1、08机电一体化技术课程实验指导书机电一体化技术实验指导书蒋发光 孟晓平 编著西南石油大学机电工程学院2007-10实验一 典型机电一体化系统操纵与编程实验学时：2学时 实验类型：综合型机械手组：一、实验目的（1）分析与熟悉工业机械人（或数控机床）的组成、结构特点；（2）熟悉工业机械人实验模型（或数控机床）的操纵原理；（3）把握工业机械人实验模型（或数控机床）硬件电路设计；（4）熟悉机械人（或数控机床）的各类功能及应用，把握机械人示教（或数控机床）操作。（5）把握PLC操纵的大体原理、步进电机及驱动模块、直流电机、传感器、开关电源等器件的原理及利用。（6）把握运算机监控软件，把握运算机上位监控。
2、（7）把握位置操纵技术、气动技术。二、实验原理与接线 步进电机采纳二相八拍混合式步进电机，要紧特点：体积小，具有较高的起动和运行频率，有定位转矩等优势。型号：42BYGH101。电气原理图如图1-1。快接线插头：红色表示A相，兰色表示B相。在您做实验时若是发觉步进电机转向不对时能够将A相或B相中的两条线对调。图1-1 步进电机原理图 步进电机驱动模块采纳中美合伙SH系列步进电机驱动器，要紧由电源输入部份、信号输入部份、输出部份等。电源输入部份由电源模块提供，用两根导线连接，注意极性。(见图2-2)信号输入部份：信号源由FP0主机提供。由于FP0提供的电平为24V，而输入部份的电平为5V，中间加
3、了爱惜电路。输出部份：与步进电机连接，注意相序。图1-2 驱动模块 传感器(1)接近开关接近开关有三根连接线（红、兰、黑）红色接电源的正极、黑色接电源的负极、兰色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，不然为高电平。结构图如（图1-3）图1-3 接近开关结构图(2)微动开关当挡块碰着微动开关动作（常开点闭合）见结构图（图1-4）图1-4 微动开关原理图 PLC模块由PLC晶体管输出的主机，具有高速运算能力、PID调剂功能、同时能够输出两路脉冲操纵两台电机的优势。 直流电机输入电压为12V24V，两根导线输入红色为直流电机正极，兰色为负极。 直流电机操纵板由输入信号、输入电源、输出等组成，输
4、入信号由FP0模块提供；输入电源由电源模块提供；输出驱动直流电机如（图1-5）图1-5 电机操纵模块 电源模块输入交流电压：110V220V/50HZ、60HZ； 输出直流电压：24V/6.5A； 最大功率： 156W； 旋转码盘机械手每旋转3发出一个脉冲。三、实验设备与仪器（1）工业机械人模型：机械手 2台立体仓库 2台电梯及其群控系统装置 2台编程电缆 6根（2）微机 6套消耗材料：四、实验内容与方式 I/O地址分派表表1 机械手程序PLC的输入I/O地址分派表输入地址名称I/O地址对应的外部设备输入地址名称I/O地址对应的外部设备X0横轴正限位X20手正转限位X1竖轴正限位X21手反转限
5、位X2横轴反限位X22底盘正转限位X3竖轴反限位X23底盘反转限位X4旋转脉冲（OUT5）表2 机械手程序PLC的输出I/O地址分派表输出地址名称I/O地址对应的外部设备输出地址名称I/O地址对应的外部设备Y0横轴脉冲输出Y20手正转Y1竖轴脉冲输出Y21手反转CH0_DIR横轴方向控制Y22底盘正转CH1_DIR竖轴方向控制Y23底盘反转Y24电磁阀动作 实验步骤（1）接上实验台上操纵板的各模块所需的直流电源（DC24V），同时接上PLC主机电源及COM点【COM（）接电源的正极，COM（）接电源的负极】。（2）概念实验板上的步进驱动器，上为1号下为2号。将1号的步进驱动器输出的信号与机械手
6、横轴的步进电机线相连。将2号的步进驱动器输出的信号与机械手竖轴的步进电机线相连。其它的线，依照线标接在实验板或主机上的相应位置。注：Out（X0）表示传感器的输出与主机输入X0端子相连，不要与主机输出Y0端子相连。（3）PLC输出脉冲信号接入步进电机的驱动器1-CP 2-CP1-DIR 2-DIR（4）把主机上的RUN-PROG的开关拨在RUN上，若是不在初始位置上，步进开始运转（横轴向手那里移动，竖轴向上移动）。如运转的方向不对，当即切断电源，对方向不对步进电机线的红色两根线对调。（5）动作步骤：A、横轴前升 B、手旋转到位 C、电磁阀动作，手张开D、竖轴下降 E、电磁阀复位，手夹紧 F、竖
7、轴上升G、横轴缩回 H、底盘旋转到位 I、横轴前升J、手旋转 K、竖轴下降 L、电磁阀动作，手张开M、竖轴上升复位五、实验要求与说明（1）采纳标准实验报告形式撰写实验报告，必需手写（包括图件也必需手工绘制），字数很多于600字，笔迹工整，封面统一。（2）实验报告应回答实验对应的试探题。（3）认真撰写实验报告，每次报告成绩将占本门课程最终总成绩的5。（4）实验报告应包括实验目的、实验内容、实验设备与仪器、实验步骤及实验接线、实验程序、实验结果。六、试探题（1）说明机械手系统的五大组成要素及对应功能。（2）论述PLC操纵系统开发的步骤与方式。（3）机械电话械部份组成与设计注意事项。（4）机械手伺服
8、元件要紧有哪些，别离实现机械部件何种驱动？（5）机械手检测元件有那些，设置它们目的安在？（6）说明PLC的编程语言种类。（7）总结实验收成与心得。实验二 步进电机驱动实验一、实验性质与目的：本次实验学时2学时，实验类型：验证型，要紧要求学生把握机电一体化系统（产品）设计思路；明白得机电一体化产品（系统）设计需要考虑的一系列问题，并通过本次实验巩固与把握步进电机驱动系统的操纵电路、操纵原理、性能特点。（1）把握步进电机驱动与转速调整方式，把握操纵步进电机转动的编程方式；（2）把握步进电机速度调剂，方向操纵技术；（3）把握步进电机操纵系统的硬件设计方式；（4）学习编制步进电机驱动程序的软件设计方式
9、。通过本次实验，要求学生能够设计出一些简易的机电一体化产品并实施操纵。二、实验原理本次实验主若是利用AEDK DJ-6机电实验平台和AEDK系列实验机（AEDK5196系列）相连所组成机电实验开发系统来进行实验，实验要紧应用单片机进行程序存储器扩展、数据存储器扩展、I/O扩展。本实验中单片机I/O扩展要紧应用标准接口芯片8255并采纳总线扩展法进行I/O口扩展，输入信号要紧来至于开关操纵信号，实现电机不同转速与转向的选择与操纵；输出信号主若是对电机的操纵信号，产生实验4相电机所需信号。发光二级管要紧目的是查看步进电机各相输入信号导通与截断状态。步进电机是一种将脉冲信号变换成相应得直线位移（或角
10、位移）的数字/模拟变换器，其输出转角与输入脉冲严格成正比，且在方向上与输入脉冲同步。每输入一个电脉冲，电机就转动一个角度（步距角），当持续不断地输入脉冲，就一步一步不断转动。步进电动机是用电脉冲进行操纵的电机，改变脉冲输入频率，就能够够改变电机的速度；改变通电顺序，即改变定子磁场旋转方向，就能够够达到操纵步进电机正反转目的。本次实验要紧确实是利用步进电机这些样的性质来实现操纵，而且说明一个典型机电一体化产品设计与操纵所需考虑问题。 运行速度的操纵 从图2-1可知，改变电脉冲周期，ABCD相绕组高低电平的宽度将发生转变，这就致使通电和断电的改变率发生转变，使电机转速改变，因此调剂电脉冲的周期就能
11、够够操纵步进电机的运转速度。图2-1 进步电机各项绕组电势情形 运转方向的操纵 从图2-1能够看出，步进电机以四项四拍方式工作是，按ABCDA顺序通电时为正转；如按ADCBA顺序通电时，为反转。 拨动开关K1-K8状态本实验通过拨动开关K1K4确信步进电机的转速，K8操纵步进电机的运动方向，如下表。表2-1 操纵开关的操纵功能注：X代表任意逻辑电平。三、实验设备与仪器（1）微机系统 5套 （2）微机教学实验箱 10套（3）伺服电机实验箱 10套 （4）消耗材料：四、实验内容与方式结合实验要求连接操纵线路 机电平台的选择开关打到步进电机位置。实验机并行输出模块273的PO4接5V。8255的PA
12、0PA7接至K1K8，PC0PC3接SMASMD，CS55/接8400H。（a）（b）图2-2 实验电路及连线实验操作步骤参考程序框图2-3所示。结合程序框图编制操纵程序。图2-3 五、实验要求与说明（1）采纳标准实验报告形式撰写实验报告，必需手写（包括图件也必需手工绘制），字数很多于600字，笔迹工整，封面统一。（2）实验报告应回答实验对应的试探题。（3）认真撰写实验报告，每次报告成绩将占本门课程最终总成绩的5。（4）实验报告应包括实验目的、实验内容、实验设备与仪器、实验步骤及实验接线、实验程序、实验结果。六、试探题（1）常见的伺服电机种类与特点。（2）步进伺服电机种类与特点。（3）画出步进
13、电机操纵原理图，说明步进电机环形脉冲分派器、功率放大器作用与含义，说明操纵原理。（4）结合实验装置组成，论述该简易机电一体化系统（产品）的组成与各部份功能。（5）依照程序框图和操纵要求，设计步进电机驱动程序：a、操纵步进电机的运转速度；b、操纵步进电机的旋转方向。（6）并对所设计的程序加以分析。（7）总结实验收成与心得。选开实验 典型机电一体化产品的结构与操纵原理剖析实验学时：2学时 实验类型：综合型一、实验目的通过对典型机电一体化产品数控车床（或数控加工中心）的熟悉和剖析，把握机电一体化产品的功能组成、结构组成，并熟悉机电一体化产品的操纵、驱动及接口等。（1）把握实验数控车床（或铣床或加工中
14、心）讲解典型机电一体化产品大体组成及功能；（2）把握实验数控车床（或铣床或加工中心）机械系统的组成（传动件、导向件、支承件）与作用，并熟悉数控转位刀架工作原理与操纵操作；（3）熟悉实验数控车床（或铣床或加工中心）微机系统的特点及大体组成；（4）熟悉实验数控车床（或铣床或加工中心）执行元件种类、作用与操纵；（5）熟悉实验数控车床（或铣床或加工中心）传感器的种类、作用及接口设计需注意的问题；（6）熟悉实验数控车床（或铣床或加工中心）动力系统组成与连接。二、实验原理 熟悉实验数控车床（或铣床或加工中心）是典型的机电一体化产品，依照机电一体化系统思想对其进行结构剖析，分为机械部件、操纵部件、传感检测部
15、件、动力部件、执行部件等五大部份，实验就这五部份别离向学生加以介绍，剖析各个部份的组成与设计要点。三、仪器设备数控车床 1台数控铣床 1台加工中心 1套微机系统 1套消耗材料：铝棒（或腊棒）四、实验内容别离对机械部件、执行元件、操纵器微机、传感器、动力等几大部份加以论述。 对实验数控车床（或铣床或加工中心）的结构剖析（1）从数控系统的进展概况动身，分析谈谈数控系统的设计要求、数控机床设计所涉及到的硬软件问题；（2）机电一体化产品的组成（结构和功能两个方面）、各组成要素的作用和对各要素的要求等方面着手分析。 实验数控车床（或铣床或加工中心）的工作原理分析数控车床（或铣床或加工中心）等系统（或产品
16、）具有多个自由度以知足工作（加工、操作等）需要，每一个自由度拥有相应的运动（转动或移动）装置。执行元件是驱动执行机构的部件，要使得执行元件依照必然规律动作实现执行机构的运动（各类查补运动），需要各类驱动与操纵，一样数控车床（或铣床或加工中心）需要传感器来检测执行结构、执行元件的运动、环境等参数以保证精度。最后需要动力源提供动力。在实验进程中，要紧介绍为了实现实验数控车床（或铣床或加工中心）各类运动机床各部件需要彼此配合实现的运动情形。 实验数控车床（或铣床或加工中心）操纵要求 实验数控车床（或铣床或加工中心）操纵系统要求具有输入/输出两类功能，实验进程中，别离就这两方面的问题展开学习与研究，采
17、纳集体讲解与提问的方式，别离对伺服电机、键盘、显示器、传感器、电磁阀等部件加以分析，总结操纵要求。五、实验要求与说明（1）采纳标准实验报告形式撰写实验报告，必需手写（包括图件也必需手工绘制），字数很多于600字，笔迹工整，封面统一。（2）实验报告应回答实验对应的试探题；（3）认真撰写实验报告，每次报告成绩将占本门课程最终总成绩的5。六、试探题（1）剖析实验数控车床（或铣床或加工中心）的大体组成与对应功能。（2）分析把握典型机电一体化产品与传统机械产品的要紧区别。（3）查阅相关资料总结实验数控车床（或铣床或加工中心）工作原理。（4）把握数控机床自动转位刀架。（5）数控车床主轴脉冲发生器工作原理及操纵。（6）总结实验收成与心得。
