機電一體化大作業(yè).doc
《機電一體化大作業(yè).doc》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《機電一體化大作業(yè).doc(35頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
。三自由度平動機械手工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計科目:機電一體化班級:機械工程五班 成員:羅欣201325070530盧國文201325070501趙效魯201325070509賈靜然201325070502目錄一、設(shè)計任務(wù)31、題目32、任務(wù)33、主參數(shù)3二、產(chǎn)品總功能的確定41、單坐標定位。42、三平面直線插補和圓弧插補。4三、總體方案的確定71、機械傳動部件的選擇72、動力裝置的選擇73、.檢測與傳感裝置的選擇84、.控制與信息處理裝置的選擇8四、機械傳動部件的計算與選型91、滾珠絲杠螺母副的計算與選型92、步進電機的計算與選型12五、檢測與傳感裝置的計算與選型151、 速度的檢測與傳感裝置15、2.位移的檢測與傳感裝置17六、控制與信息處理裝置的選擇201、速度控制202、CPU的選擇26七、工作臺系統(tǒng)的功能框圖27八、工作臺裝配圖的繪制27九、部分源代碼28十、感悟與總結(jié)32十一、參考文獻32一、設(shè)計任務(wù)1、 題目三自由度平動機械手工作臺機電系統(tǒng)設(shè)計2、 任務(wù)設(shè)計一種適用于機械手空間平動的工作臺3、 主參數(shù)(1)、X、Y、Z方向脈沖當(dāng)量: x= y= z=0.005mm/脈沖(2)、X、Y、Z方向的定位精度均為:0.01mm(3)、工作臺空載最快移動速度: xmax= ymax= zmax=3000mm/min(4)、工作臺負載最快移動速度: xmax= ymax= zmax=400mm/min(5)、工作臺空間尺寸:500mm500mm500mm(6)、工作臺工作空間尺寸:400mm400mm400mm(7)、空載啟動時間:t=25ms二、產(chǎn)品總功能的確定1、單坐標定位。2、三平面直線插補和圓弧插補。 本例中采用逐點比較法進行直線和圓弧的插補(1) 逐點比較法插補的基本原理逐點比較法插補的基本思路是:在從起點到終點的路程中,根據(jù)機械手當(dāng)前位置與給定軌跡的偏離情況,并為消除這個偏離,在其中一個坐標軸上走一小步,這樣一步步直到終點,每一步都是用給定軌跡對實際軌跡進行修正。每一步作為一個插補計算循環(huán)。插補循環(huán)一般由偏差判別、坐標進給、偏差函數(shù)計算和終點判別四個工作節(jié)拍組成。、偏差判別 首先要判斷機械手當(dāng)前點與其要求的運動軌跡的偏離情況。具體方法是根據(jù)要求的運動軌跡設(shè)計一個偏差函數(shù),該偏差函數(shù)是機械手坐標的函數(shù),其函數(shù)值反映偏離情況。、坐標進給 根據(jù)上面判斷的結(jié)果,發(fā)出一個進給指令脈沖,控制機械手沿相應(yīng)坐標軸產(chǎn)生一個脈沖當(dāng)量的位移。進給脈沖分配給哪一個坐標軸,正向還是負向,總的原則是用這個位移的結(jié)果糾正已有的偏離。、偏差函數(shù)計算 用新的機械手位置坐標重新計算偏差函數(shù)的值。、終點判別 判斷機械手點是否到達軌跡的終點,如到達軌跡終點則插補結(jié)束,否則重復(fù)開始下一個插補循環(huán)。(2)、逐點比較法直線插補(注:1.本例只介紹直線插補的方法,圓弧插補原理相似 2.本例插補平面以水平面為例)為插補計算方便,通常建立與工作臺坐標系平行的插補坐標系,插補坐標系與工作臺坐標系是簡單的平移變換關(guān)系。直線插補時,插補坐標原點選在直線起點上。在直線插補指令中,若終點坐標采用增量坐標給出,則與插補坐標系下坐標一致。下面討論機械手運動軌跡為XOY平面上第一象限直線的插補。如下圖所示,直線OA,起點O(0,0),終點A(Xe,Ye),坐標單位為脈沖當(dāng)量。、偏差函數(shù)將直線OA的方程 XY-XeYe=0改寫成 YXe-XYe=0設(shè)加工時機械手位置為P(Xi,Yi)點,取偏差函數(shù)為 Fi= YiXe-XiYe (2-1)則當(dāng)P點在直線上時,F(xiàn)i=0;當(dāng)P點在直線上方時,F(xiàn)i0;當(dāng)P點在直線下方時,F(xiàn)i0時,向+X方向分配一個進給脈沖,即向X軸正方向走一步(一個脈沖當(dāng)量的位移),簡記為+X;當(dāng)P點在直線下方,即Fi0時,向+Y方向分配一個進給脈沖,即向Y軸正方向走一步,簡記為+Y;當(dāng)P點在直線上,即Fi=0時,為使加工繼續(xù)進行,規(guī)定按P點在直線上方情況處理,即向X軸正方向走一步。、偏差函數(shù)的遞推計算由上述可知,若Fi0,向X軸正方向走一步,則P點新的位置坐標及偏差為 Xi+1=Xi+1Yi+1=yiFi+1= YiXe-Xi+1Ye= Fi-Ye (2-2)若FiS,絲杠安全,不會發(fā)生失穩(wěn)。 (5)、剛度校核 轉(zhuǎn)矩T=Fm Do2tan(+P),這里取tanP=0.0015,則P=840。 所以 T=1300 2010-32tan433+840=1.05Nm。 絲杠截面積 A=14d12=219.30mm=2.19310-4m 絲杠的極慣性矩: JC=32d14=320.016714=7.6510-9m4絲杠切變模量,鋼G=83.3Gpa則滾珠絲杠在工作負載和轉(zhuǎn)矩共同作用下每個導(dǎo)程的變形量l0為:l0= PFEA+PT2G JC= 4PFEd12+16PTG d12=( 4510-313003.1420610-90.016714+160,0051.053,1483.31090.016714)m=1.50510-8m=0.01505mm。 則絲杠在工作長度上的彈性變形引起的導(dǎo)程誤差為: L=l l0P=0.50.01505 0.005m=1.505m。 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差L小于其傳動精度的12,即: L Ts1,且Ts Ts, 步進電動機可不失步的正常啟動。開環(huán)工作臺機械傳動的框圖如下所示:指令驅(qū)動電動機減速器絲杠工作臺位置五、檢測與傳感裝置的計算與選型1、 速度的檢測與傳感裝置(1)、采用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器,組裝在電動機的尾部轉(zhuǎn)軸上,用來檢測電動機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器應(yīng)與步進電機的步矩角相匹配,所選電動機步距角=1.8,可知電機轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)時需要控制系統(tǒng)發(fā)出3601.8=200個脈沖??紤]到編碼器輸出的A、B相信號,可以送到四倍頻電路進行電子四細分,因此編碼器的分辨率可選50線,這樣控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖電機轉(zhuǎn)過一個步距角,編碼器對應(yīng)輸出一個脈沖信號。 本例選擇編碼器的型號為2k-A-60-05v0-10-H,盤狀空心型,孔徑10mm,電源電壓5v,每轉(zhuǎn)輸出50個A/B脈沖,信號為電壓輸出。 (2)增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用 適應(yīng)帶加減計數(shù)要求的可逆計數(shù)器,形成加計數(shù)脈沖和減計數(shù)脈沖(3)、增量式旋轉(zhuǎn)編碼器檢測系統(tǒng)的組成:增量式旋轉(zhuǎn)編碼器放大器整形電路四細分電路脈沖當(dāng)量變換電路計數(shù)器寄存器計算機辯向電路 、2.位移的檢測與傳感裝置(1)、本例中采用光柵式傳感器來測量線位移,使用四細分技術(shù)使檢測分辨率提高四倍。所選電機的步矩角為=1.8,所以電機轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)需檢測系統(tǒng)發(fā)出3601.8=200個脈沖。因此所選的光柵式傳感器應(yīng)與所選用的電機相匹配,即選用刻線密度為50線/mm的透射式長光柵傳感器。(2)透射式長光柵檢測裝置的結(jié)構(gòu)1- 防護墊 2-光柵讀數(shù)頭 3-標尺光柵 1-光源 2-準直鏡 3-指示光柵 4-光敏4-防護罩 元件 5-驅(qū)動線路 (3)透射式長光柵傳感器的工作原理莫爾條紋: 嚴格來說:橫向莫爾條紋排列的方向是兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋的特征:a) 莫爾條紋的變化規(guī)律:兩片兩光柵相對移過一個柵距,莫爾條紋移過一個條紋間距。由于光的衍射和干涉作用,莫爾條紋的變化規(guī)律近似正(余)弦函數(shù),變化周期數(shù)與兩光柵相對移過的柵距數(shù)同步。b) 放大作用:莫爾條紋寬度W和光柵柵距d,柵線夾角之間關(guān)系: 由圖可知 W=d sin 又很小可認為 sin 故 W=d/ (4)莫爾條紋的細分技術(shù)(5)、光柵式傳感器檢測系統(tǒng)的組成:光柵式傳感器放大器整形電路四細分電路脈沖當(dāng)量變換電路計數(shù)器寄存器計算機辯向電路六、控制與信息處理裝置的選擇1、 速度控制本例中采用晶體管脈寬調(diào)制PWM調(diào)速系統(tǒng)對電機轉(zhuǎn)速進行控制。(1) 對速度控制的要求1) 準??刂?) 分度控制3) 恒線速度控制(2)、晶體管脈寬調(diào)制PWM調(diào)速系統(tǒng) 1)直流脈寬調(diào)制 功率放大器中的大功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)下,開關(guān)頻率保持恒定,用調(diào)整開關(guān)周期內(nèi)晶體管導(dǎo)通時間(即改變基極調(diào)制脈沖寬度)的方法來改變輸出。從而使電機獲得脈寬受調(diào)制脈沖控制的電壓脈沖,由于頻率高及電感的作用則為波動很小的直流電壓(平均電壓)。脈寬的變化使電機電樞的直流電壓隨著變化。(2) 直流脈寬調(diào)制的基本原理(3) 脈寬調(diào)制器同向加法放大器電路圖:U S r 速度指令轉(zhuǎn)化過來的直流電壓U - 三角波USC- 脈寬調(diào)制器的輸出( U S r +U )調(diào)制波形圖:(4) 開關(guān)功率放大器主回路:可逆H型雙極式PWM開關(guān)功率放大器 電路圖: 由四個大功率晶體管(GTR)T 1 、T 2 、T 3,T4 及四個續(xù)流二極管組成的橋式電路。H型: 又分為雙極式、單極式和受限單極式三種。Ub1、 Ub2,Ub3,Ub4 為調(diào)制器輸出,經(jīng)脈沖分配、基極驅(qū)動轉(zhuǎn)換過來的脈沖電壓。分別加到T1 、T2、T3 、T4的基極(5) 工作原理 T1 和T4 同時導(dǎo)通和關(guān)斷,其基極驅(qū)動電壓Ub1= Ub4。T2和T3同時導(dǎo)通和關(guān)斷,基極驅(qū)動電壓Ub2= Ub3 = Ub1。以正脈沖較寬為例, 既正轉(zhuǎn)時。負載較重時: 電動狀態(tài):當(dāng)0t t1時, Ub1、Ub4為正, T1 和T4 導(dǎo)通;Ub2、Ub3 為負, T2和T3截止。電機端電壓UAB=US,電樞電流id= id1,由US T1 T4 地。 續(xù)流維持電動狀態(tài):在t1 t T時, Ub1、Ub4為負, T1 和T4截止; Ub2、Ub3 變正,但T2和T3并不能立即導(dǎo)通,因為在電樞電感儲能的作用下,電樞電流id= id2,由D2 D3續(xù)流,在D2、 D3 上的壓降使T2 、 T3的c-e極承受反壓不能導(dǎo)通。 UAB=-US。接著再變到電動狀態(tài)、續(xù)流維持電動狀態(tài)反復(fù)進行,如上面左圖。 負載較輕時: 反接制動狀態(tài),電流反向: 狀態(tài)中,在負載較輕時,則id小,續(xù)流電流很快衰減到零,即t =t2 時(見上面右圖),id=0。在t2 T 區(qū)段, T2 、T3 在US 和反電動勢E的共同作用下導(dǎo)通,電樞電流反向,id= id3 由US T3 T2 地。電機處于反接制動狀態(tài)。 電樞電感儲能維持電流反向:在T t3區(qū)段時,驅(qū)動脈沖極性改變, T2 、T3截止,因電樞電感維持電流, id= id4,由D4 D1。電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止: 由正、負驅(qū)動電壓脈沖寬窄而定。 當(dāng)正脈沖較寬時,既t1 T/2,平均電壓為正,電機正轉(zhuǎn); 當(dāng)正脈沖較窄時,既t1 T/2 ,平均電壓為負,電機反轉(zhuǎn); 如果正、負脈沖寬度相等,t1=T/2 ,平均電壓為零,電機停轉(zhuǎn)。電機速度的改變: 電樞上的平均電壓UAB越大,轉(zhuǎn)速越高。它是由驅(qū)動電壓脈沖寬度決定的。 (6) PWM調(diào)速系統(tǒng)的特點頻帶寬、頻率高:晶體管“結(jié)電容”小,開關(guān)頻率遠高于可控(50Hz),可達2-10KHz??焖傩院谩?電流脈動?。河捎赑WM調(diào)制頻率高,電機負載成感性對電流脈動有平滑作用,波形系數(shù)接近于1。 電源的功率因數(shù)高: SCR系統(tǒng)由于導(dǎo)通角的影響,使交流電源的波形畸變、高次諧波的干擾,降低了電源功率因數(shù)。 PWM系統(tǒng)的直流電源為不受控的整流輸出,功率因數(shù)高。動態(tài)硬度好:較正瞬態(tài)負載擾動能力強,頻帶寬,動態(tài)硬度高。 2、CPU的選擇 (1)、A789(52)單片機的原理圖 (2)、A789(52)單片機的作用 、作為系統(tǒng)的總控制器,發(fā)出指令脈沖。 、處理速度和位移傳感器的反饋信息,實現(xiàn)對系統(tǒng)的閉環(huán)控制。七、工作臺系統(tǒng)的功能框圖指令單片機驅(qū)動器直流步進電機減速器絲杠工作臺增量式旋轉(zhuǎn)編碼器位置光柵傳感器八、工作臺裝配圖的繪制九、部分源代碼 #include sbit pls1=P10; sbit dir1=P11; sbit en1=P12; sbit pls2=P13; sbit dir2=P14; sbit en2=P15; sbit pls3=P20; sbit dir3=P21; sbit en3=P22;#define N 1 void maichong(int Z,int x,int y); void delay(int z); void main() int z=400; en1=1; en2=1; en3=1; while(1) maichong(400,1,0); maichong(400,1,1); maichong(400,2,0); maichong(400,2,1); maichong(400,3,0); maichong(400,3,1); maichong(400,3,1); maichong(400,3,0); maichong(400,2,1); maichong(400,2,0); maichong(400,1,1); maichong(400,1,0); void maichong(int z,int x,int y) switch(x)case 1:dir1=y;while(z-)pls1=1;delay(N);pls1=0;delay(N); break;case 2:dir2=y;while(z-)pls2=0;delay(N);pls2=1;delay(N);break; case 3:dir3=y;while(z-)pls3=0;delay(N);pls3=1;delay(N);break; void delay(int z) int x,y; for(y=z;y0;y-)for(x=110;x0;x-)十、感悟與總結(jié) 我們這個工作臺機電系統(tǒng)的設(shè)計基于我們大學(xué)生創(chuàng)新與創(chuàng)意活動項目“一種基于推拉軟軸的空間柔性靈巧機械手機械手”。剛開始接觸完全不懂得怎么去設(shè)計電系統(tǒng),就連讓電機轉(zhuǎn)動我們都不會。后來我們就查找各種資料,向優(yōu)秀的學(xué)長老師請教,慢慢的就學(xué)會了把課本的知識和實際應(yīng)用結(jié)合起來。由于我們的進度問題,工作臺本是六自由度,現(xiàn)在只展示了三自由度平動的設(shè)計,另外三自由度轉(zhuǎn)動我們采用的電機是舵機,還在調(diào)試和研究中。盡管瀏覽全文,我們工作臺的機電一體化設(shè)計還存在很多缺點,比如光柵傳感器的選型問題和脈寬調(diào)制技術(shù)PWM的應(yīng)用程序等問題,但是我們會努力學(xué)習(xí),把所學(xué)知識和實踐緊密結(jié)合,爭取把六自由度的工作臺和機械手的控制完成。十一、參考文獻 微型計算機原理與應(yīng)用 楊有軍 MCS-51/98單片機原理及應(yīng)用 趙長德 機電一體化設(shè)計基礎(chǔ) 鄭堤 機電一體化產(chǎn)品設(shè)計 趙松年THANKS !致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議,策劃案計劃書,學(xué)習(xí)課件等等打造全網(wǎng)一站式需求歡迎您的下載,資料僅供參考-可編輯修改-- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預(yù)覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請點此認領(lǐng)!既往收益都歸您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
32 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標,表示該PPT已包含配套word講稿。雙擊word圖標可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國旗、國徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計者僅對作品中獨創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 機電 一體化 作業(yè)
鏈接地址:http://appdesigncorp.com/p-1582842.html