机电一体化系统演示实验.doc

实验一 机电一体化系统演示实验
一、实验目的：
1、掌握机电一体化系统的基本组成要素；
2、了解机电一体化系统的技术组成；
3、了解快速构建机电一体化系统的方法；
4、了解机电一体化中机械电气部分之间的相互关系及其接口技术。
二、实验设备及器材：
AGV工业机器人；
SZ直流伺服电机；
ZK4直流伺服电机驱动调速器；
AGV工业机器人控制柜及其它电气器材；
三、实验原理：
(一)工业机器人结构与工作原理
直流伺服电动式球坐标型工业机器人具有三个自由度（即：RRP----大臂回旋、仰角、小臂伸缩三个运动）和一个手爪开合动作，采用全电动驱动方式控制。
机械人本体结构如图1所示。

图1 机械人本体
1--机械手爪 2--机械手小臂 3--机械手大臂 4—机身

机器人本体由机身、大臂、小臂、手爪等组成。机身固定在机械小车上；大臂可以绕着机身在水平面内和垂直面内旋转；小臂在丝杆的传动下，可以前后进行伸缩。在大臂和小臂的共同作用下，机械手的手爪能够接近要抓的物体；同时，手爪在电机的带动下张开，以便能够抓住物体。当物体被控制在手爪的控制范围内时，手爪夹紧物体，然后通过大臂的旋转 和小臂的伸缩运动，最终将物体置于规定的位置和高压电机
机器人大臂回旋运动和大臂仰角运动均采用直流电动机、谐波减速器传动，PWM脉宽调速器控制，可实现1~12 r.p.m无极调速控制。
机器人小臂伸缩采用直流电动机，行星减速器加滚珠丝杠传动，PWM脉宽调速器控制，可实现20~2000 mm/Min无极调速控制。
手爪开合采用连杆及螺旋机构，同步电机驱动，其结构简单，无调速器，电路控制方便。
由于在机械结构设计中采用了谐波减速、滚珠丝杠、滚珠直线导轨等精密传动装置，机器人手爪定位可达到较高精度。
机器人由机器人本体，电控柜和操作盒等组成。如图2所示。

图2
使用操作盒手动控制机器人大臂、小臂、手爪等各项运动。经测试已达到下列主要技术指标：
1、大臂回转角度： 240°
2、大臂仰角： - 60°~ 20°
3、小臂伸缩行程： 0~200 mm
4、抓物重量： ≤ 2 Kg
(二) ZK4系列直流电机调速器工作原理
采用脉宽调制和电压反馈技术，使电动机能在0--100％额定转速范围内实现无级调速和连续运转，且稳定度高，运转平稳。还有软起动和过载保护功能，使用安全可靠。采用110V，4A以内的并激直流电动机。两种调速方法，外接4．7K---47K电位器调速或外加1．5-5V直流电压调速(1．5-5V直流电压经光耦隔离输入)。电枢电压可控，外加5-24V直流电压时电枢电压降到零，电机停转(5—24V直流电压经光耦隔离输入)，5-24V直流电压断开后电枢电压缓慢升到原来电压。
1、技术性:
1．1电源电压： 50HZ 220V±10％
1．2调速范围： 0~100％额定转速
1．3稳压精度： ≤1％
1．4工作环境： 一10℃—+40℃
1．5相对湿度： ≤80％
1．6各型号额定数据

型号
激磁电压(V)
激磁电流(A)
电枢电压(V)
电枢电流(A)
ZK41(ZK41L)
110v
1A
0-110可调
4
调速方式
电枢电压可控否
外接4.7-47K电位器
或外加DC1.5-5V

可控,加DC5-24V时电枢电压降到0,电机停转.DC5-24V断开后自动升到原来的电压.(外加最高调速电压5v时，输入lmA电流.外加最高控制电压24V时，输A12mAQ]调速电压和外加控制电压均经光耦隔离输入。型号后加L为立式安装。)

2、外形及安装尺寸:
卧式安装： 外形尺寸 140x50X175mm 安装尺寸130x100mm
3、工作原理:
在电动机电枢回路内串入一个IGBT来控制导通时间，从而控制电枢绕阻的端电压.该电压与
给定电压信号相比较，其误差经误差放大器放大后控制导通时间,使电动机电枢电压稳定。
接线图见图1。

4．1并激电机接线方法:
1、2接线钮接50Hz220V，3、4接线钮接激磁绕组，5、6接线钮接电枢绕组， (4、5接线钮 均为负端，内部已经接通，对于三线电机，公共端接4或5均可)。7、8、9接线钮接调速电位器， 4．7K-47K均可(9为低端，7为高端)。如不用电位器调速，也可以在12、13接线钮加1．5—5V电压调速。10、11接线钮接DC5~24V时电枢绕组电压断开，电机停转。14接线钮接大地。
5、电机运转、停止控制方法
方法2：用开关K2控制DC5~24V的断与通，控制电机的运转与停止。
注意：不能用控制电枢绕组的通断来控制电机的运转与停止，那样会损坏调速器．
6、注意事项
6．1调速器后板上1---9接线钮均为带电体，与220V接通的，使用时应在220V的双线均断开时接线。一~220V接通后不要触及，以免发生安全事故。调速电位器的三根连线也与220V相通，应特别注意绝缘处理。
6．2为确保使用安全，务必将第14接线钮接大地。绝对不可将金属物体伸入机箱内， 以免发生安全事故。
6．3激磁绕组(电阻较大)和电枢绕组(电阻较小)绝对不能接错， 否则将损坏调速器。
6．4本产品有软启动功能，电源接通后电机低速起动，约3秒钟左右达到调定的最高转速。
6．5本产品有过载保护功能，如电动机断断续续转动，则是过载现象，过载去除后自动恢复正常。

四、实验步骤:
1、插上三芯交流单相220V电源，并保证接地可靠。
2、打开电控柜，合上电源开关。
3、按下操作盒上控制开关。
4、分别按下操作盒上的上/下；左/右；前进/后退；夹紧/放松等按钮，即可实现对机器人大臂仰角、回旋、小臂伸缩、手爪开合的动作控制。
5、调节电控柜中PWM调速器，即可实现对机器人大臂、小臂的运动速度控制。
6、合上电控柜中的自动档开关即可实现机器人按编制的程序自动运行。
7、实验完成后关掉所有电源。
思考题：
1、什么是机电一体化产品以及组成机电一体化系统的主要要素是什么?
2、何快速构建一个典型的机电一体系统?
3、你认为应加强哪些方面知识的学习和应用才能学好和掌握机电一体化技术?