基于PLC的机械手设计 下载本文

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Pa-----为加速功率,KW; Nl-----为负载轴回转速度,r/min;

NM-----为电机轴回转速度,r/min;

Vl-----为负载的速度,m/min;

?-----为减速机效率;

?-----为摩擦系数;

,N?m; Tl-----为负载转矩(负载轴)

Tp-----为电机启动最大转矩,N?m;

TL-----为负载转矩(折算到电机轴上),N?m;

GDl2-----为负载的GD2,N?m2;

2GDL-----为负载GD2(折算到电机轴上),N?m2; 2GDM-----为电机的GD2,N?m2;

具体到本设计,因为步进电机是驱动腰部的回转,传递运动形式属于第二种。下面进行具体的计算。

因为腰部回转运动只存在摩擦力矩,在回转圆周方向上不存在其他的转矩,则在回转轴上有;

Tl?Ff?R?G?f?R (3-30)

式中,f-----为滚动轴承摩擦系数,取0.005;

G-----为机械手本身与负载的重量之和,取100KG;

R-----为回转轴上传动大齿轮分度圆半径,R=240mm;

带入数据,计算得 Tl=0.12N?m;

同时,腰部回转速度定为Nl=5r/min;传动比定为1/120; 且,GDl?mgD2 带入数据得: GDl=10.45667N?m2。

将其带入上(3-24)~(3-30)式,得:

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P0?1.3227W; Pa?0.0068W;

启动时间 ta?0.002962s?3ms; 制动时间 td?3ms;

折算到电机轴上的负载转矩为:TL?0.0010523N?m。 3.2.2电机型号的选择

根据以上结果,综合考虑各种因素,选择国产北京和利时电机技术有限公司(原北京四通电机公司)的步进电机,具体型号为:110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或 110BYG550B-BAKRMT-0301,该步进电机高转矩,低振动,综合性能很好。下图为110BYG550B-SAKRMA-0301型步进电机矩频特性曲线和相关技术参数。驱动方式:升频升压; 步距角:0.36°;其中步距角0.36,同时因为腰部齿轮传动比为1:120,步进电机经过减速后传递到回转轴,回转轴实际的步距角将为电机实际步距角的1/120(理论上),虽然实际上存在着间隙和齿轮传动非线性误差,实际回转轴的最小步距角也仍然是很小的,故其精度是相当高的,完全能满足机械手上下料的定位精度要求。

图3-2 所选电机相关参数

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图3-3 110BYG550B-SAKRMA-0301步进电机的矩频特性曲线

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4 控制系统的设计

4.1可编程控制器PLC

4.1.1 PLC简介

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)取代传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。 4.1.2 PLC内部结构

PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机,其硬件结构和微机是基本一 的。如图4.1所示, PLC硬件的基本结构图所示:

编程器 输入电路中央处理单元 输出电路 (CPU) 系统程序存储区 用户程序存储区 电源 图4.1 PLC硬件的基本结构图

4.1.3 PLC工作原理

可编程序控制器有两种基本的工作状态,即运行(RUN)状态与停止(STOP)