基于工业机器人的步进电机智能装配系统设计体会.pdf
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1、 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化科学与信息化2023年9月上 107基于工业机器人的步进电机智能装配系统设计体会舒永平 郝宗敏 任小文西安交通工程学院 陕西 西安 710300摘 要 本文基于步进电机智能装配系统工作原理展开分析,讨论了工业机器人步进电机智能装配系统的设计要点,内容包括系统硬件设计、驱动控制系统设计、PLC系统设计、通信系统设计、系统主程序设计等,并且组建相关实验来验证智能装配系统可行性,以此来积累相应的设计经验,提高工业机器人工作状态的稳定性。关键词 工业机器人;步进电机;智能装配系统Design Experience of Stepper
2、Motor Intelligent Assembly System Based on Industrial RobotShu Yong-ping,Hao Zong-min,Ren Xiao-wenXian Traffic Engineering Institute,Xian 710300,Shaanxi Province,ChinaAbstract This paper analyzes the working principle of stepper motor intelligent assembly system,discusses the design points of indust
3、rial robot stepper motor intelligent assembly system,including system hardware design,drive control system design,PLC system design,communication system design,system main program design,and establishes relevant experiments to verify the feasibility of intelligent assembly system,so as to accumulate
4、 corresponding design experience and improve the stability of industrial robot working state.Key words industrial robot;stepper motor;intelligent assembly system引言在工业4.0发展背景下,工业机器人的普及率也在提高,相较于已有的自动化系统,工业机器人的应用,能够进一步提高企业的生产效率和生产质量,不断提升企业在市场中的竞争力。步进电机智能装配系统作为工业机器人的重要组成部分,通过整理步进电机智能装配系统设计要点,能够积累相应的设计经验
5、,提高工业机器人工作状态的稳定性。1 步进电机智能装配系统工作原理基于以往应用经验可以得知,磁通会沿着磁阻最小路径进行通过,如果此时步进电机的线圈处于不通电状态时,磁通转子内部会处于闭合的状态。为方便理解,以单四拍工作原理为例,具体内容如下:在1A相处于通电状态时,会继续保持相应力矩进行工作,在2A相处于通电状态时,此时定子磁场会自动转过90,此时系统当中的转子也会在电磁力作用下自动装过30,此时1B 相处于通电状态,随后转子也会继续转过30,以此为基础依次进行单相通电,而每一次通电都会使一相绕组进行通电,此过程中则属于单四拍,而装配系统则是在单四拍节奏中,进行上、下、旋转、位移等操作,从而完
6、成系统的相关操作。2 工业机器人步进电机智能装配系统设计要点2.1 系统硬件设计2.1.1 单片机最小控制系统。在整个智能装配系统硬件设计中,单片机最小控制系统属于基础设计内容,其设计质量也直接影响到控制系统的稳定运行。在整个系统的具体设计中,需注意以下内容:进行主控芯片选择,在实际应用中可选择DSPIC30主控芯片,该芯片拥有高性能RISC,内部也设置了DSP引擎,拥有良好的运行速度,整体分布的片源丰富度较高。并且芯片也拥有非常灵活的寻址模式,可以根据装配过程的实际需求,下达可靠的运行指令,以提高整个系统运行状态的稳定性。电源配置,为保证系统供电状态的稳定性,可选用5V直流电源为主控制芯片进
7、行供电,同时也使用了24V直流电为电机驱动进行供电。在芯片工作期间主要利用PWM 波形,来对功率开关进行通断处理,因此所使用的工作频率为10M 晶振,满足系统稳定运行的相关要求。2.1.2 功率驱动回路。结合系统的运行需求,在实际应用中会需要做好功率驱动回路的合理化设计,基于实际应用情科学与信息化23年9月上内文0907.indd 1072023/9/8 17:34:01 TECHNOLOGY AND INFORMATION工业与信息化108 科学与信息化2023年9月上况,具体的设计指标如下:电源设计,使用直流电来保证线缆的稳定运行,具体的电压数值为1250V;系统额定电流设计,需将其设置在
8、2A以内;控制系统转速,在实际应用中需要将转速控制在2501200r/min,以保持系统长期稳定运行的状态;对输出转矩进行控制,在对外输出频率保持某一定值时,对外的输出转矩也需保持恒定状态,而且调速范围也需控制在较宽范围内,以提高输出转矩运行状态的稳定性;基于装配系统的工作需求,需要将挡位细分为多组,最高数值为256组。从实际运行情况来看,所使用的主功率电路为IRFU120N,其应用参数需结合实际情况进行合理化设计,而且步进电机绕组设置为感性负载,满足稳定运行需求。2.2 驱动控制系统设计2.2.1 电流环设计。在装配系统驱动装置的设计中,电流环设计属于非常基础和重要的设计内容,其作用是可以对
9、整个步进电机绕组电流波动情况进行跟踪,如果电流出现了变化,也可以对电流工作状态进行动态控制,避免电流突变过大,影响到工业机器人工作状态。在具体的设计活动中,需要做好电流环的快速设计,依托智能装配系统自动控制原理可以得知,需要对某个变量的波动情况进行跟踪,同时在应用中也需要做好控制环内环设置,在调节变量和控制器相距较近时,所得到的反馈也更加及时,以此来维持整个电流环运行状态的稳定性。2.2.2 速度环设计。在驱动系统的设计中,也需要做好速度环合理化设计,在整个速度环的设计中,采用了PLC控制模式,此类控制方法在应用中,会依托智能控制方法来对系统运行参数进行控制,并且在整个参数的控制活动中,也需要
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