【導(dǎo)讀】機械手的機械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、等機械器件組成；電氣方面有交流。電機、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置。控制技術(shù)、檢測技術(shù)等，是機電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機械手。本課題擬開發(fā)的物料搬運機械手可在空間抓放物體，動作靈活多樣，要求隨時更改相關(guān)參數(shù)。

　　

【正文】 ～ 5% 。 主要系列 在三相電動機的外殼上，釘有一塊牌子，叫銘牌。銘牌上注明這臺三相電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，是選 擇、安裝、使用和修理（包括重繞組）三相電動機的重要依據(jù)，銘牌的主要內(nèi)容如下。 1．型號 國產(chǎn)中小型三相電動機型號的系列為 Y系列，是按國際電工委員會 IEC 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計生產(chǎn)的三相異步電動機，它是以電機中心高度為依據(jù)編制型號譜的，如 Y200L26 ?中、小型三相異步電動機的機座號與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見表 311和表 312。 nn ?11nn?11n nns ?? emT111 ??? n nnsnn ?1011 ??? n nnsemTnn ?1異步電動機 中心高度 200mm 6極 2號鐵心 長機座（ M—— 中機座） （ S—— 短機座） 機械手的 PLC 控制 27 表 311 小型異步三相電動機 表 312 中型異步三相電動機 中、小型三相異步電動機的機座號與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見表 311和表 312。 2．額定功率 額定功率是指在滿載運行時三相電動機軸上所輸出的額定機械功率，用表示，以千瓦（ kW）或瓦（ W）為單位。 3．額定電壓 額定電壓是指接到電動機繞組上的線電壓，用 UN 表示。三相電動機要求所接的電源電壓值的變動一般不應(yīng)超過額定電壓的177。 5%。電壓過高，電動機容易燒毀；電壓過低，電動機難以啟動，即使啟動后電 動機也可能帶不動負載，容易燒壞。 4．額定電流 額定電流是指三相電動機在額定電源電壓下，輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流，用 IN 表示，以安（ A）為單位。若超過額定電流過載運行，三相電動機就會過熱乃至燒毀。 三相異步電動機的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式 式中 —— 額定功率因數(shù) —— 額定效率 5．額定頻率 機 座 號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 定子鐵心外徑（ mm） 120 145 167 210 245 280 327 368 423 中心高度（ mm） 90 100 112 132 160 180 225 250 280 機 座 號 11 12 13 14 15 定子鐵心外徑（ mm） 560 650 740 850 990 中心高度（ mm） 375 450 500 560 620 NNNNN IUP ??c o s3?N?cosN? 機械手的 PLC 控制 28 額定頻率是指電動機所接的交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)，用 fN 表示。我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn) 電源頻率為 50Hz。 6．額定轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速表示三相電動機在額定工作情況下運行時每分鐘的轉(zhuǎn)速，用 nN表示，一般是略小于對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速 n1。如 n1=1 500r/min，則 nN =1 440r/min。 7．絕緣等級 絕緣等級是指三相電動機所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動機允許的最高工作溫度。三相電動機的絕緣等級和最高允許溫度參見表 。 8．定額 定額是指三相電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、周期斷續(xù)三種。 1）連續(xù) 連續(xù)工作狀態(tài)是指電動機帶 額定負載運行時，運行時間很長，電動機的溫升可以達到穩(wěn)態(tài)溫升的工作方式 2）短時 短時工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，使電動機的溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升；停機時間很長，使電動機的溫升可以降到零的工作方式。 （ 3）周期斷續(xù) 周期斷續(xù)工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，使電動機的溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時間也很短，使電動機的溫升降不到零，工作周期小于 10min 的工作方式。 9．接法 三相電動機定子繞組的連接方法有星形（ Y）和三角形（△）兩種。定子繞組的連接只 能按規(guī)定方法連接，不能任意改變接法，否則會損壞三相電動機。 10．防護等級 防護等級表示三相電動機外殼的防護等級，其中 IP 是防護等級標(biāo)志符號，其后面的兩位數(shù)字分別表示電機防固體和防水能力。數(shù)字越大，防護能力越強，如 IP44中第一位數(shù)字 “4” 表示電機能防止直徑或厚度大于 1毫米的固體進入電機內(nèi)殼。第二位數(shù)字 “4” 表示能承受任何方向的濺水。 機械手的 PLC 控制 29 3． 3 機械手電機的選用 Y2 系列三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)新穎、造型美觀、噪音低、振動小、絕緣等級高等特點，產(chǎn)品現(xiàn)已達到九十年代國際先進水平，是 Y系列電機的更新產(chǎn)品 。外殼防 護等級 IP54， 它具有良好的起動性能和運行性能，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，維修方便等特點 ， 電機采用 E 級或 B 級絕緣，外殼防護等級為 IP44，冷卻方式為 ICO141，額定頻率為 50Hz，額定電壓為 380V。 豎軸驅(qū)動電機承載整個機械手的所有負載，需要功率較大，而機械手主要用于生產(chǎn)線夾持較輕便物體，綜合考慮，豎軸選用 Y263M22，功率 250W，可滿足生產(chǎn)需要。 橫軸主要驅(qū)動橫臂的左右運動，承載重量較小，選用 Y263M12，功率 180W，即可滿足生產(chǎn)需要。 電動機 3 主要用來控制機械手抓的加緊和放松，所承載負載 最小，因此可選用 Y263M14，功率 120W。 第四章 變頻器 變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機無級調(diào)速的需要而誕生的。 20 世紀(jì) 60 年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了 SCR(晶閘管 )、 GTO(門極可關(guān)斷晶閘管 )、 BJT(雙極型功率晶體管 )、 MOSFET(金屬氧化物場效應(yīng)管 )、 SIT(靜電感應(yīng)晶體管 )、 SITH(靜電感應(yīng)晶閘管 )、 MGT(MOS 控制晶體管 )、 MCT(MOS 控制晶閘管 )、 IGBT(絕緣柵雙極型晶體管 )、 HVIGBT(耐高壓絕緣柵雙極型晶閘管 )的發(fā)展過程，器件的更新促進了電力電子變換技術(shù)的不斷發(fā)展。 20 世紀(jì) 70 年代開始，脈寬調(diào)制變壓變頻 (PWM－ VVVF)調(diào)速研究引起了人們的高度重視。 20 世紀(jì) 80 年代，作為變頻技術(shù)核心的 PWM 模式優(yōu)化問題吸引著人們的濃厚興趣，并得出諸多優(yōu)化模式，其中以鞍形波 PWM 模式效果最佳。 20 世紀(jì) 80 年代后半期開始，美、日、德、英等發(fā)達國家的 VVVF 變頻器已投入市場并獲得了廣泛應(yīng)用。 機械手的 PLC 控制 30 變頻器的構(gòu)成 異步電動機用變頻器調(diào)速運轉(zhuǎn)時的結(jié)構(gòu)圖如圖 41 所示。通常由變頻器主電路（ IGBT、 BJT、或 GTO 做逆變元件）給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源。此電源輸出的電壓或電源及頻率，由控制回路指令進行控制。而控制指令則根據(jù)外部的運轉(zhuǎn)指令進行運算獲得。對于需要精密速度或快速響應(yīng)的場合，運算還應(yīng)包含由變頻器主電路和傳動系統(tǒng)檢測出來的信號和保護電路信號，即防止因變頻器主電路的過電壓，過電流引起的損壞外就，還應(yīng)保護異步電動機及傳動系統(tǒng)等。 圖 41 變頻器的構(gòu)成 機械手的 PLC 控制 31 圖 42 典型的電壓型逆 變器一例 主電路 給異步電動機提供調(diào)速調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，稱為主電路。圖 42示出了典型的電壓逆變器的例子，其住電路由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在整流和逆變時產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路”，以及將直流功率變換為交流功率的“逆變器”。另外，異步電動機需要制動時，有時需附加“制動回路”。 1 整流器 最近大量使用的是二極管的變流器，如圖 42 所示，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉(zhuǎn)。 2平波回路 在整流器 整流后的直流電壓中，含有電源 6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路的構(gòu)成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波電路。 機械手的 PLC 控制 32 3逆變器 同整流器相反，逆變器的作用是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，根據(jù)PWM 控制信號使 6 個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷，就可以得到三相頻率相同的交流輸出。 4制動電路 異步電動機在再生制動區(qū)域使用時（轉(zhuǎn)差率為負），再生能量儲存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機械系統(tǒng)（含電動 機）慣量積蓄的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用逆變器向電源反饋或設(shè)置制動回路（開關(guān)和電阻）把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓升高。 控制電路 給異步電動機供電（電壓、頻率可調(diào)）的主電路提供控制信號的回路，稱為控制電路。如圖 41所示，控制電路由以下電路組成，頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓 /電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制回路信號進行放大的“驅(qū)動電路”，以及逆變器和電動機的“保護電路”。 在圖 41 點劃線內(nèi)，僅以控制 A 部分構(gòu)成控制電路時，無速度檢測電路，為開環(huán) 控制。在控制電路 B部分增加了速度檢測電路，即增加了速度指令，可以對異步電動機的速度進行控制更精確的閉環(huán)控制。 控制電路主要包括： 1運算電路 將外部的速度、轉(zhuǎn)矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 2電壓 /電流檢測電路 與主回路電位隔離，檢測電壓、電流等。 3驅(qū)動電路 為驅(qū)動主電路器件的電路。它使主電路器件導(dǎo)通、關(guān)斷。 4速度檢測電路 以裝在異步電動機軸上的速度檢測器（ TG、 PLG 等）的信號為速度信號，送入運算回路，根據(jù)指令和運算可使電動機按指令速度運轉(zhuǎn)。 5保護電路 檢測主電路的電壓、電流等，當(dāng)發(fā)生過載或過電壓等異常時，為了防止逆變 機械手的 PLC 控制 33 器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。 保護回路主要包括： （ 1） 逆變器保護 1）瞬時過電流保護。由于逆變器負載側(cè)短路等，流過逆變器器件的電流達到異常值（超過容許值）時，瞬時停止逆變器運轉(zhuǎn)，切斷電流。變流器的 輸出電流達到異常值，也同樣停止逆變器運轉(zhuǎn)。 2）過載保護。逆變器輸出電流超過額定值，且持續(xù)通達規(guī)定的時間以上，為了防止逆變器期間、線路等損壞要停止運轉(zhuǎn)。恰當(dāng)?shù)谋Ｗo需要反時限特性，采用熱繼電器或者電子熱保護（使用電子電路）。過 負載是由于負載的 GD（慣性）過大或因負載過大使電機堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的。 3）再生過電壓保護。采用逆變器使電動機快速時，由于再生功率直流電路電壓將升高，有時超過容許值。可以采取停止逆變器運轉(zhuǎn)或快速減速的辦法，防止過電壓。 4）瞬時停電保護。對于數(shù)毫秒以內(nèi)的瞬時停電，控制電路工作正常。但瞬時停電時間在 10s 以上時，通常會使控制電路誤動作，主電路也不能供電，所以檢出后使逆變器停止工作。 5）接地過電流保護。逆變器負載側(cè)接地設(shè)計，為了保護逆變器，有時要有接地過電流保護功能。但為了確保人身安全，需要裝設(shè)漏電斷路器。 6）冷 卻風(fēng)機異常。有冷卻風(fēng)機的裝置，當(dāng)風(fēng)機異常時裝置內(nèi)的溫度將上升。因此采用風(fēng)機熱繼電器或器件散熱片傳感器，檢出異常后停止逆變器。 （ 2）異步電動機的保護 1）過載保護。過載檢出裝置與逆變器保護共用，但考慮低速運轉(zhuǎn)的過熱時，在異步電動機內(nèi)埋入溫度檢出器，或者利用裝在逆變器內(nèi)的電子熱保護來檢出過熱。動作頻繁時，可以考慮減輕電動機負載、增加電動機及逆變器容量等。 2）超頻（超速）保護。逆變器的輸出頻率或者異步電動機的速度超過規(guī)定值時，逆變器停止運轉(zhuǎn)。 （ 3）其他保護 1）防止失速過電流。急加速時，如果異步電動機跟 蹤遲緩，則過電流保護