机电一体化实验指导书.docx
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机电一体化实验指导书
实验一步进电机实验
一.实验目的
1.加深了解步进电动机的驱动电源和电机的工作情况。
2.步进电动机基本特性的测定。
二.预习要点
1.了解步进电动机的驱动电源和工作情况
2.步进电动机有基本特性?
怎样测定?
三.实验项目
1、单步运行状态
2、角位移和脉冲数的关系
3、空载最高连续工作频率的测定
4、平均转速和脉冲频率的关系
5、矩频特性的测定及最大静力矩特性的测定
四.实验线路及操作步骤
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
1
D54(BSZ-1)
步进电机控制箱
1台
2
BSZ-1
步进电机实验装置
1台
3
D41
三相可调电阻器
1件
4
D31
直流电压、毫安、安培表
1件
5
双踪示波器
1台
2、屏上挂件排列顺序
D54、D31、D41
3、基本实验电路的外部接线
图1步进电机实验接线图
4、步进电机组件的使用说明及实验操作步骤
(1)单步运行状态
接通电源,将控制系统设置于单步运行状态,或复位后,按执行键,步进电机走一步距角,绕组相应的发光管发亮,再不断按执行键,步进电机转子也不断作步进运动。
改变电机转向,电机作反向步进运动。
(2)角位移和脉冲数的关系
控制系统接通电源,设置好预置步数,按执行键,电机运转,观察并记录电机偏转角度,再重设置另一置数值,按执行键,观察并记录电机偏转角度于表1、表2中,并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。
表1步数=步
序号
实际电机偏转角度
理论电机偏转角度
表2步数=步
序号
实际电机偏转角度
理论电机偏转角度
(3)空载最高连续工作频率的测定
步进电机空载连续运转后缓慢调节速度调节旋钮使频率提高,仔细观察电机是否不失步,如不失步,则再缓慢提高频率,直至电机能连续运转的最高频率,则该频率为步进电机空载最高连续工作频率。
记为Hz。
(4)平均转速和脉冲频率的关系
接通电源,将控制系统设置于连续运行状态,再按执行键,电机连续运转,改变速度调节旋钮,测量频率f与对应的转速n,即n=f(f)。
记录5-6组于表4中。
表4
序号
f(Hz)
n(r/min)
五、实验报告
经过上述实验后,须对照实验内容写出数据总结并对电机试验加以小结。
(1)单步运行状态:
步矩角
(2)角位移和脉冲数(步数)关系
(3)空载最高连续工作频率
(4)平均转速和脉冲频率的特性n=f(f)
六、思考题
1、影响步进电机步距的因素有哪些?
对实验用步进电机,采用何种方法步距最小?
2、平均转速和脉冲频率的关系怎样?
为什么特别强调是平均转速?
七、注意事项
步进电机驱动系统中控制信号部分电源和功放部分电源是不同的,绝不能将电机绕组接至控制信号部分的端子上,或将控制信号部分端子和电机绕组部分端子以任何形式连接。
实验二直流伺服电动机
一、实验目的
掌握直流伺服电动机的机械特性和调节特性的测量方法。
二、预习要点
1、分析掌握直流伺服电动机的运行原理。
2、如何测量直流伺服电动机的机电时间常数,并求传递函数。
三、实验项目
1、测直流伺服电动机的机械特性T=f(n)。
2、测直流伺服电动机的调节特性n=f(Ua)。
四、实验方法
1、实验设备
序号
型号
名称
数量
备注
1
DD03
导轨、测速发电机及转速表
1件
2
DJ15
直流并励电动机(也可用DJ25)
1件
作直流伺服电动机
3
DJ23
校正直流测功机
1件
4
D31
直流电压、毫安、安培表
2件
5
D41
三相可调电阻器
1件
6
D44
可调电阻器、电容器
1件
7
D42
三相可调电阻器
1件
8
D51
波形测试及开关板
1件
9
记忆示波器
1件
另购
2、屏上挂件排列顺序
D31、D42、D51、D31、D44、D41
3、用伏安法测直流伺服电动机电枢的直流电阻
图7-5测电枢绕组直流电阻接线图
(1)按图7-5接线,电阻R用D44上1800Ω和180Ω串联共1980Ω阻值,A表选用D31量程选用5A档,开关S选用D51。
(2)经检查无误后接通电枢电源,并调至220V,合上开关S,调节R使电枢电流达到0.2A,迅速测取电机电枢两端电压U和电流I,再将电机轴分别旋转三分之一周和三分之二周。
同样测取U、I,记录于表7-14中,取三次的平均值作为实际冷态电阻。
表7-14
序号
U(V)
I(A)
Ra(Ω)
Raref(Ω)
(3)计算基准工作温度时的电枢电阻
由实验直接测得电枢绕组电阻值,此值为实际冷态电阻值,冷态温度为室温,按下式换算到基准工作温度时的电枢绕组电阻值。
式中:
Raref——换算到基准工作温度时电枢绕组电阻,(Ω)
Ra——电枢绕组的实际冷态电阻,(Ω)
θref——基准工作温度,对于E级绝缘为75℃
θa——实际冷态时电枢绕组温度,(℃)
4、测取直流伺服电动机的机械特性
图7-6直流伺服电动机接线图
(1)按图7-6接线,图中Rf1选用D44上1800Ω阻值,Rf2选用D42上1800Ω阻值,R1选用D41上6只90Ω串联共540Ω阻值,R2选用D44上180Ω阻值采用分压器接法,RL选用D42上1800Ω加上900Ω并联900Ω共2250Ω阻值,开关S1选用D51,S2选用D44,A1、A3选用两只D31上200mA档,A2、A4选用D31上安培表。
(2)把Rf1调至最小,R1、R2、RL调至最大,开关S1、S2打开,先接通励磁电源,再接通电枢电源并调至220V,电机运行后把R1调至最小。
(3)合上开关S1,调节校正直流测功机DJ23励磁电流If2=100mA校正值不变(如果是DJ25则取If2=50mA)。
逐渐减小RL阻值(注:
先调1800Ω阻值,调到最小后用导线短接),并增大Rf1阻值,使n=nN=1600r/min,Ia=IN=1.2A,U=UN=220V,此时电机励磁电流为额定励磁电流。
(4)保持此额定电流不变,逐渐增加RL阻值,从额定负载到空载(断开开关S1),测取其机械特性n=f(T),其中T可由IF从校正曲线查出,记录n、Ia、IF7-8组于表7-15中。
表7-15U=UN=220VIf2=mAIf=IfN=mA
n(r/min)
Ia(A)
IF(A)
T(N.m)
(5)调节电枢电压为U=160V,调节Rf1,保持电动机励磁电流的额定电流If=IfN,减小RL阻值,使Ia=1A,再增大RL阻值,一直到空载,其间记录7-8组于表7-16中。
表7-16U=160VIf2=mAIf=IfN=mA
n(r/min)
Ia(A)
IF(A)
T(N.m)
(6)调节电枢电压为U=110V,保持If=IfN不变,减小RL阻值,使Ia=0.8A,再增大RL阻值,一直到空载,其间记录7-8组于表7-17中。
表7-17U=110VIf2=mAIf=IfN=mA
n(r/min)
Ia(A)
IF(A)
T(N.m)
五、实验报告
1、由实验数据求得电机参数:
Raref、Ke、KT
Raref——直流伺服电动机的电枢电阻
——电势常数
——转矩常数
2、由实验数据作出直流伺服电动机的三条机械特性曲线。
实验三工业机器人认知实验
一、实验目的
1、了解UR5型工业机器人的功能、特点、适用领域;
2、了解UR5型工业机器人的一般设置方法和简单操作过程。
二、实验说明
工业机器人是一种典型的机电一体化设备,并且广泛应用于工业生产的许多领域。
丹麦UniversalRobots公司生产的UR5型机器人是一种是一种小型、轻便、易用的机器人,在财力、人力和技术等方面具有显著优势。
它最大的亮点是能够实现人机协作——人与机器人的安全合作,能够让员工安全地与机器人近距离一起工作。
图1、UR5工业机器人示意图
本次实验让学生现场观摩UR5机器人的使用过程,了解其特点及一般使用方法,以增强学生对工业机器人的了解。
三、实验内容及步骤
实验过程如后附图所示,具体步骤如下所示:
1)连接控制箱电源,确保机器人周边没有障碍物体及人员;
2)取机器人配套平板显示器,按右上方圆键开机(图2);
3)进入初始化界面(图3),按住‘开’键,机器人开始初始化并自行校正,直至六个关节全部显示正常后再松开;
4)进入机器人操作主界面(图4),点击‘为机器人编程’,并选择‘安装设置’页,进入TCP位置设置页面(图5)。
TCP指的是机器人末端执行器,依工作类型不同而各异,可能是夹爪也可能是焊枪,尺寸不同。
TCP初始坐标系原点为末端关节的中心点,当安装工具后,应把原点设在工具末端位置,其值由X,Y,Z三个参数决定。
本次实验设定Z=200mm,X,Y都为0。
设置好后,点击‘更改运动’和‘更改图形’两个按键使之生效。
5)进入‘移动’页面,按各个方向按键,观察机器人整机动作和各关节的运动情况,观测关节移动的角度数值。
调节速度值,观测运动变化情况。
6)点击平板显示器背后上方按钮,这时机器人进入示教模式,可以用手拖动机械臂移动到任何位置,观测关节转角变化,松开示教按钮后则不能再拖动机械臂。
7)演示例程,示范UR5机器人的实用价值和能力,学生自行操作加强印象。
四、操作示意图
图2、开机上电过程
图3、开机后初始化机器人
图4、开机初始化后操作主界面
图5、设定末端执行器
图6、机器人手动操作界面
实验四工业机器人编程实验
实验目的:
学习UR5型工业机器人的编程方法
实验步骤:
1)进入‘程序’页面,点击‘空程序’按钮,进入程序编制页面,左方为机器人树形程序,右方为可选择主要指令。
2)点击‘移动’键建立第一条移动指令,在右上方选择移动类型。
MOVJ指令是在不同定义路点之间按默认最简单路径运行,路径可能是弧线;MOVL指令使得机器人末端TCP只能在路点之间沿直线运动。
3)为移动指令添加路点,可以用坐标值、增量值来设定路点,也可以按住示教按钮后拖动机械臂到预期位置,松开示教按钮即可将该位置记录为一个路点。
4)选取路点类型为‘可变位置’,此时可以用变量来设置路点,变量可以是绝对坐标值,以p[x,y,z,rx,ry,rz]方式定义,也可以是沿各个坐标轴的增量值。
5)编写简单程序如图13,运行并观测。
6)了解机器人I/O接口及应用方法。
图7、新建程序初始界面
图8、程序结构编辑器
图9、机器人移动指令
MOVJ路点及轨迹MOVL路点及轨迹
图10、沿路点移动时MOVJ和MOVL指令的不同轨迹
图11、设置机器人移动路点
图12、使用变量设置移动路点
图13、示例程序
图14、I/O接口设置/仿真
图15、机器人主要参数指标
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- 机电 一体化 实验 指导书
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