【正文】 蹤 驅(qū) 動(dòng)系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) ： PC 機(jī) 負(fù) 責(zé) 人 機(jī) 交 互 界 面 的 管 理 和 控 制 系 統(tǒng) 的 實(shí) 時(shí) 監(jiān) 控 等 方 面 的 工 作（ 例 如 鍵 盤 和 鼠 標(biāo) 的 管 理 、 系 統(tǒng) 狀 態(tài) 的 顯 示 、 運(yùn) 動(dòng) 軌 跡 規(guī) 劃 、 控 制 指 令 的 發(fā) 送 、 外部 信 號(hào) 的 監(jiān) 控 等 等 ） ； 控 制 卡 完 成 運(yùn) 動(dòng) 控 制 的 所 有 細(xì) 節(jié) （ 包 括 脈 沖 和 方 向 信 號(hào) 的輸 出 、 自 動(dòng) 升 降 速 的 處 理 、 原 點(diǎn) 和 限 位 等 信 號(hào) 的 檢 測 等 等 ） 。 Control Motion Control Card to plete all the details (including pulse and direction output signals, automatic takeoff and landing speed of processing, such as the origin and the limit of detection of signals, etc.). Motion control card is equipped with an open library for users in DOS or Windows system platform developed under the structure of the control system requirements. Key words: twodimensional movement KPCI884 Slide stepper motor control cardNahtfurung robotsystem designZusammenfassung：ComputerTechnologie und der rasanten Entwicklung der MikroelektronikTechnologie, f246。rper in MasterSlaveStruktur: PCMaschineSchnittstelle, MenschComputerInteraktion ist zust228。 der MotionControlKarte, um alle Einzelheiten (einschlie223。sselw246。 本 文 主 要 分 析 和 綜 述 了 運(yùn) 動(dòng) 控 制 卡 的 基 本 原 理 、 特 點(diǎn) 和 應(yīng)用 現(xiàn) 狀 。 因 而 這 種 結(jié) 構(gòu) 開 放 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 卡 能 夠 廣 泛 地 應(yīng) 用 于 制 造 業(yè) 中 設(shè) 備 自 動(dòng) 化 的 各 個(gè)領(lǐng) 域 。 目 前 ， 使 運(yùn) 動(dòng) 控 制 技 術(shù) 與 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 有 機(jī) 結(jié) 合 ， 即 基 于 英 特 網(wǎng) 的 運(yùn)動(dòng) 控 制 技 術(shù) 研 究 ,在 國 內(nèi) 外 尚 處 于 起 步 階 段 。(2) 在 保 證 一 定 加 工 精 度 的 前 提 下 ， 應(yīng) 簡 化 機(jī) 構(gòu) ， 降 低 成 本 。(5) 采 用 矩 形 滾 動(dòng) 直 線 導(dǎo) 軌 ， 以 減 少 導(dǎo) 軌 的 摩 擦 力 。X 向向 設(shè) 計(jì) 參 數(shù) 的 確 定（ 1） 二 維 滑 臺(tái) 滑 動(dòng) 范 圍 ： ； m50?（ 2） 工 作 臺(tái) 重 量 ： ；NW21?（ 3） 機(jī) 器 人 及 其 他 部 件 重 量 ： ；N2ax?（ 4） 最 低 移 動(dòng) 速 度 ： ；s/（ 5） 最 高 移 動(dòng) 速 度 ： m50（ 6） 設(shè) 起 動(dòng) 加 速 時(shí) 間 為 ： ； .（ 7） 開 環(huán) 定 位 精 度 ： 。 考 慮 到 機(jī) 械 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 誤 差 ，脈 沖 當(dāng) 量 值 必 須 小 于 定 位 精 度 值 。 與 滑 動(dòng) 螺 旋 傳 動(dòng) 或 其 他 直 線 運(yùn) 動(dòng) 副相 比 ， 滾 珠 螺 旋 傳 動(dòng) 有 下 列 特 點(diǎn) ：（ 1） 傳 動(dòng) 效 率 高 在 滾 珠 絲 杠 副 中 ， 自 由 滾 動(dòng) 的 滾 珠 將 力 與 運(yùn) 動(dòng) 在 絲 杠 與螺 母 之 間 傳 遞 。（ 4） 同 步 性 能 好 由 于 滾 珠 絲 杠 運(yùn) 轉(zhuǎn) 順 滑 、 消 除 軸 向 間 隙 以 及 制 造 的 一 致性 ， 采 用 多 套 滾 珠 絲 杠 副 方 案 驅(qū) 動(dòng) 同 一 裝 置 或 多 個(gè) 相 同 部 件 時(shí) ， 可 獲 得 很 好 的同 步 工 作 。 當(dāng) 選 定 執(zhí) 行 元 件（ 步 進(jìn) 電 機(jī) ） 步 距 角 、 系 統(tǒng) 脈 沖 當(dāng) 量 和 減 速 比 之 后 ， 其 導(dǎo) 程 應(yīng) 滿 足s?p?ihP匹 配 關(guān) 系 為 ： (21)360phiP???代入公式(21)可得： ()36phim????(2)滾 珠 絲 杠 副 的 載 荷 及 轉(zhuǎn) 速 計(jì) 算 a. 最 小 載 荷 ， 是 指 機(jī) 器 空 載 時(shí) 滾 珠 絲 杠 的 傳 動(dòng) 力 。?f根 據(jù) 公 式 (22)可 得 ： NFf 21)520(.??b. 最 大 載 荷 mzx選 機(jī) 器 承 受 最 大 負(fù) 荷 時(shí) 滾 珠 絲 杠 的 傳 動(dòng) 力 ， 本 文 主 要 是 指 工 作 臺(tái) 在 加 速 時(shí)所 承 受 的 最 大 軸 向 力 。 接 觸 角 推 力 球 軸 承 支 承 ， 其 型 號(hào) 7001C/DB， 其 尺 寸 參 數(shù) 為 ：、 D=32mm、 B=10mm。 滾 珠 絲 杠 的 扭 轉(zhuǎn) 變 形 較 小 ， 對(duì) 縱 向 變 形 的 影 響 更小 ， 可 忽 略 不 計(jì) 。其 計(jì) 算 公 式 如 下 ： (27)32wm2DF01.?ZYJ＝?式 中 ： 為 滾 珠 直 徑 （ mm） ； 為 滾 珠 總 數(shù) 量 ； 為wD? 列 數(shù)圈 數(shù) ???Z一 圈 的 滾 珠 數(shù) ， wdZ/0??已 知 ： ， ，./????Z代 入 公 式 (27)可 得 ： ??(3)滾 珠 絲 杠 副 剛 度 的 驗(yàn) 算絲 杠 的 總 變 形 量 應(yīng) 小 于 允 許 的 變 形 量 ， 否 則 ， 應(yīng) 考 慮 選 用 較 大 公 稱21??直 徑 的 滾 珠 絲 杠 副 。zf本 設(shè) 計(jì) 中 ， 支 承 方 式 選 用 一 端 軸 向 固 定 一 端 自 由 ， 即 ?zf所 以 代 入 公 式 (28)得 ：= (N)LEIfFZK?????臨 界 載 荷 與 絲 杠 工 作 載 荷 之 比 稱 為 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ， 如 果 大KmFKnK于 許 用 穩(wěn) 定 性 安 全 系 數(shù) ， 則 滾 珠 絲 杠 不 會(huì) 失 穩(wěn) 。 本 次 畢 業(yè) 課 題 選 滾 動(dòng) 直 線 導(dǎo) 軌 副 ， 它 是 由 導(dǎo) 軌 、 滑 塊 、 鋼 球 、返 向 器 、 保 持 架 、 密 封 端 蓋 及 擋 板 等 組 成 （ 見 圖 22） 。 功 率 大 副 度 下 降 ， 只 相 當(dāng) 于 普 通 機(jī) 械 的 十 分 之 一 。0 計(jì) 算 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 副 的 額 定 壽 命 L滾 動(dòng) 直 線 導(dǎo) 軌 副 的 壽 命 計(jì) 算 公 式 為 ： （ km） 3)(50cwathPf??(29)式 中 ： 為 滾 動(dòng) 導(dǎo) 軌 副 的 距 離 額 定 壽 命 （ km） ； 為 額 定 載 荷 （ N） ， 查 表L C得 ＝ 11500N； 為 硬 度 系 數(shù) 導(dǎo) 軌 面 的 硬 度 為 58～ 64HRC 時(shí) ， ＝ ；Chf hf為 溫 度 系 數(shù) ， 當(dāng) 工 作 溫 度 不 超 過 1000C 時(shí) ， ＝ 1； 為 接 觸 系 數(shù) ， 每 根 導(dǎo)tf tfcf軌 條 上 裝 二 個(gè) 滑 塊 時(shí) ＝ ； 為 精 度 系 數(shù) ， 數(shù) 控 精 密 工 作 臺(tái) 精 度 等 級(jí) 為Cfaf3 級(jí) ， ； 為 載 荷 系 數(shù) ， 無 沖 擊 振 動(dòng) 或 ， ＝ ；1?afWf min/5v?Wf。 最 后 ， 要 計(jì) 算 整 個(gè) 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 折 算 到 電 機(jī) 軸 上 的 總 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 ，即 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 。h M222 )()( cmPJhG ?????（ 5） 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 等 效 轉(zhuǎn) 動(dòng) 慣 量 計(jì) 算?J ..5ckgJGSLD ????? 驗(yàn) 算 矩 頻 特 性步 進(jìn) 電 機(jī) 最 大 靜 轉(zhuǎn) 矩 是 指 電 機(jī) 的 定 位 轉(zhuǎn) 矩 (靜 止 狀 態(tài) )， 可 從 樣 本 中maxjM查 出 。p? min/ rnpb?????cNMka ??(2)空 載 摩 擦 力 矩 iPfWhkf??2??式 中 ： 為 運(yùn) 動(dòng) 部 件 的 總 重 量 ； 為 導(dǎo) 軌 摩 擦 系 數(shù) ； 齒 輪 傳 動(dòng) 降 速 比 ；W? i為 傳 動(dòng) 系 數(shù) 總 效 率 ， 取 ＝ ； 為 滾 珠 絲 杠 的 基 本 導(dǎo) 程 。 突 跳 啟 動(dòng) 很 少 使 用 。 此 時(shí) 相 應(yīng) 的 運(yùn) 行 頻 率 為 。 在“位 置 控 制 ”方 式 時(shí) ， 通 過 單 片 機(jī) 的 I/O 口 發(fā) 數(shù) 字 脈 沖 信 號(hào) 來 控 制 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 行走 ； “速 度 控 制 ”方 式 時(shí) ， 需 加 D/A 轉(zhuǎn) 換 模 塊 輸 出 模 擬 量 信 號(hào) 達(dá) 到 控 制 。 采 用 專 業(yè) 運(yùn) 動(dòng) 控 制 PLC 來 實(shí) 現(xiàn) 運(yùn) 動(dòng)控 制　 目 前 ， 許 多 品 牌 的 PLC 都 可 選 配 定 位 控 制 模 塊 ， 包 括 脈 沖 輸 出 功 能 ， 模擬 量 輸 出 等 等 。 在 工 業(yè) 生 產(chǎn) 中 ， 作 為 PLC 驅(qū) 動(dòng) 的 負(fù) 載 來 說 ， 很 多 繼 電 器 開 關(guān) 的 容量 都 要 比 這 大 ， 需 要 添 加 中 間 放 大 電 路 或 轉(zhuǎn) 換 模 塊 。 用 Microsoft VisualBasic 編 輯 界 面 程 序 。圖 31 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)方案圖 控 制 系 統(tǒng) 電 路 圖 設(shè) 計(jì)根 據(jù) 老 師 要 求 ， 我 們 選 用 了 北 京 和 利 時(shí) 電 機(jī) 技 術(shù) 有 限 公 司 (原 四 通 電 機(jī) 公司 )90BYG550CSAKRMA0301 型 步 進(jìn) 電 機(jī) 與 其 配 套 的 驅(qū) 動(dòng) 器 及 北 京 科 日 新 控 電 子技 術(shù) 有 限 公 司 的 KPCI884 運(yùn) 動(dòng) 控 制 卡 。步 進(jìn) 電 機(jī) 有 以 下 特 點(diǎn) :① 步 進(jìn) 電 動(dòng) 機(jī) 的 工 作 狀 態(tài) 不 易 受 各 種 干 擾 因 素 (如電 源 電 壓 的 波 動(dòng) 、 電 流 的 大 小 與 波 形 的 變 化 、 溫 度 等 )的 影 響 ， 只 要 他 們 的 大小 在 未 引 起 步 進(jìn) 電 機(jī) 產(chǎn) 生 “丟 步 ”現(xiàn) 象 之 前 ， 就 不 影 響 其 正 常 工 作 ； ② 步 進(jìn)電 動(dòng) 機(jī) 的 步 距 角 有 誤 差 ， 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 過 一 定 步 數(shù) 以 后 也 會(huì) 出 現(xiàn) 累 積 誤 差 ， 但 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn)過 一 轉(zhuǎn) 以 后 ， 其 累 積 誤 差 變 為 “零 ”， 因 此 不 會(huì) 長 期 累 積 ； ③ 控 制 性 能 好 ， 在起 動(dòng) 、 停 止 、 反 轉(zhuǎn) 時(shí) 不 易 “丟 步 ”。就 是 A， 齒 5 就 是 齒 1)下 面 是 定 轉(zhuǎn) 子 的 展 開 圖 ：如 A 相 通 電 ， B， C 相 不 通 電 時(shí) ， 由 于 磁 場 作 用 ， 齒 1 與 A 對(duì) 齊 ， （ 轉(zhuǎn) 子 不受 任 何 力 以 下 均 同 ） 。 如按 A， C， B， A……通 電 ， 電 機(jī) 就 反 轉(zhuǎn) 。步 進(jìn) 電 機(jī) 不 能 直 接 接 到 交 直 流 電 源 上 工 作 ， 而 必 須 使 用 專 用 設(shè) 備 —步 進(jìn)電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 器 。圖 32 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器組成 系 統(tǒng) 控 制 方 案 及 電 路 接 線 設(shè) 計(jì)（ 1） 以 步 進(jìn) 電 機(jī) 及 其 驅(qū) 動(dòng) 器 作 為 的 執(zhí) 行 部 件 的 位 置 伺 服 系 統(tǒng) ,它 最 大 的優(yōu) 點(diǎn) 能 夠 在 開 環(huán) 系 統(tǒng) 中 達(dá) 到 精 確 的 控 制 。 SH50806B 采 用 數(shù) 字 式升 頻 升 壓 驅(qū) 動(dòng) 方 式 ， 并 結(jié) 合 了 恒 電 流 控 制 技 術(shù) ， 電 機(jī)采 用 五 根 線 接 法 。脈 沖 信 號(hào) 輸 入 ： 單 脈 沖 控 制 方 式 時(shí) 為 脈 沖 信 號(hào) 輸入 端 ， 雙 脈 沖 控 制 方 式 時(shí) 為 正 轉(zhuǎn) 脈 沖 信 號(hào) 輸 入 端 。當(dāng) 不 需 換 向 時(shí) ， 方 向 信 號(hào) 端 可 懸 空 。在 本 設(shè) 計(jì) 中 根 據(jù) 工 作 實(shí) 際 的 需 要 ， 決 定 對(duì) 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 器 選 取 單 脈 沖 、 半 步的 運(yùn) 行 方 式 。 具 有 圓 弧 、 直 線 插 補(bǔ) 功 能 。KPCI882控 制 卡 采 用 DB37接 口 ， 外 接 線 可 采 用 屏 蔽 線 纜 ， 以 提 高 控 制 卡 的抗 干 擾 能 力 。(4) KPCI882信 號(hào) 接 口 定 義引腳號(hào) 定 義 說 明 引腳號(hào) 定 義 信 號(hào) 定 義1 XCW/CP X軸正向脈沖（X軸脈沖） 20 XCCW/DIR X軸負(fù)向脈沖 (或X軸DIR)2 XLMT+ X軸正向限位輸入 21 XLMT X軸反向限位輸入3 XEXOP+ X軸正向點(diǎn)動(dòng)輸入 22 XEXOP X軸負(fù)向點(diǎn)動(dòng)輸入4 XINPOS X軸伺服電機(jī)到位輸入 23 XALARM X軸伺服報(bào)警輸入5 X_in1 X軸