機電一體化課程設計

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3. 機電一體化課程設計題目

是設計硬體呢？還是學習如何使用呢？看你的目的了。首先，如果是學習機電一體化的某一門課程或者做一個課程設計，那就是簡單的控制一個電機的正轉、反轉、加速、減速、實現三階段速度控制、實現5階段速度控制等等。也可以實現兩個電機的同步、互相協調。以及外加一些兩個電機的聯動條件。電機可選擇很多類型 的，直流的、交流的、同步的、非同步的、步進的、伺服的。帶相對編碼的、帶絕對編碼的、帶制動的、力矩控制的、變頻控制的，帶控制閉環的。。。。如果是機電一體化畢業前的綜合課程實踐的設計題目：可以考慮從系統到部分，到具體的技術進行學習和分析。比如：機床的卡具自動化系統，刀具庫的自動換刀系統，點鈔驗鈔機、自動門系統、自動提升系統、自動運輸系統等等。

4. 機電一體化系統課程設計

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機電一體化課程設計指導書主要內容
1、設計題目確定及要求
2、總體方案確定
（1）總體方案設計
（2）繪制總體方案圖
3、 伺服系統機械傳動部件設計
（1）切削力計算
（2）滾動絲杠螺母副的計算與選型
（3）伺服系統傳動設計
（4）步進電機當量扭矩計算及選型
（5）機械傳動結構設計（繪制一個軸的機械裝配圖）
4、 控制系統硬體電路設計
（1）確定控制系統方案及繪制系統框圖
（2）單片機的選用
（3）存儲器的選用與擴展
（4）解碼電路設計
（5）介面電路設計
（6）繪制控制系統硬體電路原理圖
5、 基本的參考圖表匯編。

電一體化系統是綜合多個學科的系統,包括機械技術,感測器技術,測試技術,電子技術和控制技術,信息與計算機技術。它極大推動了機械工業,兵器行業及其他行業的發展。其技術結構,產品結構,技術功能與構成,生產方式和管理體系均發生了巨大的變化。使工業生產由機械電氣化邁進到機電一體化為特徵的數字化,自動化,高精度,微型化,多功能化,智能化的時代。

結合精密機械控制是現代機械的一個重要方向，它能使機械加工的精度又提高一個層次，主要技術是用微機、單片機等現代高科技儀器來控制步進電機，再通過步進電機來實現精密的工作台控制。這個由微機或單片機、步進電機、機械工作機構組成的機械手運動控制系統就是一個很簡單的機電一體化的系統。讓我們由這樣簡單的機電一體化系統重新復習學過的知識, 接觸機電一體化系統,為下學期的畢業設計打下一定的基礎,另外也是為工作作好准備。

目錄

摘要

第一章：緒論

1.1引言

1.2題目和技術指標要求分析

1.3總體方案的工作原理

第二章：機械本體結構設計

2.1絲杠導程選擇

2.2絲杠支承結構選擇

2.3螺旋機構運動部件導向機構選擇

2.4步進電機的安裝結構以及與絲杠的連接結構設計

第三章：步進電機驅動器電路設計

第四章：控制器程序流程框圖設計

第五章：程序代碼設計

結論

第一章 緒論

1.1 引言

機械手運動控制系統要求控制精度高，故採用步進電機控制，步進電動機在半閉環控制系統中具有控制精度高 ( 可精確到1度以下) 、可靠性高、使用方便等優點,所以其應用非常普遍,尤其隨著混合式步進電機的產生和應用,步進電機的輸出功率和力矩不斷增加,而成本價格不斷降低,為步進電機的推廣和應用打下了良好基礎, 單片機作為控制部件,對步進電機具有良好的控制能力,下面討論用一下機械手運動控制系統的設計方法。

1.2題目和技術指標要求分析

設計題目：機械手運動控制系統設計。

設計參數：機械手運動范圍 0~150mm

機械手移動步距 50
步進電機型號 42BYG006

1.3 總體方案的工作原理

單片機對步進電機進行控制，通過IO口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制信號，信號經過不同的放大電路和不同參數的器件，可以達到不同的放大的要求，放大後能夠得到較大的功率。用四路分別進行放大的信號驅動四相五線的步進電機。而步進電機與滾珠絲杠機構用聯軸器連接起來，進而將螺旋運動轉化為穩定的水平直線運動。

該系統可分為控制部分、驅動部件、執行元件、傳動和導向機構、以及控制軟體等幾個部分。要求設計該系統的機械及電路的結構和參數、設計部分單片機或微機控製程序，使機械手能夠左右步進，並達到技術指標所規定的要求。

機械手運動控制系統機械本體採用步進電機驅動、滾珠絲桿傳動、滾動直線導軌導向的總體機構方案。機械本體設計以工作台運動位移控制增量的實現為主要目標，以滾珠絲桿及其周邊零部件的選用為主要內容，同時考慮運動相關精度問題。

步進電機控制器採用微機或單片機作為控制部件。採用微機時，可通過ISA匯流排、並行埠、串列埠傳送數據，設計步進電機與微機的介面電路。採用單片機時，可選用AT89C51, 設計單片機最小系統和步進電機與單片機的介面電路。微機或單片機的軟體均採用C語言編寫代碼。

該機械手運動控制系統採用半閉環伺服系統，通過單片機控制步進電機的驅動，經傳動機構帶動工作台運動。可實現機械手的+X、-X兩個方向的進給和兩級調速。機械手運動控制系統機械本體採用步進電機驅動，滾珠絲杠傳動，滾動直線導軌導向的總體結構方案。採用步進電機驅動進給准確，使用位置感測器精確控制機械手移動范圍，而且通過給定的脈沖周期，能夠以任意速度轉動，定距運動較精確。機械手運動控制系統採用滾珠絲杠副和滾動導軌副傳動結構,具有精度高,效率高,壽命長,低能耗,摩擦系數小,較高緊湊,通用性強等特點。

第二章 機械本體結構設計

2.1 絲杠導程

已知機械手移動步距 s = 50um

s = L 為步距角, L為導程;

查資料知： 42BYG006型號 的步進電機（八拍）步距角為0.90

則絲杠導程： L = 10 mm

2.2 絲杠的支承機構

為提高傳動剛度，選擇合理的支承結構並正確安裝很重要，對傳動精度有很大影響。絲杠主要承受軸向載荷，徑向載荷主要是卧式絲杠的自重，因此，絲杠的軸向精度和剛度要求較高。絲杠的支承結構有以下幾種：

（1） F—0支承結構：一端固定（F），一端自由（0），如下圖所示：

F—0結構的特點是結構簡單，承載能力小，軸向剛度低，壓桿穩定性較差和臨界轉速低，設計時應盡量使絲杠受拉伸。適用於短絲杠，垂直絲杠。

（2） F—S支承結構：一端固定（F），一端浮動（S），如下圖所示：

F—S結構的特點是軸向剛度和F—0相同，壓桿穩定性和臨界轉速比同長度的F—0高，絲杠有熱膨脹的餘地，需要保證螺母與兩支承同軸，結構較復雜，工藝較困難。適用於較長絲杠或卧式絲杠。

（3）F—F支承結構：兩端固定，結構如下圖所示：

F—F結構的特點是絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍，壓桿穩定性好，固有頻率比一端固定的高，可施加預緊力提高傳動剛度，結構和工藝都較復雜。適用於長絲杠以及對剛度和位移精度要求高的場合。

由於該系統是半閉環系統，精度本來就不是很高，故採用一端固定，一端浮動的支承結構，該結構讓絲杠有膨脹的餘地，適用與較長的絲杠中，游動支承採用深溝球軸承，固定支承結構有下表1列的幾種：

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6. 機電一體化課程設計,要求完成一種集機,電液技術為一體的小型實用機器的設計

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