摘 要

随着普适计算和物联网技术的发展和应用，人们不断地把传感、效应、通信和计算能力嵌入到工业制造的装备中，使其更加智能化、自动化甚至协同地完成复杂的任务，这类能力得以增强的新型物体被称为智能物体或者智能对象。本文主要研究设计了一类智能对象——嵌入式可调高智能测力垫片，“智能对象”可以是通过嵌入式技术感知其环境和状态的任何对象或产品，并且它有能力根据自身状态做出自己的决策，传达状态信息，并在自己的控制下对外界做出响应。嵌入式可调高智能测力垫片在测力的同时，通过设计控制及通信程序，驱动电机通过机械传动进行实时调高，从而对环境做出反馈，且多个智能测力垫片互相联结，并以此与整个系统相互作用，能够合作完成某项具体功能，使整个系统的工作更加高效，可实现平台的自动调平等实际目的。

关键词：智能对象；测力垫片；自动调平

Abstract

With the development and application of pervasive computing and Internet of things technology, people constantly embed sensing, effect, communication and computing capabilities into the equipment of industrial manufacturing, making it more intelligent, automatic and even collaborative to complete complex tasks. New objects with enhanced capabilities are called intelligent objects or intelligent objects. This paper mainly studies and designs a kind of intelligent object - embedded adjustable height intelligent force measuring gasket, "intelligent object" can be any object or product that senses its environment and state through embedded technology, and it has the ability to make its own decision according to its own state, convey state information, and respond to the outside under its own control. At the same time of measuring the force, the embedded adjustable intelligent force measuring gasket drives the motor to adjust the height in real time through the mechanical transmission through the design of control and communication programs, so as to give feedback to the environment, and multiple intelligent force measuring gaskets are connected with each other, so as to interact with the whole system, so as to cooperate to complete a specific function, make the work of the whole system more efficient and realize the platform The actual purpose of automatic equality adjustment.

Key Words：Intelligent object； force measuring gasket；automatic leveling

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及研究目的 1

1.1.1 智能制造与CPS 1

1.1.2 CPS与智能对象 2

1.2 智能对象应用设计——嵌入式可调高智能测力垫片 3

1.3 主要研究内容 4

第2章 嵌入式可调高智能测力垫片的机械结构设计 5

2.1 CAD机械结构设计 5

2.2 主要零件参数设计 6

2.2.1 传动螺杆设计及校核 6

2.3 本章小结 7

第3章 自动调平方法策略的分析研究及确定 8

3.1 概述 8

3.2 平台的静力学分析 8

3.2.1 支撑方式的选择 8

3.2．2 水平状态下平台的静力学分析 9

3.2．3 非水平状态下平台的静力学分析 9

3.3 调平策略研究选择 12

3.4 本章小结 13

第4章 嵌入式可调高智能垫片的硬件设计 14

4.1 智能垫片可调高的工作原理 14

4.2 硬件介绍 15

4.2.1 控制器 15

4.2.2 步进电机和驱动器 15

4.2.3 压力传感器 17

4.2.4 HX711 AD转换芯片 17

4.2.5 双倾角水平传感器 18

4.3 本章小结 18

第5章 调平控制程序的实现 20

5.1 步进电机驱动实现 20

5.2 压力传感器数据读取实现 21

5.3 水平倾角传感器数据读取实现 23

5.4 本章小结 25

第6章 自动调平应用验证实验 26

6.1 应用验证实验主要设计 26

6.1.1 调平平台结构设计 26

6.1.2 调平程序设计 27

6.2 具体实验 28

6.2.1 实验前调试 28

6.2.2 实验过程 29

6.3 应用实验结果分析 30

6.3.1 理论调平精度 30

6.3.2 实际调平精度 30

6.3.3 实际结果分析 31

6.4 本章小结 32

参考文献 33

致谢 34

第1章 绪论

1.1 选题背景及研究目的

1.1.1 智能制造与CPS

工业制造是国民经济的重要组成部分，是科技创新的主要发生地，是建设国家的基础，是振兴国家的工具。当前，各个国家的工业制造都需要开始进行重大改革，且正加快工业制造改革创新步伐，各个工业制造强国均推出了多个与智能制造业相关的发展计划，包括德国的“工业4.0”，美国的“制造业返还计划”，中国的“中国制造2025”计划，以及日本的“2015制造白皮书”等。在最具代表性的“工业4.0”计划中，提出了第四次工业革命，该次革命旨将物联网和服务应用于制造业。在这种智能制造模型中，提出了虚拟网络物理系统（cyber-physics system,CPS）的概念，虚拟网络物理系统集成了物联网，服务网络和社交网络，以实现智能机器，存储系统，生产设施，物流和定制服务。通过智能产品的应用，大大提高服务质量，降低设备闲置率，生产时间，能耗和制造成本，为正在兴起的智能工厂提供一种全新的生产实现方法。

“CPS”即网络物理系统，指将计算、通信和控制能力嵌入到物理设备（如汽车、医疗设备和制造设备）中，以监控、控制和协调相应的物理活动。它通过先进的传感器和执行器、嵌入式系统、计算、通信、网络等技术， 将网络能力与物理空间的动力学和物理学紧密结合在一起。形成智能分布式网络，这可以促进资产管理、生产优化和产品质量控制。