通用機(jī)械手教學(xué)實(shí)物模型實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).doc

機(jī)械手實(shí)物教學(xué)模型一、概述 機(jī)械手實(shí)物教學(xué)模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸、氣夾等機(jī)械部件組成；電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、傳感器、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成；可編程控制器可采用目前市面上比較流行的各類(lèi)PLC，如西門(mén)子、三菱或歐姆龍等。該模型是涵蓋了PLC技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合成一體的教學(xué)儀器。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握PLC控制的基本原理、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)、直流電機(jī)、傳感器等器件的原理及使用。2.掌握位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)。3.掌握機(jī)械傳動(dòng)原理及應(yīng)用。4.理解PLC的脈沖輸出控制。5.了解工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)。三、技術(shù)性能1輸入電源：?jiǎn)蜗嗳€220V10% 50Hz 2工作環(huán)境：溫度-10+40 相對(duì)濕度85%(25) 海拔4000m3絕緣電阻：大于3M4外形尺寸：8050120cm3四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1.機(jī)械手模型 一臺(tái)2.計(jì)算機(jī)（用戶(hù)自備） 一臺(tái)3.導(dǎo)線 若干4.氣泵(用戶(hù)自備) 一臺(tái)5.晶體管輸出型可編程控制器(帶編程電纜)（用戶(hù)自備） 一套注：輸入/輸出端各不少于9個(gè)點(diǎn)五、實(shí)驗(yàn)原理 1步進(jìn)電機(jī) 采用二相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)，主要特點(diǎn)：體積小，具有較高的起動(dòng)和運(yùn)行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點(diǎn)。本模型中采用串聯(lián)型接法，其電氣圖如下圖所示： 2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主要有電源輸入部分、信號(hào)輸入部分、輸出部分等。驅(qū)動(dòng)器參數(shù)如下列圖表所示：（1）電氣規(guī)格說(shuō)明最小值典型值最大值單位供電電壓182440V均值輸出電流0.2111.50A邏輯輸入電流61530mA步進(jìn)脈沖響應(yīng)頻率100kHz脈沖低電平時(shí)間51s（2）電流設(shè)定電流值SW1SW2SW3 0.21AOFFONON0.42AONOFFON0.63AOFFOFFON0.84AONONOFF1.05A0FFONOFF1.26AONOFFOFF1.50AOFFOFFOFF（3）細(xì)分設(shè)定細(xì)分倍數(shù)步數(shù)/圈（1.8整步）SW4SW5SW61200ONONON2400OFFONON4800ONOFFON81600OFFOFFON163200ONONOFF326400OFFONOFF6412800OFFONOFF由外部確定動(dòng)態(tài)改細(xì)分/禁止工作OFFOFFOFF（4）接線信號(hào)描述信 號(hào)功 能PUL脈沖信號(hào)：上升沿有效，每當(dāng)脈沖由低變高時(shí)電機(jī)走一步DIR方向信號(hào)：用于改變電機(jī)轉(zhuǎn)向，TTL平驅(qū)動(dòng)OPTO光耦驅(qū)動(dòng)電源ENA使能信號(hào)：禁止或允許驅(qū)動(dòng)器工作，低電平禁止GND直流電源地+V直流電源正極，典型值+24VA+電機(jī)A相A-電機(jī)A相B+電機(jī)B相B-電機(jī)B相（5）PLC控制器與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接的工作原理如圖所示：驅(qū)動(dòng)器電源由面板上電源模塊提供，注意正負(fù)極性，驅(qū)動(dòng)器信號(hào)端采用+24V供電，需加1.5K限流電阻（見(jiàn)圖中1.5K電阻）。驅(qū)動(dòng)器輸入端為低電平有效，在使用不同廠家的PLC產(chǎn)品配套此模型使用時(shí)，要選擇相應(yīng)的輸出方式，或者加入合適的電平轉(zhuǎn)換板進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。3傳感器：(1)接近開(kāi)關(guān)：接近開(kāi)關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電源的負(fù)極、黑色為輸出信號(hào)，當(dāng)與檔塊接近時(shí)輸出電平為低電平，否則為高電平。與PLC之間的接線圖如下，當(dāng)傳感器動(dòng)作時(shí)，輸出端對(duì)地接通。PLC內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路，PLC信號(hào)輸入有效。 (2)行程開(kāi)關(guān)：當(dāng)檔塊碰到開(kāi)關(guān)時(shí)，常開(kāi)點(diǎn)閉合。4. PLC：本裝置需采用晶體管輸出型可編程控制器，可同時(shí)輸出兩路脈沖到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。具體如何輸出脈沖和如何接線請(qǐng)參考具體型號(hào)的PLC手冊(cè)。5.旋轉(zhuǎn)碼盤(pán)：本裝置中機(jī)械手每旋轉(zhuǎn)3編碼盤(pán)發(fā)出一個(gè)脈沖。6.直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元：本裝置中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊是有兩個(gè)繼電器的吸合與斷開(kāi)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的。六、控制要求1.開(kāi)機(jī)復(fù)位 2.橫軸前升 3.手旋轉(zhuǎn)到位 4.電磁閥動(dòng)作，手張開(kāi) 5.豎軸下降 6.電磁閥動(dòng)作，手夾緊 7.豎軸上升 8.橫軸縮回 9.底盤(pán)旋轉(zhuǎn)到位 10.橫軸前伸 11.手旋轉(zhuǎn) 12.豎軸下降 13.電磁閥動(dòng)作，手張開(kāi) 14.豎軸上升 15.復(fù)位氣夾在電磁閥未通電動(dòng)作時(shí)為夾緊狀態(tài)，通電后變?yōu)閺堥_(kāi)狀態(tài)。在上述步驟中，4-5和13-15之間為電磁閥通電狀態(tài)。七、實(shí)驗(yàn)步驟1按下面要求接線根據(jù)程序中對(duì)應(yīng)的輸入輸出點(diǎn)分別接到模型中的各個(gè)接線端中，模型正常使用所用的輸入輸出端如下表所示：（1）主機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置表主機(jī)類(lèi)型9入9出（晶體管）西門(mén)子CPU224(DC/DC/DC)(14入/10出)歐姆龍F(tuán)X1N-24MT-D14入/10出三菱CPM2A-30CDT-D18入/12出 （2）主機(jī)輸入輸出配置表類(lèi)型端子功能西門(mén)子歐姆龍三菱輸入氣夾正轉(zhuǎn)限位I0.00000X0氣夾反轉(zhuǎn)限位I0.10001X1基座正轉(zhuǎn)限位I0.20002X2基座反轉(zhuǎn)限位I0.30003X3基座旋轉(zhuǎn)脈沖I0.40004X4X軸前限位I0.50005X5X軸后限位I0.60006X6Y軸上限位I0.70007X7Y軸下限位I1.00008X10輸出驅(qū)動(dòng)器一PULQ0.01000Y0驅(qū)動(dòng)器二PUL Q0.11001Y1驅(qū)動(dòng)器一DIRQ0.21002Y2驅(qū)動(dòng)器二DIR Q0.31003Y3氣夾正轉(zhuǎn)MLQ0.41004Y4氣夾反轉(zhuǎn)MRQ0.51005Y5基座正轉(zhuǎn)MLQ0.61006Y6基座反轉(zhuǎn)MRQ0.71007Y7氣夾電磁閥YV+Q1.01014Y102.面板接線 1）兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電源由24V電源提供，將步進(jìn)電機(jī)的OPTO端與本驅(qū)動(dòng)器的+24V相連。 2）兩個(gè)直流電機(jī)的電源由24V電源提供，MC接本模塊的VCC。MR和ML端接PLC或電平轉(zhuǎn)換板的輸出端。3）限位信號(hào)模塊電源由24V電源提供，本模塊的V-接模塊電源的地。 4）電磁閥的YV與電源模塊的VCC。YV-端接到PLC或電平轉(zhuǎn)換板的輸出端。 5）主機(jī)接線方法請(qǐng)參照輸入輸出分配表和CPU使用手冊(cè)。用下載線將計(jì)算機(jī)的COM口與PLC主機(jī)的串口相連，打開(kāi)PLC電源。運(yùn)行編程軟件，打開(kāi)實(shí)驗(yàn)程序，設(shè)置好通信參數(shù)后下載程序到PLC中。注：如果遇到PLC連接不上的情況，請(qǐng)打開(kāi)編程軟件中有關(guān)通信端口的設(shè)置項(xiàng)目，然后重新下載。八、梯形圖參考程序（見(jiàn)光盤(pán)）注意：步進(jìn)電機(jī)固有的特性使的它運(yùn)行在某個(gè)頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振，在編寫(xiě)脈沖輸出時(shí)，設(shè)定的頻率值除細(xì)分?jǐn)?shù)后避免在200-250之間。本模型所用輸入輸出均為低電平有效，在連接到PLC時(shí)要注意連接方式。配有主機(jī)的模型已經(jīng)加裝好電平轉(zhuǎn)換板，可直接使用。不帶主機(jī)的模型將隨機(jī)附帶一塊電平轉(zhuǎn)換板，當(dāng)實(shí)際使用的主機(jī)為晶體管漏極輸出型（西門(mén)子CPU224 DC/DC/DC主機(jī)）時(shí)，將轉(zhuǎn)換板加在主機(jī)輸出端與模型輸入端之間即可正常使用。電平轉(zhuǎn)換板原理圖如下圖所示。其中IN端接PLC的輸出端口，OUT端接模型的信號(hào)輸入端。COM端接PLC的傳感器電源負(fù)端。九、操作使用1實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前先檢查機(jī)械部件是否完好，各個(gè)串口是否插對(duì)位置。2控制面板分以下幾個(gè)模塊 （1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)及步進(jìn)電機(jī) 仔細(xì)檢查步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與控制面板的連線是否正確，將驅(qū)動(dòng)器電流設(shè)定為1.5A，細(xì)分設(shè)定為8細(xì)分。 將24V電源接入驅(qū)動(dòng)器，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器的電源指示燈應(yīng)點(diǎn)亮。 將24V與OPTO端（驅(qū)動(dòng)器使能端）連接起來(lái)。PUL端是脈沖輸入端。DIR是方向控制輸入端。（2）直流電機(jī) 本模型用的氣夾電機(jī)和底座電機(jī)均是24V直流電機(jī)，PLC控制兩個(gè)直流繼電器的吸合來(lái)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。（3）旋轉(zhuǎn)編碼盤(pán) 在本模型底座上有一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼盤(pán)，在底座旋轉(zhuǎn)時(shí)，在此產(chǎn)生一個(gè)VP-P為24V的方波信號(hào)，可以提供給PLC的高速計(jì)數(shù)器，用于機(jī)械手的定位控制。（4）接近開(kāi)關(guān) 在本模型中底座和氣夾的限位通過(guò)4個(gè)電感式接近開(kāi)關(guān)來(lái)完成。接近開(kāi)關(guān)與觸頭接近時(shí)接近指示燈點(diǎn)亮、輸出低電平，否則為高電平。（5）行程開(kāi)關(guān) 在本模型中兩個(gè)滾珠絲桿的限位通過(guò)4個(gè)滾軸式行程開(kāi)關(guān)來(lái)完成。當(dāng)行程開(kāi)關(guān)壓下時(shí)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，給PLC一個(gè)控制信號(hào)。（6）電磁閥與平行氣夾 本模型使用的電磁閥動(dòng)作時(shí)平行氣夾夾緊，動(dòng)作則張開(kāi)。3將交流電源通過(guò)三芯電源線連到模型上，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，即可給模型上電。4按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)連接控制面板與PLC。5啟動(dòng)系統(tǒng)，模型按照要求正常動(dòng)作。十、使用注意事項(xiàng)1實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型上帶有DC24電源，在上電前請(qǐng)先不要將電源引到各個(gè)模塊，以免因電源故障損壞。請(qǐng)先上電檢查電源輸出是否正常。2接線完畢，檢查無(wú)誤后，才可通電，