基于PLC的机械手设计

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Pa-----为加速功率，KW； Nl-----为负载轴回转速度，r/min；

NM-----为电机轴回转速度，r/min；

Vl-----为负载的速度，m/min；

?-----为减速机效率；

?-----为摩擦系数；

，N?m； Tl-----为负载转矩（负载轴）

Tp-----为电机启动最大转矩，N?m；

TL-----为负载转矩（折算到电机轴上），N?m；

GDl2-----为负载的GD2，N?m2；

2GDL-----为负载GD2（折算到电机轴上），N?m2； 2GDM-----为电机的GD2，N?m2；

具体到本设计，因为步进电机是驱动腰部的回转，传递运动形式属于第二种。下面进行具体的计算。

因为腰部回转运动只存在摩擦力矩，在回转圆周方向上不存在其他的转矩，则在回转轴上有；

Tl?Ff?R?G?f?R （3-30）

式中，f-----为滚动轴承摩擦系数，取0.005；

G-----为机械手本身与负载的重量之和，取100KG；

R-----为回转轴上传动大齿轮分度圆半径，R=240mm；

带入数据，计算得 Tl=0.12N?m；

同时，腰部回转速度定为Nl=5r/min；传动比定为1/120； 且，GDl?mgD2 带入数据得： GDl=10.45667N?m2。

将其带入上（3-24）~（3-30）式，得：

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P0?1.3227W； Pa?0.0068W；

启动时间 ta?0.002962s?3ms； 制动时间 td?3ms；

折算到电机轴上的负载转矩为：TL?0.0010523N?m。 3.2.2电机型号的选择

根据以上结果，综合考虑各种因素，选择国产北京和利时电机技术有限公司（原北京四通电机公司）的步进电机，具体型号为：110BYG550B-SAKRMA-0301 或 110BYG550B-SAKRMT-0301 或 110BYG550B-BAKRMT-0301,该步进电机高转矩，低振动，综合性能很好。下图为110BYG550B-SAKRMA-0301型步进电机矩频特性曲线和相关技术参数。驱动方式：升频升压； 步距角：0.36°；其中步距角0.36，同时因为腰部齿轮传动比为1：120，步进电机经过减速后传递到回转轴，回转轴实际的步距角将为电机实际步距角的1/120（理论上），虽然实际上存在着间隙和齿轮传动非线性误差，实际回转轴的最小步距角也仍然是很小的，故其精度是相当高的，完全能满足机械手上下料的定位精度要求。

图3-2 所选电机相关参数

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图3-3 110BYG550B-SAKRMA-0301步进电机的矩频特性曲线

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4 控制系统的设计

4.1可编程控制器PLC

4.1.1 PLC简介

自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。 4.1.2 PLC内部结构

PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一 的。如图4.1所示， PLC硬件的基本结构图所示：

编程器 输入电路中央处理单元 输出电路 （CPU） 系统程序存储区 用户程序存储区 电源 图4.1 PLC硬件的基本结构图

4.1.3 PLC工作原理

可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）