【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 較低?？芍苯硬捎谬X輪減速以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。 齒輪減速：工作可靠，使用壽命長(zhǎng)；瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)；減速效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適 用范圍很廣等。 6 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 電氣傳動(dòng)使利用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以獲得機(jī)械手的各種運(yùn)動(dòng)。 采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，機(jī)械手的位移和運(yùn)動(dòng)速度，可由電控系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號(hào)數(shù)量及脈沖信號(hào)頻率來(lái)控制。步進(jìn)電機(jī)能 夠達(dá)到比較高的重復(fù)定位精度。 步進(jìn)電機(jī) (stepping motor)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 (稱為 “布距角 ”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的：同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有累積誤差（精度為 100%）的特點(diǎn)，廣泛的用于各種開(kāi)環(huán)控制。 步進(jìn)電機(jī)分為機(jī)電式及磁電式兩種基本類型。 7 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 機(jī)電式步進(jìn)電機(jī)由鐵芯、線圈、齒輪機(jī)構(gòu)等組成。螺線管線圈通電時(shí)將產(chǎn)生磁力，推動(dòng)其鐵芯芯子運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)是輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度，通過(guò)抗旋轉(zhuǎn)齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的工作位置；線圈再通電，轉(zhuǎn)軸又轉(zhuǎn)動(dòng)角度，依次進(jìn)行步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 磁電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要有永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式 3種形式。 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由四相繞組組成。 A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鋼將轉(zhuǎn)向該相所確定的磁場(chǎng)方向； A相 斷電、 B相繞組通電時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)方向，這是，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度而位于新的磁場(chǎng)方向上，被激勵(lì)相的順序決定了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消耗功率小，步距角較大。缺點(diǎn)是啟動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率較低。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵芯的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分析的相近齒槽，利用這兩種齒槽的相對(duì)位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角可做到 1176?！?5176。，甚至更小，精度容易保證，起動(dòng)和運(yùn)動(dòng)頻率較高，但消耗較大，效率較低。 永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。是永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)兩者的結(jié)合，并兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源由變頻脈沖信號(hào)源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，由驅(qū)動(dòng)電源向電機(jī)繞組提供脈沖電流。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能決定于電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電源間的良好配合。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般的說(shuō)最大靜力矩 Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)使 步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到設(shè)備所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲杠導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣性和設(shè)備要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有 一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足快速移動(dòng)的需要。 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： （ 1）計(jì)算電機(jī)的步距角比，根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，步距角 θ 計(jì)算如下： 8 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 式中： S絲杠螺距 (mm) Δ(mm/脈沖 ) i減速比 （ 2）計(jì)算電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 M △ 2 式中： F啟動(dòng)單元負(fù)載 (N) η傳動(dòng)系統(tǒng)總效率 (此處先以 1帶入 ) 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以選擇 17HS001電機(jī)。 17HS001電機(jī)的具體參數(shù)如表 。 表 42HS003步進(jìn)電機(jī)電氣技術(shù)數(shù)據(jù) MicrosChip 芯片，采用新型的雙極性恒相流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)最大 64 細(xì)分高性能驅(qū)動(dòng)，適合驅(qū)動(dòng) 2A。 以下 42 系列， 57系列兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床，紡織機(jī)械，噴繪機(jī)，疲勞測(cè)試機(jī)等用戶希望成本低，低振動(dòng)，高精度 ，高速度的場(chǎng)合。 技術(shù)參數(shù)： 型號(hào) ST2HB02X 相 數(shù)：二相 工作電壓： DC(1040)V 驅(qū)動(dòng)電流： DC()A 驅(qū)動(dòng)方式：全橋雙極恒相流驅(qū)動(dòng) 電流設(shè)置： 細(xì)分功能：相電流不高于 2A/相的兩相，四相混合式步進(jìn)電機(jī) 冷卻方式：散熱器 (安裝在通風(fēng)良好的場(chǎng)合 ) 環(huán)境溫度： 0～ 50℃ 尺寸 /重量： 1307333mm/280g 9 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 為保證機(jī)械手重復(fù)定位精度，對(duì)機(jī)械手每工作循環(huán)提出返回原點(diǎn)校零位要 設(shè)備原點(diǎn)：機(jī)械手的設(shè)備原點(diǎn)。任何停止?fàn)顟B(tài)，旋轉(zhuǎn)旋鈕到原點(diǎn)，啟動(dòng)回原點(diǎn)按鈕，機(jī)械手回到了原點(diǎn)。 手動(dòng)方式：各自的按鈕使各個(gè)負(fù)載單獨(dú)接通或斷開(kāi)。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)按操作者的指令進(jìn)行動(dòng)作。同時(shí)也負(fù)責(zé)起自動(dòng)工作方式中每一工步目的記錄保存工作。 單步：旋鈕旋轉(zhuǎn)單周期工作，按動(dòng)一次啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行一個(gè)工步。 單周期：旋鈕旋轉(zhuǎn)單周期工作，按動(dòng)一次啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行一個(gè)周期。 連續(xù)工作 (自動(dòng) 狀態(tài) )：在用戶原點(diǎn)，旋鈕旋轉(zhuǎn)自動(dòng)，按動(dòng)啟動(dòng)按鈕連續(xù)反復(fù)進(jìn)行，途中按動(dòng)停止按鈕，運(yùn)行到原定后停止。 LED指示燈：狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。 電源和急停按鈕與 PLC工作無(wú)關(guān)。該按鈕使用來(lái)接通或斷開(kāi) PLC外部負(fù)載的電源。 10 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 11 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 軟件設(shè)計(jì) 總體流程圖的設(shè)計(jì) 圖 工作流程圖 本機(jī)械手采用點(diǎn)位控制，我們可將整個(gè)運(yùn)動(dòng)看作折線運(yùn)動(dòng)，每一步動(dòng)作歸納為參數(shù)不同的點(diǎn)位之間動(dòng)作。以起點(diǎn)作為參考點(diǎn)，通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)，得到目的點(diǎn)位置。手動(dòng)操作機(jī)械手從參考點(diǎn)到達(dá)目的點(diǎn)后，保存目的點(diǎn)的相對(duì)特征參數(shù)，并對(duì)每一步保存的參數(shù)進(jìn)行列表管理。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式下點(diǎn)位輸入，自動(dòng)模式查表 “仿行 ”運(yùn)動(dòng)。手動(dòng)設(shè)置好以后就可以按預(yù)先設(shè)置自動(dòng)運(yùn)行。 核心思想：記錄關(guān)鍵點(diǎn)，構(gòu)造工作路徑和狀態(tài)?，F(xiàn)就四工位作以下說(shuō)明。 用戶在手動(dòng)原點(diǎn)狀態(tài)下，控制機(jī)械手至 A 點(diǎn)位 (到 A 點(diǎn)的路徑可制定中間點(diǎn)實(shí)現(xiàn)繞行 )，按下 保存，記錄該店重要參數(shù)。之后控制機(jī)械手到 B 點(diǎn)位夾取工件，同時(shí)記錄機(jī)械手位置及加緊位置，為簡(jiǎn)化過(guò)程，可在 A點(diǎn)設(shè)置機(jī)械手張開(kāi)， B點(diǎn)設(shè)置夾緊。 控制機(jī)械手移動(dòng)，同前所述記錄關(guān)鍵點(diǎn)位，到 D點(diǎn)放下工件。再用同樣的方法到下一工位進(jìn)行操作。 PLC的選擇 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 滿足被控制對(duì)象的控制要求考慮將來(lái)的發(fā)展的需要， PLC 選用功能較強(qiáng)的新產(chǎn)品，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔俊? 系統(tǒng)安全、可靠。 盡可能簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用與維護(hù)方便。 具有較高的性價(jià)比。 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 分析被控對(duì)象，提出控制要求。 12 三江高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 確定輸入、輸出設(shè)備。 確定 PLC的 I/O點(diǎn)數(shù)，選擇 PLC機(jī)型。 分配 I/O點(diǎn)數(shù)，繪制 PLC控制系統(tǒng)輸入、輸出端子接線圖。 程序設(shè)計(jì)，繪制工作循環(huán)圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。 程序調(diào)試。先進(jìn)行模擬調(diào)試，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)機(jī)調(diào)試；先進(jìn)行局部、分段調(diào)試，再進(jìn)行整體、系統(tǒng)調(diào)試。 調(diào)試過(guò)程結(jié)束，整理技術(shù)資料，投入使用。 圖 PLC控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖 PLC品牌選擇 世界上生產(chǎn) PLC 的廠商有數(shù)百家，構(gòu)成美國(guó)、歐洲和日本三大技術(shù)陣營(yíng)，其代表機(jī)型有美國(guó)羅克韋爾 (Rockwell)自動(dòng)化公司所屬的 AB(AllenBradley)公司生產(chǎn)的 PLC5系列 PLC、GEFanuc 公司生產(chǎn)的 90TM