三自由度全电动机械手控制实训指导书文档格式.docx
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当成品到达四工位转盘模块D工位时,三自由度全电动机械手通过程序设定各轴的脉冲数配合将其抓取,移至三维可调栈板设定的位置。
三维空间定位,可升级作为空间任意位置定位作业的机器人模型。
3、相关元件的工作原理
(1)夹指气缸
气动手爪这种执行元件是一种变型气缸。
它可以用来抓取物体,实现机械手各种动作。
在自动化系统中,气动手爪常应用在搬运、传送工件机构中抓取、拾放物体(图1-34示)。
图1-37平行手指剖面结构与实物图
(2)伺服电机
①定义:
伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。
伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。
伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。
图1-38伺服电动机实物图
②原理:
a.伺服系统(servomechanism)是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。
伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。
直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。
因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。
控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。
电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。
b.交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。
大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。
因而适合做低速平稳运行的应用。
c.伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。
(3)对射式光电开关
工作原理:
光电开关(光电传感器)是光电接近开关的简称,它是利用被检测物对光束的遮挡或反射,由同步回路选通电路,从而检测物体有无的.物体不限于金属,所有能反射光线的物体均可被检测.光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出,接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测.工作原理如图1-39(b)所示,多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型.图1-39(a)是以欧姆龙公司的部分光电开关外型图.槽式光电开关:
它通常采用标准的U字型结构,其发射器和接收器分别位于U型槽的两边,并形成一光轴,当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时,光电开关就产生了开关量信号.槽式光电开关比较适合检测高速运动的物体,并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。
图1-39U型对射传感器
★使用注意事项
①红外线传感器属漫反射型的产品,所采用的标准检测体为平面的白色画纸。
②红外线光电开关在环境照度高的情况下都能稳定工作,但原则上应回避将传感器正对太阳光等强光源。
③对射式光电开关最小可检测宽度为该种光电开关透镜宽度的80%.
④当使用感性负载(如灯、电动机等)时,其瞬态冲击电流较大,可能劣化或损坏交流二线的光电开关,在这种情况下,请将负载经过交流继电器来转换使用。
⑤红外线光电开关的透镜可用擦镜纸擦拭,禁用稀释溶剂等化学品,以免永久损坏塑料镜。
⑥针对用户的现场实际要求,在一些较为恶劣的条件下,如灰尘较多的场合,所生产的光电开关在灵敏度的选择上增加了50%,以适应在长期使用中延长光电开关维护周期的要求。
4、三维可调栈板模块
图1-41三维可调栈板模块
3×
3栈位数,组合式机构,X330mm、Y210mm、Z106mm三维度可调,通过变动栈板的不同位置,进行空间定位功能的训练。
二、PLC控制接线图
1、2#PLC(S7-200)控制接线图
图12#PLC(S7-200)接线图
2、定位模块EM253接线图
图2定位模块EM253接线图
3、伺服与步进驱动器接线图
图1-58Y轴伺服驱动器接线图图1-59步进驱动器接线图
实训一MAP函数库与伺服电机的应用实训
1.实验目的
(1)练习MAP函数库的应用
(2)掌握MAP函数库的设置方法
2.实验的组成及功能
(1)S7-200PLC一台
(2)装有STEP7-Micro/WIN32编程软件PC机一台
(3)USB-PPI通信电缆一条
3.实验功能要求
伺服系统是现在定位控制中使用非常广泛的一个系统,和步进系统比较具有控制精度高,转速快,带负载能力强等特点,当然价钱也比步进系统要贵的多。
伺服系统在定位控制中应包含三个方面的设备,一是伺服电机,二是伺服驱动器,三是控制的上位机,控制的上位机可以是PLC,单片机,还可以是专用的定位控制单元或模块,如EM253定位模块等。
在我们这个实习中,采用PLC作为控制器,重点是学习伺服驱动器的用法,如系统的接线、参数设置、程序调试等。
以PLC作为上位机进行控制。
控制要求如图4-1所示,按下启动按钮,电机旋转,拖动工作台从A点开始向右行驶80mm,停2秒,然后再向右行驶30mm至B点,再停3秒,最后向左行驶返回A点,停4秒,如此循环运行,按下停止按钮,工作台行驶一周后返回A点。
画出控制原理图,设置运行参数,写出控制程序并进行调试。
要求工作台移动的速度要达到10mm/s。
丝杆的螺距为10mm;
脉冲当量为0.01m。
4.内容及指导
(1)画出控制系统的原理图并接线
(2)系统控制回路
(3)程序的设计
根据控制要求,工作台从A点移到B点的距离为80mm。
电机转8周,因此PLC要发出8000脉冲;
从B移到C的距离为30mm。
电机转3周,因此PLC要发出3000脉冲;
从C移到A的距离为110mm。
电机转11周,因此PLC要发出11000脉冲。
工作台移动的速度要达到10mm/s,则产生脉冲的频率为10000Hz。
M0.1为启动信号,M0.0为停止信号,脉冲从Q0.0输出,Q0.2为控制方向。
5.I/O分配表
输入
输出
M0.0
自动模式
Q0.0
脉冲输出
M0.1
启动
Q0.2
方向
M0.2
停止
M0.3
复位模式
M0.4
复位
I0.0
丝杠原点
I0.1
丝杠前限位
I0.2
丝杠后限位
6.控制程序
主程序:
初始化子程序:
原点回归子程序:
自动运行子程序:
实训二三轴机械手模块实训项目
(1)熟悉三轴机械手模块的编程
(2)熟悉三轴机械手模块的编程调试
(1)可编程序控制系统设计师二级设备一台
(2)带STEP7-Micro/WIN32编程软件PC一台
(3)USB-PPI通讯电缆一条
具体的控制要求为:
1设备上电后,系统处于待机状态。
2系统处于待机状态下,允许通过人机界面进行操作模式的切换,可选择的操作模式有:
自动操作模式,手动操作模式,原点操作模式。
3手动操作模式下,允许对X、Y、Z轴进行点动调试。
◆按下左移按钮,X轴向左移动,按下右移按钮,X轴向右移动。
◆按下前进按钮,Y轴向前移动,按下后退按钮,Y轴向后移动。
◆按下上升按钮,Z轴向上移动,按下下降按钮,Y轴向下移动。
◆各轴移动到达限位开关位置,该轴自动停止运行。
4原点操作模式下,允许对三轴进行复位操作,按下复位按钮后,Z轴先回到参考点,其后X轴及Y轴同时寻找参考点。
5自动操作模式下,按下启动按钮且X轴、Y轴、Z轴处于参考点位置,系统进入自动运行状态,执行如下动作:
a)三轴机械手X轴及Y轴到达转盘D工位上方。
b)三轴机械手Z轴下降至D工位。
c)三轴机械手夹紧瓶子。
d)三轴机械手Z轴上升至安全位置。
e)三轴机械手X轴及Y轴到达堆垛9号工位上方。
f)三轴机械手Z轴下降至9工位。
g)三轴机械手松开瓶子。
h)三轴机械手Z轴上升至原点。
i)返回a。
6自动运行状态下,按下停止按钮,三轴机械手搬运完当前瓶子后返回三轴返回原点位置待机。
注:
◆人机界面需包含三种操作模式选择以及模式指示灯。
◆不同操作模式之间需进行互锁。
◆当处于自动操作下,方允许进行启动及停止操作。
◆当处于手动操作下,方允许进行点动操作。
◆当处于原点操作下,方允许进行复位操作。
◆系统自动运行过程中,不允许切换操作模式。
◆人机界面可实时监控三轴机械手当前三轴坐标。
◆当系统处于待机状态下时,可通过人机界面对转盘D工位及堆垛9号工位三轴坐标的修改。
(1)实验程序
a)三轴CTRL:
b)三轴回原点
c)三轴手动
d)三轴自动
e)主程序