二自由度机械臂驱动控制系统设计

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1、目录第一章绪论1.1设计目的与意义……………………………………………………11.2工业机器人机械臂的概述…………………………………………11.3系统描述……………………………………………………………1第二章步进电机驱动器设计2.1步进电机概述………………………………………………………22.2步进电机的转动控制………………………………………………22.2.1基于控制电路的控制……………………………………………22.2.2基于单片机的控制………………………………………………62.2.3方案选择…………………………………………………………11第三章PLC控制系统设计3.1任务描述………

2、…………………………………………………113.2控制任务和要求…………………………………………………113.3PLC的选型…………………………………………………………123.4I/O地址编号和接线图……………………………………………123.5PLC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………………………………

3、……………………2223第一章绪论1.1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

4、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。1.2工业机器人机械臂的概述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

5、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。1.3系统描述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。该机械臂的模型如下图1.1所示：图1.1电镀工艺机械臂模型23该机械臂由罗克韦尔公司的Micrologix1000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

6、见第三章，此处指给出系统整体结构图：图2.2系统整体结构图第一章步进电机驱动器设计2.1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，

7、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23冲分配。四相步进电机的工作方式为四相单四拍，双四拍和四相八拍工作的方式。各种工作方式在电源通电时的时序与波形分别如图a、b、c所示。本设计的电机工作方式为四相单四拍，根据步进电机的工作的时序和波形图，