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。