基于arduino开发板的工业产品自动包装流水线设计

张瀚升 汪 童 陈晓晓 魏嘉忆 郑书娣

([1]上海理工大学机械工程学院 上海 200093；[2]上海理工大学医疗器械与食品学院 上海 200093；[3]上海理工大学光电信息与计算机工程学院 上海 200093）

0 引言

随着工业的不断发展，到目前自动化技术已广泛应用于工业产品设计包装，但仍然存在少部分小工厂，利用传统的人力进行流水线包装。效率低下的同时耗费了大量资源，同时成品的精准性，产品规格一致性也会收到影响。因此本文设计了开发一种新型的基于 arduino开发板的工业产品自动包装流水线控制系统。能够分辨产品的不同状态，进行分类处理，能够最大程度保证产品相关质量指标的一致性与可靠性，可应用于工业自动化生产领域，提升生产效率。

1 系统硬件环境

1.1 采用的元器件

电源模块：220V-24V开关电源，24V-5V降压驱动模块。

主控制器：Arduino Mega 2560开发板。

主令电器：按钮开关，旋转开关。

反馈原件：光电开关，限位开关，状态指示灯。

保护电器：熔断器，低压断路器，热继电器。

动作机构：滚珠丝杠滑台，42步进电机及其驱动。

机械结构：压板，旋转齿轮，绕线机构。

系统整体硬件模块图如图1所示，系统通过主控器件和反馈元件控制执行机构实现闭环控制，完成功能任务。

图1：基于arduino开发板的工业产品自动包装流水线系统整体硬件模块图

1.2 系统整体工作设计

板球平衡控制系统的框架如图2所示，整个系统设计三个工位，工位1为初始位置，放置包装盒用于收集从传送带落下的工件，工位2用于压板按压折叠，工位3用于缠线包装，最终完成的产品落入分拣框中，可以通过自动小车运走，整个系统启停由人工一键控制，附带系统故障保护方案，当系统过载时，热继电器动作，系统暂停，当系统短路时熔断器动作，迅速切断电路，系统电压过低时低压断路器动作，进行欠压以及失压保护，所有障解除后人工手动重启，从而保证实现连续稳定安全操作。

图2：基于arduino开发板的工业产品自动包装流水线系统整体工作原理图

2 系统软件环境

系统主体设计流程图如图3所示。对于三个工位环节，分别对应不同的自动操作控制方案。

3 控制原理及方案设计

利用开关电器进行人机交互指令传递，针对不同工位，实现不同控制流程，通过在系统的各个位置加装反馈检测元件实时反馈系统信息，附加保护系统，整个过程一键控制，达到连续不间断操作的目的。

3.1 工位1控制方案设计

工位1为初始放置位置，首先按下一键启动按钮，滚珠丝杠滑台运动到工位1触碰到限位开关Q1后停下，机械臂180°双位旋转，将包装盒抓取放置在滑台上，上方传送带运送零件滑落到包装盒里面，延时固定时间后,零件装满包装盒，随后进入下一阶段。

图3：基于arduino开发板的工业产品自动包装流水线系统控制流程图

3.2 工位2控制方案设计

工位2为按压工位，当工位1操作结束后，滚珠丝杠滑台继续运动到工位2触碰到限位开关Q2后停下，此时两侧电机控制挡板旋转，翻折盒盖，上方压板压下，按压盒顶，保证包裹完成。延时固定时间后进入下一阶段。

3.3 工位3制方案设计

工位3为缠线工位，当工位2操作结束后，滚珠丝杠滑台继续运动到工位3触碰到限位开关Q3后停下，此时旋转机构带动铁钩勾起一侧的线圈至顶部，上方齿轮带钩继续钩住线进行360度旋转数圈后，上方的粘带机构下方，粘住线圈两侧，保证密封，整个包装过程完成，随后运到流水线末端的成品框里，等待最终运送，滑台返回最初位置，准备进行下一次操作。

4 系统实际测试

为了验证系统设计方案的实际效果，本文并搭建了基于arduino开发板的工业产品自动包装流水线的样品测试机，对系统实际控制的精准性，连续性和时效性等性能指标，进行了实际测试。

表1

不同工位状态对应的测试时间以及状态数据测试记录表格1所示，由实测数据可以看出，运行时间接近，成品误差方差值控制在5%左右，整个过程系统稳定无故障发生，因此该包装流水线系统满足稳定性，精准性和高效性的性能指标，实测效果与理论设计接近。

5 系统实测结论

本文论述了基于arduino开发板的基于arduino开发板的工业产品自动包装流水线设计方案，并搭建了样机模型进行了实际测试，实际结果表明这种基于arduino开发板的工业产品自动包装流水线系统，满足工业生产自控系统准确性，高效性，稳定性的要求，具备智能化特点，控制效果良好，可以应用于工业智能制造控制，具有广泛的实际应用价值。