机电一体化大作业研究.docx

三自由度平动机械手工作台机电系统设计科目：机电一体化班级：机械工程五班成员：罗欣201325070530卢国文201325070501赵效鲁201325070509贾静然201325070502一、设计任务题目三自由度平动机械手工作台机电系统设计任务设计一种适用于机械手空间平动的工作台主参数（1）、X、Y、Z方向脉冲当量：= = =0.005mm/脉冲（2）、X、Y、Z方向的定位精度均为：0.01mm（3）、工作台空载最快移动速度：= = =3000mm/min（4）、工作台负载最快移动速度：= = =400mm/min（5）、工作台空间尺寸：500mm500mm500mm（6）、工作台工作空间尺寸：400mm400mm400mm（7）、空载启动时间：Δt=25ms二、产品总功能的确定1、单坐标定位。2、三平面直线插补和圆弧插补。本例中采用逐点比较法进行直线和圆弧的插补逐点比较法插补的基本原理逐点比较法插补的基本思路是：在从起点到终点的路程中，根据机械手当前位置与给定轨迹的偏离情况，并为消除这个偏离，在其中一个坐标轴上走一小步，这样一步步直到终点，每一步都是用给定轨迹对实际轨迹进行修正。每一步作为一个插补计算循环。插补循环一般由偏差判别、坐标进给、偏差函数计算和终点判别四个工作节拍组成。①、偏差判别首先要判断机械手当前点与其要求的运动轨迹的偏离情况。具体方法是根据要求的运动轨迹设计一个偏差函数，该偏差函数是机械手坐标的函数，其函数值反映偏离情况。②、坐标进给根据上面判断的结果，发出一个进给指令脉冲，控制机械手沿相应坐标轴产生一个脉冲当量的位移。进给脉冲分配给哪一个坐标轴，正向还是负向，总的原则是用这个位移的结果纠正已有的偏离。③、偏差函数计算用新的机械手位置坐标重新计算偏差函数的值。④、终点判别判断机械手点是否到达轨迹的终点，如到达轨迹终点则插补结束，否则重复开始下一个插补循环。（2）、逐点比较法直线插补（注：1.本例只介绍直线插补的方法，圆弧插补原理相似 2.本例插补平面以水平面为例）为插补计算方便，通常建立与工作台坐标系平行的插补坐标系，插补坐标系与工作台坐标系是简单的平移变换关系。直线插补时，插补坐标原点选在直线起点上。在直线插补指令中，若终点坐标采用增量坐标给出，则与插补坐标系下坐标一致。下面讨论机械手运动轨迹为XOY平面上第一象限直线的插补。如下图所示，直线OA，起点O(0，0)，终点A()，坐标单位为脉冲当量。①、偏差函数将直线OA的方程-=0改写成 Y-X=0设加工时机械手位置为P()点，取偏差函数为= - (2-1)则当P点在直线上时，=0；当P点在直线上方时，0；当P点在直线下方时，0。②、进给脉冲分配进给脉冲分配应使对应的坐标位移的结果纠正机械手位置P()已有的偏离。因此：当P点在直线上方，即0时，向+X方向分配一个进给脉冲，即向X轴正方向走一步（一个脉冲当量的位移），简记为+ΔX；当P点在直线下方，即0时，向+Y方向分配一个进给脉冲，即向Y轴正方向走一步，简记为+ΔY；当P点在直线上，即=0时，为使加工继续进行，规定按P点在直线上方情况处理，即向X轴正方向走一步。③、偏差函数的递推计算由上述可知，若≥0，向X轴正方向走一步，则P点新的位置坐标及偏差为（2-2）若0，向Y轴正方向走一步，则P点新的位置坐标及偏差为（2-3）采用递推计算式（2-2）、式（2-3）代替式 (2-1)计算偏差函数，既可以简化计算，又可以缩短插补时间。④、终点判别一般常用插补循环或进给的总步数来判断是否到达终点。设插补循环或进给的总步数为E，显然有 E=最简单的方法是每进行一次插补循环，就对E进行一次减1运算，当E等于0时，表明到达终点，插补结束。三、总体方案的确定1、机械传动部件的选择（1）、丝杠螺母副的选择根据设计及参数要求，该传动副能将电机的旋转运动转化为直线运动，且应满足0.005mm的脉冲当量和0.01mm的定位精度。由于滚珠丝杠螺母副效率高、精度高、响应快等特点，则应选择滚珠丝杠副。（2）、导向机构的选择由于机械手负荷并不大，且工作台脉冲当量小，定位精度高，因此选用直线滚动导轨副。它具有摩擦阻力小、移动效率高、安装预紧方便等特点。（3）、减速装置的选用为圆整脉冲当量，放大电动机的输出转矩，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，需要具有消隙结构的减速装置。因此采用无间隙齿轮传动减速装置。2、动力装置的选择由于直流伺服电动机具有响应迅速、精度和效率高、调速范围宽、负载能力大、控制特性好等特点。因此采用直流伺服电动机。3、.检测与传感装置的选择（1）、电机转速检测装置因增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器具有更廉价和简易的