機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、.PAGE . . . . . . .專業(yè) . .機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書朱艷彩 戴士杰 慨工業(yè)大學(xué)機(jī)電傳動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)室2008年9月目錄實(shí)驗(yàn)一：伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn).2實(shí)驗(yàn)二：機(jī)械手綜合實(shí)驗(yàn).8實(shí)驗(yàn)一 伺服電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜馔ㄓ媒涣魉欧糯笃鱉R-J2S系列是在MR-J2系列的根底上開發(fā)的具有更高性能和更高功能的伺服系統(tǒng)，其控制模式有位置控制，速度控制和轉(zhuǎn)矩控制以及它們之間的切換控制方式可供選者。該伺服放大器應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，不但可以用于工作機(jī)械和一般工業(yè)機(jī)械等需要高精度位置控制和平穩(wěn)速度控制的應(yīng)用，也可用于速度控制和力控制的領(lǐng)域。該產(chǎn)品還有RS-232和RS-422串行通訊功能，通過(guò)

2、安裝有伺服設(shè)置軟件的個(gè)人計(jì)算機(jī)就能進(jìn)展參數(shù)設(shè)定，試運(yùn)行，狀態(tài)顯示和增益調(diào)整等操作。 與MR-J2S系列配套的伺服電機(jī)編碼器采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)的絕對(duì)位置編碼器，所以比MR-J2系列具有進(jìn)展更高精度控制的能力，采用高性能的CPU，大大提高產(chǎn)品的響應(yīng)性，速度環(huán)路頻率響應(yīng)提高到550HZ。 多種系列伺服馬達(dá)適應(yīng)不同控制需求，馬達(dá)上的編碼器均支持ABS模式，只要在伺服放大器上另加電池，就能構(gòu)成絕對(duì)位置系統(tǒng)。 使用更為方便，具有優(yōu)異的自動(dòng)調(diào)諧性能，機(jī)械分析功能，可以輕松實(shí)現(xiàn)抑制機(jī)械振動(dòng)，增益搜索功能，可以自動(dòng)找出最正確增益值。二、實(shí)驗(yàn)容一、試運(yùn)行電源接通后，按照以下步驟選擇點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行或無(wú)電機(jī)

3、模式運(yùn)行。使用“MODE按鈕切換到診斷畫面。1、點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行= 1 * GB3、連接EMG-SG、VDD-，按UP/DOWN按鈕可使伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)。松開按鈕，伺服電機(jī)便停頓。通過(guò)伺服設(shè)置軟件可改變運(yùn)行的條件。運(yùn)行的初始條件和設(shè)定圍如下表所示。工程初始設(shè)定值設(shè)定圍速度r/min2000-瞬時(shí)允許速度加減速時(shí)間常數(shù)10000-50000按鈕的說(shuō)明如下：按 鈕 容“UP按下時(shí)，以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。釋放時(shí)，伺服電機(jī)將停頓。“DOWN按下時(shí)，以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。釋放時(shí)，伺服電機(jī)將停頓。= 2 * GB3、在可以運(yùn)行點(diǎn)動(dòng)的狀態(tài)下，按下MODE，則將顯示“狀態(tài)顯示畫面，在這個(gè)畫面上，用UP、DOWN進(jìn)展點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。每按

4、1次MODE按鈕，就會(huì)移到下一個(gè)狀態(tài)顯示畫面。移到1周后又回到點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。= 3 * GB3、通過(guò)斷開電源、按下“MODE切換到另外畫面或按“SET2秒以上來(lái)完畢點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。2、定位運(yùn)行= 1 * GB3、連接EMG-SG、VDD-，按下伺服設(shè)置軟件上的“正轉(zhuǎn)/“反轉(zhuǎn)按鈕，伺服電機(jī)便會(huì)旋轉(zhuǎn)，并在移動(dòng)設(shè)定的移動(dòng)量后停頓。運(yùn)行條件可通過(guò)伺服設(shè)置軟件改變。運(yùn)行的初始條件和設(shè)定圍說(shuō)明如下工程初始設(shè)定值設(shè)定圍移動(dòng)量脈沖1000009999999速度r/min2000瞬時(shí)允許速度加減速時(shí)間常數(shù)1000050000按鈕的說(shuō)明如下：按 鈕 容正 轉(zhuǎn)按下“正轉(zhuǎn)時(shí)，以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)進(jìn)展定位。反 轉(zhuǎn)按下“反轉(zhuǎn)時(shí)，以

5、順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)進(jìn)展定位。暫 停運(yùn)行時(shí)，按下“暫停機(jī)器將暫停運(yùn)行，再按一次，殘留的距離將會(huì)消去。重新運(yùn)行時(shí)，所按的按鈕與開場(chǎng)運(yùn)行時(shí)的所用的一樣。3、速度控制模式= 1 * GB3、接線如下：在1A中，連接SP1-SG速度選擇1；在1B中，連接SON-SG伺服開啟、LSP-SG正轉(zhuǎn)行程末端、LSN-SG反轉(zhuǎn)行程末端、EMG-SG緊急停頓、VDD-電源。= 2 * GB3、參數(shù)設(shè)定參數(shù)名 稱設(shè)定值 容No.0*STY控制模式選擇0002速度控制模式No.8*SC1部速度指令11000設(shè)為1000r/minNo.9*SC2部速度指令21500設(shè)為1500r/minNo.10*SC3部速度指令32000

6、設(shè)為2000r/minNo.11加速度時(shí)間常數(shù)1000設(shè)為1000msNo.12減速度時(shí)間常數(shù)500設(shè)為500ms各參數(shù)設(shè)定后，需將電源斷開，再重新接通電源，參數(shù)才能生效。= 3 * GB3、伺服運(yùn)行接通主電源和控制電源，將伺服開啟信號(hào)置為ONSON-SG之間接通。通過(guò)速度選擇1SP1/速度選擇2SP2選擇伺服電機(jī)的速度，如果正轉(zhuǎn)開場(chǎng)ST1設(shè)置為ON，伺服電機(jī)就正轉(zhuǎn)；如果反轉(zhuǎn)開場(chǎng)ST2設(shè)置為ON，伺服電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。開場(chǎng)時(shí)應(yīng)用低速旋轉(zhuǎn)以確定旋轉(zhuǎn)方向。如果旋轉(zhuǎn)方向不對(duì)，請(qǐng)檢查輸入的信號(hào)。通過(guò)顯示器檢查伺服電機(jī)的速度，負(fù)載率等參數(shù)。= 4 * GB3、停頓如果處于以下狀態(tài)，伺服放大器將中斷運(yùn)行，停頓

7、伺服電機(jī)。= 1 * alphabetica伺服開啟信號(hào)SONOFFb報(bào)警發(fā)生c緊急停頓EMGOFFd行程末端LSP，LSNOFFe正轉(zhuǎn)開場(chǎng)信號(hào)ST1/反轉(zhuǎn)開場(chǎng)信號(hào)ST2同時(shí)設(shè)為ON或OFF二、實(shí)例操作在速度控制模式下，連接線路，編寫程序，實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)以下的動(dòng)作：正轉(zhuǎn)開場(chǎng)-加速-反轉(zhuǎn)開場(chǎng)-加速。PLC和伺服系統(tǒng)接線方式如下：在1A中，和PLC接線如下：Y1-SP1、2-SG、4-SG、5-SG。在1B中，和PLC的接線如下：1-SG、Y2-SP2、Y4-ST1、Y5-ST2。另外，在1B中，連接SON-SG、EMG-SG、LSP-SG、LSN-SG、VDD-。編寫PLC程序如下：三、思考題1、

8、簡(jiǎn)述伺服電動(dòng)機(jī)的種類、特點(diǎn)及應(yīng)用。2、交流伺服系統(tǒng)有哪幾種控制模式，在不同模式下，系統(tǒng)參數(shù)對(duì)典型環(huán)節(jié)動(dòng)特性的影響？實(shí)驗(yàn)二 機(jī)械手綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑搶?shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生掌握PLC編程及系統(tǒng)調(diào)試、掌握直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的使用及速度位置控制、差補(bǔ)控制、傳感器的使用及調(diào)整，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)可讓學(xué)生掌握位置控制技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建控制系統(tǒng)的能力。二、主要設(shè)備儀器配置及簡(jiǎn)介99D機(jī)械手模型。99D機(jī)械手模型采用臺(tái)式構(gòu)造，配有帶位控功能的PLC主機(jī)、滾珠絲桿、滑軌、氣動(dòng)元件、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器、光電編碼器等。該系統(tǒng)由機(jī)械手本體、PLC控制單元、電源單元、接口單元等組成，通過(guò)該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手五維控制，

9、完成料塊的碼放、移動(dòng)等。機(jī)械手本體按功能分為二軸平移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)底盤、旋轉(zhuǎn)手臂機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)夾手、支架、限位開關(guān)等部件組成。按活動(dòng)關(guān)節(jié)分為S軸、L軸、U軸、T軸、B軸等機(jī)構(gòu)，其中S軸為旋轉(zhuǎn)底盤機(jī)構(gòu)、L軸為豎直機(jī)構(gòu)、U軸為水平機(jī)構(gòu)、T軸為旋轉(zhuǎn)手臂機(jī)構(gòu)、B軸為氣動(dòng)夾手機(jī)構(gòu)。三、實(shí)驗(yàn)容機(jī)械手工作過(guò)程如下：通電后，機(jī)械手先行復(fù)位。然后，機(jī)械手臂前伸，手開場(chǎng)旋轉(zhuǎn)至所需位置；機(jī)械手臂下降；機(jī)械手臂上升；機(jī)械手臂收回，底盤旋轉(zhuǎn)，底盤旋轉(zhuǎn)至指定位置后；機(jī)械手臂前伸；機(jī)械手臂下降；機(jī)械手臂上升，手復(fù)位。至此，一個(gè)工作周期完畢。根據(jù)動(dòng)作順序，系統(tǒng)的工作流程如圖1所示：否否否是是是是否動(dòng)器否否否是是否否是是是通電，傳入程

10、序橫、豎軸復(fù)位？橫軸前伸抓手、底盤復(fù)位？到達(dá)指定位置？抓手*開，豎軸下降下降到指定位置？抓手夾緊是否夾緊？豎軸上升抓手夾緊上升到指定位置？橫軸收回底盤旋轉(zhuǎn)是否轉(zhuǎn)動(dòng)？橫軸前伸抓手旋轉(zhuǎn)是否轉(zhuǎn)動(dòng)？豎軸下降否到達(dá)指定位置？到達(dá)指定位置？抓手*開，豎軸上升到達(dá)指定位置？手復(fù)位運(yùn)行完畢圖1.系統(tǒng)的工作流程圖系統(tǒng)的初始復(fù)位包括硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。其中硬件復(fù)位是指機(jī)械手臂處于左限位狀態(tài)和上限位狀態(tài)，底盤處于回位狀態(tài)；軟件復(fù)位是指系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置恢復(fù)到初始狀態(tài)。當(dāng)初始化完成后，橫軸前伸，手開場(chǎng)旋轉(zhuǎn)至所需位置，橫軸下降至物品處，豎軸上升。橫軸收回，底盤旋轉(zhuǎn)；橫軸前伸，手旋轉(zhuǎn)；豎軸下降；豎軸上升，手復(fù)位。至此，整個(gè)機(jī)

11、械手動(dòng)作全部完畢。系統(tǒng)的I/O分配表1. 系統(tǒng)的I/O分配表輸入接口輸出接口PLC端單元板端口注釋PLC端單元板端口注釋*4SQ3旋轉(zhuǎn)碼脈沖輸出y0U軸CP水平軸脈沖信號(hào)*0SQ6L軸原點(diǎn)Y1L軸CP垂直軸脈沖信號(hào)*1SQ4U軸限位Y2U軸DIR水平軸方向信號(hào)*2SQ7L軸限位Y3L軸DIR垂直軸方向信號(hào)*3SQ5U軸原點(diǎn)Y10T軸F手臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)*10SQ9T軸原點(diǎn)手臂Y11T軸R手臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)*11SQ8T軸限位手臂Y4S軸F底盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)*12SQ2S軸原點(diǎn)底盤Y5S軸R底盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)*13SQ1S軸限位底盤Y6B軸YV-氣動(dòng)夾手系統(tǒng)的接線圖系統(tǒng)的接線圖如圖2所示。PLC微動(dòng)開關(guān)微動(dòng)開關(guān)微動(dòng)開關(guān)微動(dòng)開關(guān)S軸手臂電機(jī)T軸底盤電機(jī)垂直軸方向 水平軸方向L軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器U軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接近開關(guān)接近開關(guān)接近開關(guān)接近開關(guān)光電傳感器旋轉(zhuǎn)碼盤S軸限位DC+DCS軸原點(diǎn)DC+DCT軸限位DC+DCT軸原點(diǎn)U軸限位U軸原點(diǎn)L軸限位L軸原點(diǎn)*0 Y0*2 Y1*1 Y2 *3 Y3*4*10*11 Y10 Y11*12 Y4Y5*13