計準(zhǔn)則383.4.4齒輪傳動的強度計算383.4.5絲杠螺母參數(shù)的選擇424.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)開題報告論 文 題 目： 硬幣自動分選清點機械設(shè)計 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級：機械設(shè)計制造及其自動化 機英051學(xué) 生 姓 名： 常宏坤 指導(dǎo)教師（職稱）： 陳殿華（教授） 2009年 3月 5日填畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告要求開題報告既是規(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)的有效保證。為了使這項工作規(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)題目及研究領(lǐng)域；2論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值；3目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容1重點解決的問題；2擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)；3本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果。三、論文(設(shè)計)工作安排1擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù))；2論文(設(shè)計)進(jìn)度計劃。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)上通過分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報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開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文(設(shè)計)工作開始后的前四周內(nèi)完成；2開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過；3開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文(設(shè)計)工作，否則不允許參加答辯；4開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師；5開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(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)題目硬幣自動分選清點機械設(shè)計2研究領(lǐng)域機械制造及其自動化機電一體化3論文(設(shè)計)工作的理論意義和應(yīng)用價值本課題來源于流通市場實際需要。針對自動售貨機、公交車收款機等硬幣流通的現(xiàn)狀，開發(fā)設(shè)計適合實際、高效可靠的硬幣自動清點包裝機械，以適應(yīng)市場的需求。在日常生活中，由人工清點硬幣，包裝硬幣是一項非常煩瑣的工作，效率低，速度慢，造成了人力資源的巨大浪費。硬幣伴隨著人們的衣食住行，在社會中大量的流通，超市、公交公司等地方是硬幣大量集中的地點，每天都會有數(shù)以萬計的硬幣，如果由人工清點，將會造成巨大的人力資源浪費，因此用機械清點并包裝硬幣將是以后的發(fā)展趨勢。近年來，隨著科學(xué)家們在各個領(lǐng)域的突破，計算機、工業(yè)機器人和機械設(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)以億計的硬幣需要分選清點，為了解決這一生活生產(chǎn)中的難題，近年來越來越多的人開始關(guān)注這方面的問題，也有研究所開始著手設(shè)計制造硬幣自動分選機構(gòu)，現(xiàn)已有多種硬幣自動分選機構(gòu)，但還不廣泛，這些機構(gòu)也未在社會上廣泛使用。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化的發(fā)展，這種由振動供料機、機械手和包裝機組成的硬幣分選清點機構(gòu)將得到大力推廣，其中的振動供料機是輸入傳輸裝置，主要作用是將不同種類的硬幣送入多路分選裝置，包裝機是用于將清點分選好的硬幣包裝，便于硬幣的存放，機械手則用于傳送包裝好的硬幣。這種機構(gòu)設(shè)備主要用于分選和清點1元、0.5元及0.1元的硬幣。同時，這種非工業(yè)用途的機械設(shè)備，其意義遠(yuǎn)不僅是它們自身所能帶來的直接經(jīng)濟(jì)價值。這類機械設(shè)備往往是各種領(lǐng)域最新技術(shù)的交叉實驗平臺，在新型機器手、振動供料機和包裝機上應(yīng)用的新技術(shù)有可能很快就出現(xiàn)在其他領(lǐng)域的實際產(chǎn)品中，不但促進(jìn)了新型機器手、振動供料機和包裝機的發(fā)展，也帶動了其他相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的進(jìn)步。 此次設(shè)計的機械設(shè)備就是為了促進(jìn)機械創(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)計的，通過此次設(shè)計可以檢驗我們大學(xué)四年所學(xué)過的理論知識，提高創(chuàng)新能力，很有意義。4目前研究的概況和發(fā)展趨勢隨著現(xiàn)今社會的進(jìn)步，每天市場上流通的硬幣越來越多，隨之而來的硬幣清點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，所以硬幣自動清點分選機構(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構(gòu)，硬幣自動分選機的設(shè)計原理有四部分,即輸入傳輸裝置、多路分選裝置、分類收集裝置、計數(shù)統(tǒng)計裝置。硬幣自動分選機的設(shè)計依據(jù)是：利用偏心輪電機產(chǎn)生振動，使硬幣定向移動進(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)格的硬幣通過相應(yīng)的檢測分離孔時，被檢出進(jìn)入分類收集裝置；利用單片機編程、光電計數(shù)控制電路等多種知識和技術(shù)，使其分選效率好，計數(shù)準(zhǔn)確。輸入傳輸裝置的主要作用是將不同種類的硬幣自動進(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裝有偏心輪的微型電機，當(dāng)接通電源時產(chǎn)生振動。多路分選裝置設(shè)計為3路，主要作用是將規(guī)格不同的硬幣進(jìn)行分類篩選，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分離部分組成。輸送部分為3路，由4個螺旋絲杠組成。4個螺旋絲杠水平并列在一起，兩個絲杠為一組，共構(gòu)成3組，一組兩個絲杠分別加工為左旋和右旋，傳動時相向旋轉(zhuǎn)，使硬幣在兩個絲杠之間向前移動。每個絲杠固定在傳動軸上，其中一端安裝傳動齒輪，相互嚙合，由一微型電機棗減速器機組帶動。分離檢測部分位于每對絲杠下面，根據(jù)硬幣直徑大小設(shè)有檢測分離孔。目前市場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）。檢測分離孔按照硬幣移動方向進(jìn)行分布，先小孔后大孔，共有4種，根據(jù)硬幣直徑設(shè)計為矩形口，4種檢測分離孔線性連接在一起，使硬幣在其上面能夠連續(xù)移動,在檢測分離孔前有一過渡孔，使硬幣落入時起到定位和過渡作用。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，因此每組絲杠對稱性要好。分類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)行分類收集。分類收集裝置由4個導(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分離孔相對應(yīng)。計數(shù)顯示裝置的光電計數(shù)器安裝在分類收集裝置上，主要作用是將每路分選出的不同規(guī)格的硬幣進(jìn)行分類統(tǒng)計。計數(shù)顯示裝置由數(shù)碼顯示屏（LCD）、單片機（51系列）、光電計數(shù)器、光電計數(shù)控制電路組成。數(shù)碼顯示屏安裝在硬幣分選機面板上，可以顯示四種硬幣的統(tǒng)計結(jié)果，以及總的金額數(shù)。面板上還設(shè)置5個功能鍵，分別為合計、1元、0.5元、0.1元、復(fù)位鍵。單片機用于控制顯示參數(shù)以及各種功能設(shè)置編程。光電控制電路用于硬幣計數(shù)。計數(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)入分類裝置時，由光電計數(shù)器將落入的硬幣進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)結(jié)果不斷輸入單片機，進(jìn)行統(tǒng)計和顯示。當(dāng)硬幣分選工作完成時，可以按下面板按鍵，通過顯示屏查閱硬幣總錢數(shù)，以及不同面值硬幣的總數(shù)。重新工作時按下復(fù)位鍵，計數(shù)器清零，可以繼續(xù)進(jìn)行。硬幣自動分選機，配置3路直流穩(wěn)壓電源，給顯示屏、單片機、傳輸電機和振動裝置等供電，并且電壓可調(diào)整。圖如下 二、論文(設(shè)計)研究的內(nèi)容1重點解決的問題振動供料機、包裝機和機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計和驅(qū)動；振動供料機、包裝機和機械手運動的探討；保持一定的速度和硬幣種類（1元、0.5元、0.1元）2擬開展研究的幾個主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計思路)(1) 確定合理的振動供料機、包裝機和機械手運動方案；(2) 進(jìn)行振動供料機、包裝機和機械手運動參數(shù)設(shè)計；(3) 繪制振動供料機、包裝機和機械手運動機構(gòu)的裝配圖及其零件圖； (5) 編寫設(shè)計說明書。3本論文(設(shè)計)預(yù)期取得的成果通過采用文獻(xiàn)資料收集、調(diào)查問卷等方式，了解現(xiàn)在硬幣清點分選機的發(fā)展趨勢、相關(guān)技術(shù)的對比及市場前景，完成振動供料機、包裝機和機械手的整體設(shè)計，實現(xiàn)振動供料機的傳輸作用，包裝機包裝和機械手的傳遞作用，理論上可以進(jìn)行硬幣自動分選清點。三、論文(設(shè)計)工作安排1擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù))本課題是融機械設(shè)計、氣動技術(shù)、控制技術(shù)為一體的綜合技術(shù)項目。雖然有一定的難度，但是目前各項技術(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)計參數(shù)：硬幣種類（1元、0.5元、0.1元） （1）機構(gòu)設(shè)計： 執(zhí)行構(gòu)件的運動設(shè)計：1 執(zhí)行構(gòu)件的數(shù)目2 執(zhí)行構(gòu)件的運動形式和運動參數(shù)原動機的類型及其運動參數(shù)的選擇 各個執(zhí)行構(gòu)件間運動的協(xié)調(diào)配合和機械的工作循環(huán)圖（2）機構(gòu)傳動構(gòu)件設(shè)計：1 振動供料機裝配圖紙1 2 包裝機裝配圖紙13 機械手裝配圖紙14 硬幣自動分選清點機械裝配圖紙12論文(設(shè)計)進(jìn)度計劃第一周至第二周:查閱相關(guān)資料，并進(jìn)行市場調(diào)查了解硬幣自動分選清點機械機構(gòu)的發(fā)展趨勢。第三周至第四周:根據(jù)指導(dǎo)老師的要求完成開題報告。第五周至第六周:確定硬幣自動分選清點機械機構(gòu)的方案，并進(jìn)行初期設(shè)計。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)、撰寫說明書。第十五周:準(zhǔn)備答辯。 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)1. 尚久浩 張淳 李思益自動機械設(shè)計（第二版）中國輕工業(yè)出版社M20022. 孫桓 陳作模.機械原理(第六版)西北工業(yè)大學(xué)機械原理及機械零件教研室 高等教育出版社M.20013. 汝元功，唐照民主編機械設(shè)計手冊M 北京:高等教育出版社.19954. 高德包裝機械設(shè)計 化學(xué)工業(yè)出版社（工業(yè)裝備與信息工程出版中心）M20055. 吳旭朝 許婉英.工業(yè)機械手設(shè)計基礎(chǔ)天津科學(xué)技術(shù)出版社M. 19806. 楊福馨. 物件自動定向原理與方法J包裝工程, 1991,(01) :156-159.7. 韓良,徐衛(wèi)良. 振動料斗的研究狀況與前景展望J.電子工業(yè)專用設(shè)備, 1999,(01) :205-207. 8. 項新建,鄭春水. 多功能枕式包裝機自動定位控制系統(tǒng)的研究J.電工技術(shù)雜志, 2001,(08) :91-96. 9. 孫智慧,張榮. 包裝機中常熱式薄膜熱封過程的仿真研究J.包裝工程, 2002,(05) :187-190. 10. 段萍.移動機械手運動目標(biāo)檢測與跟蹤技術(shù)研究D. 中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫,2007,(11):262-264.11. 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