二自由度机械臂驱动控制系统设计.docx

目录
绪论
设计目的与意义……………………………………………………1
工业机器人机械臂的概述…………………………………………1
系统描述……………………………………………………………1
第二章步进电机驱动器设计
步进电机概述………………………………………………………2
步进电机的转动控制………………………………………………2
基于控制电路的控制……………………………………………2
基于单片机的控制………………………………………………6
方案选择…………………………………………………………11
第三章 PLC控制系统设计
任务描述…………………………………………………………11
控制任务和要求…………………………………………………11
PLC的选型…………………………………………………………12
I/O地址编号和接线图……………………………………………12
PLC控制系统程序设计……………………………………………12
结论……………………………………………………………………13
附录一 PLC源程序……………………………………………………14
附录二步进电机C语言源程序………………………………………19
附录三电镀生产线的自动工作状态流程……………………………21
附录四 I/O接线图……………………………………………………22
绪论
设计目的与意义
随着工业化生产的不断细分,新工艺新材料的不断涌现,在实际产品中得到应用的设计效果也日新月异,电镀是我们在设计中经常要涉及到的一种工艺,而电镀效果是我们使用时间较长,工艺也较为成熟的一种效果,对于这种工艺的应用在产品上已经非常多。电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。如何更好地实现电镀工艺的自动化,是目前很多研究者在研究的问题。本次设计采用了自动控制与点动控制相结合的方式,满足了电镀过程的需求,对实现电镀过程的自动化做了一次意义的尝试。同时,通过本次设计,进一步提升了自己在PLC编程方面的能力,加深了对PLC的认识以及对步进电机的驱动和工作方式有了更深的体会。

工业机器人作为最典型的机电控制系统实例之一,几乎具有机电一体化系统的所有特点。既具有操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置,又具有速度快、精度高、柔性好的特点。
工业机器人系统由三大部分六个子系统组成。三大部分是:机械部分、传感部分、控制部分。六个子系统是:驱动系统、机械结构系统、感受系统、机器人—环境交互系统、人机交互系统、控制系统。
机械臂作为工业机器人的一种形式,是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。机械臂可以完成许多工作,如搬物、装配、切割、喷染等等,应用非常广泛。近年来,为实现工业过程自动化,已有不少操作机械臂广泛应用于工厂的各个生产过程,尤其是那些人力所限和人所不及的外部环境或危险场所,将是机械臂进一步发展的应用领域。

自动化电镀生产线上的机械臂为二自由度机械臂,由两个步进电机控制。其中一个步进电机控制吊钩的上下运动;另一个步进电机控制行车的左行与右行。:

电镀工艺机械臂模型
该机械臂由罗克韦尔公司的Micrologix 1000控制,控制的流程主要有电镀槽、镀液回收槽、清洗槽三大部分组成,并设置了原位指示灯、点动指示灯和自动指示灯,具体情况见第三章,此处指给出系统整体结构图:
系统整体结构图
步进电机驱动器设计
步进电机概述
步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是:它是通过输入脉冲信号来进行控制的,即电机的总转动角度由输入脉冲数决定,而电机的转速由脉冲信号频率决定。
该设计采用电机为四相步进电机,采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机转动。当某一相绕组通电时,对应的磁极产生磁场,并与转子形成磁路,这时,如果定子和转子的小齿没有对齐,在磁场的作用下,由于磁通具有力图走磁阻小路径的特点,则转子将转动一定的角度,使转子与定子的齿相互对齐,由此可见,错齿是促使电机旋转的原因。
目前,对步进电机的控制主要有分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计利用单片机进行控制,主要是利用软件进行环形脉
冲分配。四相步进电机的工作方式为四相单四拍,双