机器人焊缝跟踪驱动系统设计.doc

毕业设计（论文）报告I毕业设计（论文）任务书专业班级姓名一、课题名称：机器人焊缝跟踪驱动系统设计二、主要技术指标：用于机器人焊接过程中的焊缝跟踪1)二维滑台滑动范围:500×5002)最高移动速度：1mm/s3)最高移动速度：50mm/s4)开环定位精度：0.02mm三、主要工作内容：1）课题研究与发展趋势2）二维滑台机械系统设计3）维滑台的控制系统硬件设计4）KPCI882控制卡的功能说明与图纸四、主要参考文献：1张建民.机电一体化系统设计M.北京：北京理工大学出版社.19962林述温.机电装备设计M.北京：机械工业出版社.20003徐锦康.机械设计M.北京：高等教育出版社.20044叶伟昌.机械工程及自动化简明设计手册C.机械工业出版社.20015成大先.机械设计手册C.化学工业出版社.2002学生（签名）年月日指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系主任（签名）年月日毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目机器人焊缝跟踪驱动系统设计一，选题的背景和意义：计算机技术和微电子技术的快速发展，推动了传统产业的迅速发展，在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术推动着工业运动控制技术不断进步，出现了一种PC技术的运动控制，为开发和制造工业自动化设备提供了高效率的手段。这也必将促使我国的机电一体化技术水平不断提高，使我们的生活更美好。二，课题研究的主要内容：机器人焊缝自动化过程中，运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，所以研究运动控制卡是主要的一方面。大多用于控制步进电机或伺服电机，所以研究运动控制卡是主要的一方面。一般地，运动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统，要完成自动化过程，就要需要从以上的点一步一个脚印探索。三，主要研究（设计）方法论述：1、要求将所学知识应用于实际，设计合理、实用；2、驱动系统机械及电气系统总体设计，选择合适的零部件、元器件；3、设计驱动系统机械总装配图；电气系统电路图；4、汇编语言控制程序的设计；5、编制设计说明书。四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工作内容2009.8.12009.8.3查阅相关图书资料，并做好有关记录。同时在网上搜寻相关信息，下载有用的资料。2009.8.42009.8.5写好开题报告，准备论文材料2009.8.62009.8.10上网和结合自己所学的知识整理二维滑台机械系统设计2009.8.112009.8.16用电脑软件CAD等做好维滑台的控制系统硬件设计2009.8.162009.8.17完成毕业设计所有项目，做好所需要的必需图纸和说明2009.8.182009.8.19提交初步完成的毕业设计，在指导老师的帮助下进行修改，进一步完善初稿2009.8.202009.8.21仔细阅读毕业设计，查找基本错误2009.8.222009.8.30翔实相关论点、论据，积极准备毕业设计的答辩。五、指导教师意见：指导教师签名：年月日六、系部意见：系主任签名：年月日机器人焊缝跟踪驱动系统设计摘要：计算机技术和微电子技术的快速发展，推动了传统产业的迅速发展，在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术推动着工业运动控制技术不断进步，出现了一种先进的运动控制技术，为开发和制造工业自动化设备提供了高效率的手段。这也必将促使我国的机电一体化技术水平不断提高。运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与PC机构成焊缝跟踪驱动系统设计：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。关键词:二维滑台KPCI884运动卡控制步进电机Seamtrackingrobot-drivensystemdesignAbstract：Computertechnologyandtherapiddevelopmentofmicroelectronictechnology,promotedtherapiddevelopmentoftraditionalindustriesintheindustrialautomationofmachinerytherehavebeensomemovementdrivenbynewtechnologiestocontrolindustrialmotioncontroltechnologycontinuestoprogress,therehasbeenanadvancedmotioncontroltechnology,inordertodevelopmentandmanufacturingofindustrialautomationequipmenttoprovideahighlyefficientmeans.ThiswillalsofacilitatetheintegrationofChinasElectricalandconstantlyimprovetheMotioncontrolcardusedtocontrolprofessionalsportsorhigh-speedDSPchipasthecoremotioncontrol,mostofthemusedtocontrolsteppermotororservomotor.Ingeneral,themotioncontrolcardwiththePCbodyintomaster-slavecontrolstructure:PCmachineinterface,human-computerinteractionisresponsibleformanagementandcontrolsystems,suchasreal-timemonitoringofthework(suchaskeyboardandmouseofthemanagement,systemstatusshowsthattrajectoryplanning,controlcommandssent,externalsignalmonitoring,etc.)；ControlMotionControlCardtocompleteallthedetails(includingpulseanddirectionoutputsignals,automatictake-offandlandingspeedofprocessing,suchastheoriginandthelimitofdetectionofsignals,etc.).MotioncontrolcardisequippedwithanopenlibraryforusersinDOSorWindowssystemplatformdevelopedunderthestructureofthecontrolsystemrequirements.Keywords:two-dimensionalmovementKPCI884SlidesteppermotorcontrolcardNahtfurungrobot-systemdesignZusammenfassung：Computer-TechnologieundderrasantenEntwicklungderMikroelektronik-Technologie,fördertedierascheEntwicklungdertraditionellenIndustrieninderindustriellenAutomationvonMaschinengabeseinigeBewegungdurchneueTechnologienzurKontrolleindustriellerMotionControl-Technologieweitervoran,eswurdeeinefortgeschritteneMotion-Control-Technologie,umEntwicklungundFertigungvonIndustrie-Automatisierung,umeinhocheffizientesMittel.DadurchwirdauchdieIntegrationvonChinaüberdieelektrischeunddieständigeVerbesserungdertechnischenNiveau.Motion-Control-Karteverwendet,umprofessionelleSport-undHigh-Speed-DSP-Chip,wiedieKern-MotionControl,diemeistenvonihnenzurSteuerungSchrittmotoroderServomotor.ImAllgemeinenistdieMotion-Control-KartemitdemPCKörperinMaster-Slave-Struktur:PC-Maschine-Schnittstelle,Mensch-Computer-InteraktionistzuständigfürdieVerwaltungs-undKontrollsysteme,wiedieEchtzeit-ÜberwachungderArbeiten(z.B.TastaturundMausdesManagement-,System-Statuszeigt,dassdieFlugbahnPlanungs-,Kontroll-Befehlegesendetwerden,externesSignal,etc.)；derMotion-Control-Karte,umalleEinzelheiten(einschließlichderPulsundRichtungAusgangSignale,automatischeStart-undLandegebührenGeschwindigkeitderVerarbeitung,wiedieHerkunftunddieBegrenzungderErkennungvonSignalen,etc.).Motion-Control-KarteistmiteineroffenenBibliothekfürdieBenutzerinderDOS-oderWindows-System-PlattformimRahmenderStrukturderSteuerungAnforderungen.Schlüsselwörter:zwei-dimensionaleBewegungKPCI884FolieStepperMotor-Control-Karte目录引言.11课题研究与发展趋势.21.1课题背景.31.2课题相关研究及发展趋势.42二维滑台机械系统设计.52.1设计要求.62.2机械传动部分计算与选型.72.3滚动导轨的选型及计算.122.4步进电机的验算.133维滑台的控制系统硬件设计.153.1步进电机的控制方案比较.153.2控制系统电路图设计.164KPCI882控制卡的功能说明.224.1KPCI882软硬件功能简介.224.2连续脉冲驱动.234.3恒速驱动.244.4线性加减速驱动及参数设定示例.254.5脉冲宽度和速度的精度.264.6直线插补.274.7脉冲输出类型.275CAD图纸制作.286结束语.29致谢.30参考文献.31毕业设计（论文）报告1机器人焊缝跟踪驱动系统设计引言计算机技术和微电子技术的快速发展，推动了传统产业的迅速发展，在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术推动着工业运动控制技术不断进步，出现了一种先进的运动控制技术，为开发和制造工业自动化设备提供了高效率的手段。这也必将促使我国的机电一体化技术水平不断提高。1课题研究与发展趋势信息时代的高新技术推动了传统产业的迅速发展，在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术。本文主要分析和综述了运动控制卡的基本原理、特点和应用现状。运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心，大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地，运动控制卡与PC机构成机器人焊缝跟踪驱动：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作（例如键盘和鼠标的管理、系统状态的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自动升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系统。因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。1.1课题相关研究我国的数控装备业经过几十年的发展，虽然取得了很大的成就，但在些关键技术上还受制于国外，尤其在高性能(高性价比、高速、高效等)的运动控制系统方面。由于不能生产高性能的运动控制系统，因此无法集成复杂运动的整机。此外，随着网络技术的迅猛发展，英特网正把全世界的计算机系统、通信系统逐渐集成起来，这样，如何顺利解决“本地简单，异地复杂”的问题，也成为未来数控装备技术的关键。目前，使运动控制技术与网络技术有机结合，即基于英特网的运动控制技术研究,在国内外尚处于起步阶段。1.2运动控制器的现状与发展趋势运动控制技术是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。运动控能够快速发展有两大原因:其一是得益于计算机、高速数字处理器(DSP)、自动控制、网络技术的发展；其二是有庞大的市场需求。2二维滑台机械系统设计2.1设计要求2.1.1二维工作滑台总体方案设计要求总体方案设计应考虑机械系统运行方式,伺服系统的类型,计算机的选择,以及传动方式和执行机构的选择等(1)整个二维工作滑台系统应具有定位,纵向和横向的直线插补,圆弧插补功能；还应要求有急停等功能，因此，整个机械系统选连续控制系统。(2)在保证一定加工精度的前提下，应简化机构，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电机开环控制系统。(3)工作台纵向和横向运动是两套独立的传动链，它们由步进电机、联轴器、丝杠螺母副组成。(4)为了保证伺服系统的传动精度和平稳性，选用摩擦小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副，并应有预紧机构，以提高传动刚度和消除间隙。(5)采用矩形滚动直线导轨，以减少导轨的摩擦力。机械系统总体方案如图2-1所示。2.1.2设计任务机械结构布局图，A0图纸一张。要求重要剖面表达完整，向视表达完整，视图适合标准。2.1.3设计参数的确定（1）二维滑台滑动范围：mm500500；（2）工作台重量：NW2501；（3）机器人及其他部件重量：NW2000max2；（4）最低移动速度：smm/1；（5）最高移动速度：smm/50（6）设起动加速时间为：s5.0；（7）开环定位精度：0.02mm。2.2机械传动部分计算与选型二维工作滑台控制系统机械部分的计算与选型内容包括：确定脉冲当量，计算载荷力，滚珠丝杠螺母副的设计、计算与选型，步进电机的计算与校核等。2.2.1确定脉冲当量脉冲当量，是指一个脉冲所产生的进给轴移动量，用p表示。应根据工作台进给系统所要求的定位精度来选定脉冲当量。考虑到机械传动系统的误差，脉冲当量值必须小于定位精度值。因此，根据所给定的要求，可确定脉冲当量为脉冲/01.0mmp。2.2.2滚珠丝杠副的特点滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动。它是在丝杠和螺母滚道之间放入适量的滚珠，使螺纹间产生滚动摩擦，滚珠丝杠副因优良的摩擦特性使其广泛的运用于各种工业设备、精密仪器。与滑动螺旋传动或其他直线运动副相比，滚珠螺旋传动有下列特点：（1）传动效率高在滚珠丝杠副中，自由滚动的滚珠将力与运动在丝杠与螺母之间传递。因而以极小的滚动摩擦代替了传统丝杠的滑动摩擦，使滚珠丝杠腹地传动效率达到90%以上，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杠的1/3左右，发热率也因此大副降低。（2）定位精度高滚珠丝杠副发热率低，温升小以及在加工过程中对丝杠采取预拉伸并预紧消除轴向间隙等措施，使丝杠副具有高的定位精度和重复