盘类零件hub专用机器人y轴设计本科大学毕设论文

本科毕业设计（论文）盘类零件HUB专用机器人Y轴设计学院名称： 机械工程学院专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： 12机制2W学 号： 12321233姓 名： 贾 巧 娇指导教师姓名： 朱 巧 荣指导教师职称： 讲 师 二一六 年 六 月江苏理工学院毕业设计说明书（论文）盘类零件HUB专用机器人Y轴设计摘 要:本设计说明书简述了机器人的种类及在当代社会的应用趋势。另外，介绍了关于AMPCI9102的内部结构及应用方法。设计了一种用于夹取盘类零件的HUB机器人的Y轴。在设计过程中，应用AMPCI9102数据采集控制卡来实现计算机对盘类零件HUB专用机器人Y轴的运动控制。研究了如何利用AMPCI9102数据采集控制板对Y轴的方向、速度以及位移量等参数进行控制。以盘类零件HUB专用机器人为研究对象，研究设计了Y轴的一组电路（包括主电路和控制电路）并对进给机构进行设计。与此同时，运用VB6.0编制了对Y轴进行调试与实施控制的程序。而在进给机构的设计过程中，介绍了各零部件的功能和优缺点以及关于驱动电机的选用。关键词：HUB机器人；Y轴；AMPCI9102；伺服电机Design about Y-axis of The Disk Type Parts HUB Special RobotAbstract: During the period of this design, the kinds of robots and the tendency of application are described briefly. In addition, the inner composition and the method of application about AMPCI9102 are introduced. During this period, The data collection and control card of AMPCI9102 is applied to achieve the goal that the movement of The Disk Type Parts HUB Special Robots Y-axis can be controlled by the computer. The methods on AMPCI9102 data acquisition control panel how to control the direction, velocity and displacement of Y-axis have been studied. Based on The Disk Type Parts HUB Special Robot, the Y-axiss design about electric circuit (including main circuit and control circuit) and feed mechanism is researched. At the same time, a series of programs are written to debug or control the Y-axis by the software of VB6.0. Furthermore, during the period of designing the feed structure, each kind of part and driving motor are introduced about the function and relative merits.Keywords: HUB Robot; Y-Axis; AMPCI9102; Servo Motor目 录引 言1第1章 机器人与AMPCI910221.1 机器人概述21.2 数据采集控制板AMPCI91025第2章 控制系统电路设计92.1 电机和驱动器的选用92.2 控制电路接线方式的选用142.3 控制电路图设计152.4 主电路接线方式的选择与设计18第3章 盘类零件HUB专用机器人Y轴传动系统设计203.1 总体传动系统方案确定203.2 丝杠螺母副的选用213.3 轴承的选用253.4 联轴器的选用263.5 导轨的介绍和选用273.6 减速装置的选用28第4章 基于板卡的VB程序调试与应用304.1 VB数据采集概述304.2 对MITSUBISHIB变频器进行参数设置314.3 VB对AMPCI-9102数据采集卡函数的调用344.4 盘类零件HUB机器人Y轴程序运行调试与整机运行程序编制354.4.1 程序运行调试354.4.2 整机运行程序编制36总结与展望40参考文献41致谢42引 言伴随着全球机器人技术的迅猛发展和劳动力成本的日益增加，对替代人工操作的机器人进行大规模研发推广成为一种趋势。完善的机器人装备可以在较短的时间内建立起大规模的无人化工厂。因而，以工业机器人作为组成部分的自动化加工生产线得到了越来越多的推广。人们越来越多地运用智能编程技术，通过日常使用的计算机实现对各类机器人的智能控制以达到生产过程中各环节的个性化应用。HUB机器人系统可以实现一人值守16台机床的现代化生产要求。这将大大降低劳动力成本，也使机器人替代人类从事各项危险、有害作业成为可能。而可视化、日益简便化的计算机操作界面更是让机器人控制技术日趋完善进而推动机器人的快速发展。本次毕业设计正是通过计算机实现对盘类零件HUB专用机器人Y轴的控制。利用计算机进行VB语言编程来使AMPCI9102数据采集卡控制伺服驱动器，从而实现对盘类零件HUB专用机器人的伺服电机实施控制。因此，盘类零件HUB专用机器人Y轴设计是机械工程专业本科生顺应时代潮流，对于机电结合的一次设计实践。该课题的研究实践涉及大学该专业所学，除了可以使设计者巩固机械设计、电工与电子技术、机械制图等所学知识。此外还可以拓展运用电气控制、程序语言等方面的知识，在整个安装调试的过程中可以培养设计者发现问题、解决问题的实际操作能力以及将理论灵活运用到实践中的创新性思维。有利于培养设计者独立完成工作的能力，对于今后的发展也大有裨益。本次主要研究内容有以下几个方面： 1、设计伺服驱动系统的主电路和控制电路，并接线； 2、HUB机器人Y向进给机构装配图及典型零件图设计； 3、编制VB控制软件，调试Y轴驱动系统； 4、参与数控机床改造网站建设； 5、撰写毕业设计说明书，整理全部有关资料文档。由于设计者的水平有限，经验不足，本说明书难免有不妥和错误之处，敬请审阅者批评指正。第42页 共41页第1章 机器人与AMPCI91021.1 机器人概述 机器人(Robot)是一种既可以运行编制好的程序，也能接受人类指令，还可以根据以人工智能技术基础作为行动准则自动执行工作的机器装置。其目标是在建筑业、生产业、或是其他危险的工作领域方面协助或取代人类工作。我国的机器人,基于使用环境的考虑，可以被分为特种类和工业类机器人。特种机器人包括水下机器人、军用机器人、服务机器人、农业机器人、娱乐机器人、机器人化机器人等，是一种服务于人类、应用在非制造业行业的各种智能化机器人。而工业机器人则是针对工业领域的多关节机械手或者多轴自由度机器人。图1-1 直角坐标型工业机器人主要由驱动、主体和控制系统几个模块构成。大多数工业机器人有3个或者5个自由度,有时也会有6个自由度。抓取和移动是工业机器人最主要的功能。而良好的伺服控制驱动系统和精巧的机械结构是这两项功能实现的基础技术。工业机器人可以被分为以下四种基本结构。1.直角坐标型(如图1-1所示)：它有三个移动关节，三个移动关节可以作三个方向的独立位移,而不会互相受到干扰。此种类型的机器人，有较高的定位精度，微机控制较为简便。其不足是所占空间较大，运动方式不够灵活自如，运动的速率相对来说也比较低。2.圆柱坐标型（如图1-2所示）：它有一个转动关节和两个移动关节，末端操作器的安装轴线的位置通过(z,r,)坐标来表示。此种型式的机器人，所占的空间范围较小，但其工作空间较大，末端执行机构可获得较高的运动速率。它的缺点是末端执行机构离Z轴愈远，其执行位置精度越低。图1-2 圆柱坐标型3.球坐标型（如图1-3所示）:它有一个移动关节和两个转动关节，末端操作器的安装轴线之位置由(,，r)坐标来表示。此型式的机器人，所占据的空间范围同样比较小，工作空间较大。图1-3 球坐标型4.关节型操作型机器人（如图1-4所示）:肩关节肘关节两个自由度可进行转动，而机身上部则相对于机身下部可实现另一自由度的转动。腕关节的转动属于末端执行机构的自由度。该种结构的机器人，所占空间相对较小，而工作区间相对较大，还可以轻松地绕过机身四周的障碍物，是当前普及较多的一种机型。图1-4 关节型操作型面向工业方面的应用行业主要有机械加工业，汽车业等。而工业机器人衡量可靠性性能的指标主要有作业范围、负载、精度速度等，这些可以反映其作业能力。目前，国内研究热点包括各种形式的作业臂、新型驱动、控制方式等。而盘类零件HUB专用机器人是用来搬运盘类零件的一种专用机器人。本次设计采用直角坐标式设计完成盘类零件HUB专用机器人Y轴的设计，完成从伺服控制系统到整体结构设计。1.2 数据采集控制板AMPCI9102AMPCI-9102板卡属于PCI总线通用数据采集控制板，它可以直接安装到具备PCI插槽的个人微机的或者工控机（如图1-5）当中。它可构成频率测量、脉冲计数、脉冲信号发生器等电路。另外还具备采集数字量电压信号和模拟量电压信号、监视输入和数字量电压信号输出、模拟量电压信号输出及计数定时系统等功能。可被选择的双端8路/单端16路的模拟量数据采集输入通道被AMPCI9102提供, 此通道具有程控放大功能,它可以直接驱动6路16位计数定时通道(二片82C54)。它的所有读写操作能力均为16Bit。该采集板结构如图1-6所示。 图1-5 数据采集卡的安装与接线图1-6 AMPCI-9102 1、数字量输入/输出插座J1定义（如图1-7）： 图1-7 信号输入/输出插座定义2、跨接线选择定义：JP1、JP2：模拟信号单双端输入选择跳线a: 单端输入：JP1的1、2短接，3、4短接，JP2的1、2短接（出厂状态）如图1-8。图1-8 单端输入（出厂状态）b: 双端输入：JP1的2、3短接，4、5短接，JP2的2、3短接图1-9 双端输入在本次设计当中选用单端输入，即默认出厂状态。第2章 控制系统电路设计2.1 电机和驱动器的选用步进电机是按照固定的角度非连续地、一步一步地旋转的。它可直接实现数字控制。在没有超载的情况下，脉冲信号的频率以及脉冲个数决定了它的转速和停止的位置，而不是被负载变化影响。通过控制脉冲个数可以对角位移量进行控制，但由于它的非连续性，所以不能定位到任意位置，只能是尽可能地接近，且它属于开环控制。它适用于传动功率不大的关节型机器人。交流伺服电机在调速性能方面优于步进电机，其精度取决于编码器的精度（线数），而增量式编码盘的反馈可以达到步进电机达不到的精度。因为它本身具备发出脉冲的功能，因此伺服驱动器就和伺服电机编码器的脉冲之间可以形成呼应，所以属于闭环控制。而它的响应速度也快得多。因此，步进电机和伺服电机的区别在于：1、控制精度不同：前者的相数和拍数的多少决定了精确度的高低，而后者取决于自带的编码器，精度随着编码器的刻度的增多而增多。而后者的精度一般优于前者。2、控制方式不同：一个是开环控制，一个是闭环控制。3、低频时表现不同：在低速时前者需要采用阻尼技术或细分技术将低频下振动的现象克服。而后者运转一直很平稳，不可能出现振动现象。因为它具备共振抑制的功能，可以很好地检测出机械的共振点从而利于系统做出调整。4、矩频特性不同：交流伺服电机输出方式为恒力矩输出，而步进电机的输出力矩则会随转速升高而下降。5、过载能力不同：步进电机一般不具有过载能力，而交流电机具有较强的过载能力。6、运行可靠度不同：前者承受载荷过大或者启动时，容易产生堵转或丢步的情况，而停止时又容易出现过冲现象。而对于交流伺服驱动系统来说，其驱动器可以直接采集电机编码器的反馈信号，其内部可以构成速度环路和位置环路一般不会出现前者会出现的情况，控制性能较步进电机更为可靠。7、速度响应快慢不同：从静止达到工作转速，步进电机需要上百毫秒的加速过程。相反，交流伺服系统的加速性能较步进电机好得多，一般只需要几毫秒，可以应用于要求快速启动或者停止的控制场所。依据以上逐条的分析比较，在各个性能方面，步进电机都比交流伺服电机显弱，因此在现有实验设备情况下， 本次设计采用了日本三菱公司的MR-J3-A伺服放大器，该伺服放大器较之三菱通用伺服MELSERVO-J3系列具有功能更加丰富、性能更优越的优点。本伺服放大器不仅可以用于普通工业机械和机床的高精度定位以及平滑的速度控制同时还可以用于线控制和张力控制等领域，其应用渠道十分广阔。另外，本产品具备USB和RS-422串行通信的功能，可以采用带有伺服装置的PC机来对参数进行设定、调试运行、对状态显示的监控以及增益调整等活动。此伺服放大器可以自动调整伺服的增益。MR-J3-A伺服电机采用了极高分辨率的绝对位置编码器，因此，它可以实施更为高精度的控制。 伺服放大器在安装好电池后就可保持绝对位置检测功能。而进行过初始原点的设定后，在开启开关和报警发生时都不用再次进行原点的重设。由于交流伺服电机在数控机床中被当做执行元件，所以转子速度的变化需要能够很好地反映控制信号，当没有控制信号时转子就不转动，而当它在转动时，假如控制信号突然消失，转子就要随之迅即停止。其控制模式含速度控制模式、位置控制模式和转矩控制模式三种。(1) 速度控制模式通过参数设置的内部速度指令或外部模拟速度指令可以对伺服电机的速度和方向进行高精度的平稳控制。此外，该模式还具有加减速时间常数设定功能可用于速度指令、伺服锁定功能（在停止时）以及速度指令偏置自动调整功能（用于外部模拟量）。 (2)位置控制模式: 该模式具有位置平滑功能，它可以根据机械情况从既有的两种模式中进行选择。 比如当位置指令脉冲急剧变化时，它可以使启动和停止更平稳。另外该模式还可以使用最大1Mpps的高速脉冲串，使其对转动方向以及速率两个因素实施命令，进而实现高分辨率的高精度定位。另外，在该模式下，为了限制转矩，还使用了嵌位电路。通过外部模拟量输入或参数设置的方式调整可以实现对转矩的限制。(3) 转矩控制模式 伺服电机的输出转矩可以通过内部参数设置的转矩指令或外部模拟量转矩输入指令来控制。该模式下可以对速度进行限制，此功能可用于张力调控等场所，可以防止无负载时电机速度过高的现象。伺服放大器接线原理：根据三菱公司提供的技术资料，连接HF-KP13伺服电机与MR-J3-A伺服驱动器接线原理图与真实接线模块如图2-1。MR-J3-A伺服驱动器不同的控制模式的控制信号接口CN1有其不同的连接方法，本次设计采用位置控制模式，其信号连接状态如图2-2所示。图2-1 伺服放大器与伺服电机的连接三种控制模式可以通过CN1接口用外部信号LOP进行相互切换（图2-3）。当参数PA01为0001H时，可进行位置/速度切换；当参数PA01为0003H时，可进行速度/转矩切换；当参数PA01为0005H时，可进行转矩/位置切换。本实验装置设置参数PA01为0000H，工作状态采用位置控制模式。位置控制模式的控制信号有多种指令输入形式，可以通过设定参数PA13指定。参数默认为0000H，以正逻辑的方式进行正反脉冲串控制；如果采用脉冲和方向（脉冲串+符号）作控制信号，则该参数设置应为0011H（负逻辑）或者0001H（正逻辑）。本实验控制方式采用正逻辑、脉冲串+符号，因此，设定参数PA13为0001H，见图2-5所示。脉冲和符号信号通过编程，由数据采集卡发出，数据采集卡与CN1的连接如图1-5右和表2-1所示。图2-2 位置控制模式信号连接 表2-1 数据采集卡与CN1的连接图2-3 CN1接口及接线图此伺服放大器MELSERVO-J3共有7个连接口分别为CN1，CN2，CN2L,CN3，CN4，CN5 ，CN6接口。接口见下图2-4。图2-4 伺服驱动器全部接口标示图2-5 指令脉冲输入形式 2.2 控制电路接线方式的选用控制电路接线方式有两种方式可供选择，分别为集电极开路方式和差分驱动方式。集电极开路，事实上仅仅是一个NPN型三极管，不会输出任一特定电流值或者电压值（即三极管的集电极上什么都不接）。其取决于三极管基级所连接的集成电路，通过使它的发射极接地，集电极开路而输出。通过集电极开路的输出装置，能够让逻辑门输出端的直接并联使用。而差分放大电路可以抑制共模信号并且放大差模信号，通过电路参数的负反馈作用以及对称特性，可以使静态工作点稳定。根据输入输出方式，差分放大电路被分为四种电路。按共模负反馈的形式被分为两种类型。差动脉冲各方面情况都较集电极开路方式好一些。总的来说，其主要区别是差动方式的频率要高些，接线距离可以远些，抵抗干扰的能力更强一些，对应的定位模块，价格也会偏高一些。综合考虑差分驱动方式更能满足长期使用的需求。2.3 控制电路图设计本设计使用AMPCI9102数据采集卡通过J1模块连接伺服驱动器CN1口，同时与变频器相连。伺服驱动器CN1口的24V接线端与变压器接线端相连。其余接线与J1模块相连接。接线图如图2-6。图2-6 CN1口接线方式以下是位置控制模式下CN1对应接口示意图（图2-7）：图2-7 CN1接口标示以下是CN1部分接口对应功能（表2-2）:表2-2 CN1部分接口标示含义以下是CN1接口对应含义（表2-3）：表2-3 接口标示全注图2-8 控制电路接线图根据以上位置控制模式信号连接图以及CN1接口及接线图设计所需要实现功能的控制电路连接原理图，如图2-8。2.4 主电路接线方式的选择与设计主电路的连接方式较多，现仅介绍常见的几种：1、三相五线制电路：三相五线制的配电方式是由一根零线和三根相线再加上一根接地线组成的。出于安全性角度考虑，目前很多场所基本上都被要求采用该种配电方式。A、B、C、N和PE是其对应的五根线。其中，为了保证用电安全，PE线则被专门用来接到类似器件外壳等方面，作为保护地线使用。N线和PE线在供电变压器的那一侧被接到一起，但PE线在进入用户端后如果被当作零线来使用的话就可能在实际生活中引发有关电的事故。零线与PE线的本质区别在于： PE线仅仅起保护作用，而零线则需要形成回路，。2、三相四线制电路：大多数时候，指的是660V或者380V，又或者是220V的低压线路。在低压配电网中，一般输电线路会使用该电路。而A,B,C三相指的是三条线路，而另一条N则作为中性线。在三相系统中，三相平衡时，零线（中性线）不存在电流的，所以才会被称作三相四线制；不论中性线还是保护接地线，在用户侧都需要采用重复接地，以提高安全性。但是，重复接地只可以在接地点或者接近接地点的地方接到一起，一定不能在任意位置尤其是室内接在一起。3. 三相三线制电路：一般性而言指的是10KV及以上的高电压线路。不引出中性线的星型接法与三角形接法为三相三线制，没有中性线。电力系统高压架空线路一般采用此种方法，三条线路通常是指U,V,W（a,b,c）三相。三根线有时呈三角形分列，有时是水平分列；对每一相有时是单独的一根线，也有的时候是分裂线。依靠分裂导线可以降低线路电抗以及电晕损耗，多根线拼在一起作为一个相线时，三相交流发电机向外供电的方式是通过三个绕组的始端引出三根火线。大部分供电局为了解决回路带来的问题 很多时候V相充当回路作用,无电流和电压。因为三相五线制是最安全的接线方式且也是国家规定的安全用电的接线方式，所以，我们优先选用作为主电路连接方式。以上三种接线方式参见如图2-9。图2-9 主电路三种主要接线方式考虑到实验室基本情况我们采用单相三线制的接线方式使用220V交流电压，这种接线方式将安全性作为首要考虑因素，其次是考虑使用情况。因为实验室设备不宜采用会对学生安全造成隐患的三相电，所以在本次设计中我们使用单相三线制接线方式。根据伺服驱动器使用说明书对主电路连接方式接线接法（如图2-1）的介绍，本次使用的毕业设计实际接法如图2-10所示。图2-10 主电路接线图第3章 盘类零件HUB专用机器人Y轴传动系统设计3.1 总体传动系统方案确定 机器人传动系统设计要从需求出发考虑诸多要素，比如是为了实用还是为了研发，设计周期需要多久，性能优先还是价格优先。本次设计的盘类零件HUB机器人Y轴传动系统，显然是从实用的角度考虑，而作为实用的角度性价比也要尽量高，这就要求我们要尽量使用标准件，减少非标件，以达到尽可能减少成本的目的。而HUB本身的含义就说明要有系统集成的思路，故而可采用模块化设计方式，缩短设计周期。因为模块化的设计可以很好地处理规格、设计周期以及产品品种之间的需求。其模块化设计的流程，如图3-1所示。图3-1 模块化设计思路流程 对于专用机器人来说，执行元件的执行位置精度直接受到传动精度的影响。进给运动不管是连续控制还是点位控制都属于数字控制系统的直接控制对象。为了达到让运动过程更为可靠，各配合件、连接件之间的摩擦力更小的目的，所以，进给运动的机械结构一般需要有传动系统的精度和刚度好、尽量减小运动惯量，具有适当阻尼、消除系统中的间隙等特点。盘类零件HUB专用机器人对于抓取重量的要求不大，活动空间要求也较小，所以轴总长一般在1米以内。在满足强度和刚度的条件下，零部件可尽量选择轻质材料。而具有定位功能的支承板可采用板筋结构。另外各零件在空间的合理分布可以减小倾覆力矩。在本设计中，整体运动只涉及通过伺服电机驱动，将回转运动通过滚珠丝杠传动转化为直线运动。 所以整体结构的选用可被分割为以下几个方面：(1)工作台进给运动采用滚珠丝杠螺母副结构；(2)滚珠丝杠支撑方式采用一端固定，一端铰支；(3)伺服电机与滚珠丝杠间采用联轴器连接；(4)支承轴承选用一个深沟球轴承和2个并列的角接触球轴承。3.2 丝杠螺母副的选用 伺服电机的转动要借丝杠螺母副转变成为直线运动，其定位精度要在士0.02mm以内，由于滑动丝杠副容易出现爬行现象、精度不高，寿命短，滚珠丝杠副一般用于精密传动，有动态响应快、传动灵活、寿命长、精度保持性好等优点。所以选用滚珠丝杠副。其组成和主要尺寸如图3-2所示。图3-2 滚珠丝杠副的组成和主要尺寸关系1一滚珠丝杠;2一滚珠螺母体;3-滚珠滚珠丝杠副的特点有：（1）摩擦损失小，传动效率高，可达0.90-0.96；（2）丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高传动刚度；（3）摩擦阻力小，几乎与运动速度无关，动静摩擦之差极小，可以使运动保持平稳，在低速时不会产生爬行现象。滚动形式，磨损较小、寿命较滑动形式长、可以保持良好的精度；（4）不能实现自锁，运动具有可逆性，因此丝杠以竖立的形式使用时，需要增加制动装置或者抱闸机构。滚珠丝杠螺母副在结构上，有两种情况：循环时，滚珠有的时候会和丝杠脱离接触的情况被叫做外循环式，而滚珠始终与丝杠保持接触的形式被称为内循环式。外循环式由于制造工艺简单，价格较为便宜，因此被广泛应用。但由于其滚道接缝处没办法制作尽量光滑，所以极易对滚珠滚动的平稳性产生影响，严重时甚至会发生卡珠现象，且外循环式噪声很大。与此相反，内循环式的滚珠丝杠螺母副的结构紧凑、定位可靠，除此之外，它还不易发生磨损、有良好的刚性、来回的滚珠路径短、滚道堵塞的情况基本不会发生、摩擦损失很小等优点。其缺点是它的结构复杂因此制造较困难，价格较高，而且不能用于多线螺纹传动。对比可知，由于本次设计不需要使用多线螺纹传动，所以采用内循环式更符合要求。而内循环式又分为浮动式和固定式。根据两者特点分析，本次设计选择固定式。表3-1 内循环方式比较滚珠丝杠螺母副有多种预紧方法，其方法都是使两个螺母生出轴向位移，旋加预紧力从而将它们之间的间隙消除。由于垫片调整法刚性好且结构不复杂、可靠性好，此外本次设计不需要在工作中经常性地调整垫片。所以本次毕业设计采用此种预紧方法，来使螺母产生轴向位移，施加预紧力。在滚珠丝杠螺母副的选取过程中，最先需要定下来的是名义直径、螺距、滚珠直径等必要的数据。而在明确螺距t 时，通常情况下，丝杠的刚度要求和承载能力必须被考虑。第一步，选定名义直径D，然后依据名义直径D尽量选用比较大的螺距。由于滚珠丝杠传动副主要为标准件，所以在满足其临界转速和额定动载荷后。本次设计选用米思米品牌的滚珠丝杠，其螺距为5.10mm，轴径为20mm，其型号为BSSC(k)2505，如图3-3所示。滚珠丝杠固定方式有两端固定, 一端固定、一端自由，两侧铰支以及一侧固定、一侧铰支四种。这里考虑两侧固定或者一侧固定、一侧铰支两种。两侧固定方式的结构筒单、轴向刚度小、适合并用在对位移精度和刚度要求都不高的中等回转速度的滚珠丝杠上。对丝杠的热伸长较敏感，所以要安装在离伺服电机较远处。图3-3 滚珠丝杠BSSC（k）2505两端固定方式如图3-4所示。一侧固定，一侧铰支的优点是，丝杠无论是动态还是静态，稳定性都较高，适用于中等回转速度；轴向刚度较大、结构稍微有些复杂，适合被用在对位移精度和刚度的要求都比较高的滚珠丝杠安装上。一侧固定，一侧铰支方式。 滚珠丝杠必须进行润滑，可采用润滑油或者锂基油脂，同时要对其进行防尘密封处理。如使用接触式或非接触密封垫圈、螺旋式弹簧钢带等，用来防止硬性杂质或者尘土落入丝杠。其分布形式，如图3-5所示。 图3-4 两端固定图3-5 一端固定，一端铰支滚珠丝杠必须进行润滑，可采用润滑油或者锂基油脂，同时要对其进行防尘密封处理。如使用接触式或非接触密封垫圈、螺旋式弹簧钢带等，用来防止硬性杂质或者尘土落入丝杠。其分布方式，如图3-6所示。图3-6 分布结构1一外罩; 2一轴承; 3-压盖4一预压固定螺栓; 5-防尘密封圈; 6一隔圈；3.3 轴承的选用滑动轴承摩擦阻力比滚动轴承大，一般被应用于不便安装滚珠轴承的地方。所以本次设计中采用滚动轴承，选择滚动轴承的类型要考虑多种因素，可参考化学工业出版社第五版第二卷表7-2-1和表7-2-3以及根据下列几个主要因素进行综合考虑。1、轴承的刚性。可通过适当“预紧 提高轴承的刚性。一般球轴承的刚性小于滚子轴承。2、旋转精度。一般情况下，机械中0级公差轴承均可被选用。3、轴承工作转速。4、轴向载荷的方向和大小。例如安装对中性差且存在壳体或轴变形大的情况，可以选用调心滚子袖承或者调心球轴承。又如径向载荷大、轴向载荷小时，可以选取内外侧都有挡边的圆柱滚子轴承或者深沟球轴承；如果径向载荷小，轴向载荷大，推力圆柱滚子抽承和推力角接触球轴承都是不错的选择。如果同时还要求调心性能，则可以选用推力调心滚子轴承。5、允许空间的大小。6、摩擦力矩。需要低摩擦力矩的机械(如仪器)，应尽量采用球抽承.还应避免采用接触式密封轴承。7、安装与拆卸。在装卸频繁时，可选用调心球轴承，或者带退卸套或者紧定套的调心滚子轴承，或内圈为圆锥孔的或者分离型轴承。8、轴向游动。轴承配置通常选用一端固定，一端游功的方式，用来适应轴的热胀冷缩。因此，一方面可以选用在内圈与轴或者外圈与轴承孔之间采用间隙配合，另一方面也可以内圈或外圈无挡边的轴承，以保证轴承游动方式。滚动轴承分类，如图3-7所示。图3-7 滚动轴承分类本次设计使用一个深沟球轴承和2个单列角接触球轴承，如图3-8所示（图左为深沟球轴承，图右为并列放置的角接触球轴承）。深沟球轴承选用NACHI品牌的6002ZZE轴承，其外径为32mm,内径为15mm，厚度为9mm。单列角接触球轴承选用SH品牌的7002AC/C型号，同样其内径为15mm，外径32mm，厚度9mm。图3-8 深沟球轴承（左图）和角接触球轴承（右图）3.4 联轴器的选用由于制造及安装误差的存在、承受载荷后的变形以及温度变化等因素的影响，通常不能使联轴器所连接的两轴保持严格的对中性，而是会产生一定的相对位移。这要求我们设计联轴器时，首先要从结构上采取各种措施来使之具有一种能适应一定范围的相对位移能力。联轴器可根据对于各种相对位移是否存在补偿能力，分为有补偿能力的挠性联轴器和无补偿能力的刚性联轴器两大类。由于这里的伺服电机和丝杠的轴在同一直线上具有很好的对中性，但存在轴向位移，而梅花型联轴器（如图3-9所示）不仅具有较大的轴向、径向和角向补偿能力，还具有径向尺寸小、减振、缓冲、承载能力较高、不用润滑、维护方便、转动惯量小等特点，适用于中高速场合。所以选用梅花型弹性联轴器能很好地满足结构要求、且结构相对简单、便于安装。本次设计使用型号为LK8-80-3236的新式固定式的定位螺丝梅花联轴器。图3-9 定位螺丝固定式梅花联轴器 3.5 导轨的介绍和选用 导轨是工作台系统的重要组成部分，起支撑和导向作用。本次设计的导轨选用直线运动导轨，直线运动导轨根据接触面的摩擦性质可以被分为滑动导轨、静压导轨和滚动导轨三大类。（1）滑动导轨：它是机床上使用最多的导轨形式。它具备结构不复杂、操作简单、刚度良好、抗震性能高等特征。但其缺点是静摩擦因数大，而且动摩擦因数随速度变化而变化，在低速状态下容易出现爬行的情况而降低运动部件的定位精度，因摩擦而带来的损失也大。（2）静压导轨：其形式主要是将具备相应压力的油液，经过节流器运送到油腔当中，从而形成具有一定承载能力的油膜，将相互接触的导轨面隔开，实现液体摩擦的形式被称为静压导轨。这种导轨的摩擦小从而使提高了机械效率，能够长时间地保持导轨的导向精度。承载油膜具有良好的吸震性，低速下不易产生爬行。但是该类导轨结构错综复杂，且需要配备一套特定的供油装备。所以不适合应用在本次设计当中。（3）滚动导轨 滚动导轨要在导轨面的间隙里安装滚针、滚珠、滚柱之类的滚动体，从而令导轨面相互间呈滚动摩擦的形式而不是滑动摩擦。它与滑动导轨相比，具有灵敏性高、摩擦阻力较小，且其动摩擦因数与静摩擦因数差距很小等优越性。尤其是低速时，它不会像滑动导轨容易出现爬行现象；它的重复定位误差可达0.2um，所以定位精度很高；因为牵引力小所以移动轻便；而很小的磨损使它的精度保持性很好、有很长的寿命。要设计的盘类零件HUB专用机器人Y轴进给机构需要承受的载荷不大，但需要较高的定位精度，尽可能小的脉冲当量。因此选用直线滚动导轨。因为选取的导轨必须满足导轨直线度小于定位精度的1/3 (约为0.013mm)。所以根据表3-2所示，滑轨长度及定位精度的要求，可选定导轨的精度等级为H12。考虑到导轨精度和长度方面的要求，本次设计决定选取MGN系列的导轨。3.6 减速装置的选用为了放大电动机的输出转矩以及圆整脉冲当量，减小机械部件传送到电动机旋转轴上的惯量，在选择了伺服电动机和滚珠丝杠副之后，有可能需要用到减速装置，且应具有消除间隙的机构，如果要选用减速装置，则应该选用无间隙齿轮传动减速箱。表3-2 导轨的精度等级第4章 基于板卡的VB程序调试与应用4.1 VB数据采集概述VB属于微软公司开发的Windows环境下的编程语言，使用方便，开发效率高，容易上手。它有丰富的函数和控件，可以充分发挥Windows系统的性能，因此对于应用程序、数据库、人机界面的开发极为方便。运用VB开发Windows环境下的工业控制和数据采集软件也比较简易。特别是软件界面设计非常简约，所需要的开发周期较短，编程的工作量也较小。对于非计算机专业的工程技术人员掌握和使用起来非常合适。使用VB完成数据采集工作，通常要编制DLL和ActiveX控件。再使用VB的API功能调用和控件调用，实现对模拟量输入或者输出、数字量输入或者输出还有计数等功能。根据VB应用来说，一般厂商都会为他们的数据采集卡提供丰富的DLL函数和ActiveX控件，以此灵活地实现各种数据采集功能。VB中的工程由类似于Windows窗口有控件、有代码的窗体和无用户界面的代码模块组成，而模块里包含一个个代表过程的子函数，可供调用。VB较其他程序开发语言具有以下优点： VB较其他程序开发语言具有以下优点：1、可见的编程方式。传统形式的程序设计语言是通过编程代码来设计使用界面的，界面的实际显示效果无法在设计的过程中被开发员看到，只有在编制完成程序之后才可以看到，而VB语言的最大好处就是开发者只需按照设计好的进行屏幕布局，使用软件的自带功能模块可以在屏幕上直接画出各种控件，并定义好所有的图形属性。2、面向对象的程序设计。VB与JAVA,C+等语言存在较大的不同。它是把程序和数据封装起来整体作为一个对象来处理，并且赋予每个对象相应的属性。3、结构化程序设计语言。VB语言用子程序和函数来实现这种结构化设计，使其对象更具体直观。4、事件驱动编制机制。VB执行对象可以以事件的形式，每一个事件都可以通过一段程序来实施完成，而一个对象当中可以包含多个事件。在使用VB编制设计程序时，只需要针对这些事件进行编码，而不需要编制具有明显的开始和结束标志的程序。5、具有强大的功能与开放的特点。VB语言的语法虽然不算复杂，但是却可以实现较为繁杂的功能，这是因为它具有开放式的特点。VB编程界面如图4-1所示。图4-1 VB编程界面图4.2 对MITSUBISHIB变频器进行参数设置对变频器进行初始化的参数设置，才能保证VB程序能正常控制盘类零件HUB机器人的运作。其变频器面板MITSUBISHI如图4-2所示。变频器参数Pr.79用于设置运行模式，本次设计中Pr.79参数可以设置为除1以外的任意值，因为需要来自外部程序即VB程序发出的控制信号驱动电机转动，所以必须将工作模式置于外部模式。其变频器运行模式范围如图4-3所示。图4- 2 MITSUBISHI变频器面板图4-3 变频器运行模式首先，设置变频器79号参数，根据图4-3变频器运行模式使其工作于模式2，通过面板上的按钮PU/EXT可以切换到EXT模式，这样就可以使变频器受外部信号控制。1、 MITSUBISHI变频器面板操作类型及实施方法，如表4-1所示。表4-1 MITSUBISHI变频器面板操作类型及实施方法操作方法模式切换MODE频率等参数设定左侧大旋设置数据，用SET确认启动RUN或者外部控制PU和外部运行模式切换PU / EXT停止和复位STOP / RESET2、MITSUBISHI变频器基本操作步骤，如图4-4。 图4-4 MITSUBISHI变频器基本操作2、 MITSUBISHI变频器79号参数设置接通电源后，首先，等待变频器出现监视画面，然后一起按下PU/EXT和MOD两个按钮，在持续一会儿之后可以看到闪烁的信号，即可进入79号参数，进行设置。旋转变频器上左侧选钮，直至显示79 - 2后，按下SET键确定。此时，变频器工作于模式2，通过按钮PU/EXT可以切换到EXT即外部模式，这是我们预期希望的变频器工作模式。4.3 VB对AMPCI-9102数据采集卡函数的调用在使用时用户可直接通过VB编程软件调用函数Am9102.dll而不用具体的关心I/O端口，通过调用Am9102.dll完成输入输出操作。全部函数如下：（1）打开AMPCI设备：函数：BOOL _stdcall AM9102_Open(handle *phPLX9052, word nCardNum)功能：打开AMPCI-9102卡 入口有效参数：nCardNum = 0，1，2，3出口返回值：1打开设备成功，0打开设备失败（2）对某通道模拟量进行一次A/D变换：函数：函数：WORD _stdcall AM9102_AD(handle hPLX9052, word CH, word Gain)功能：对某通道模拟量进行一次A/D变换有效的入口参数：CH是通道号，其取值区间为0-15，对应的模拟量输入通道为0-15Gain-增益，取值范围0-3，对应程控放大倍数1/2/4/8出口返回值：A/D转换结果，输出范围0000-0FFF（3）某通道模拟量输出进行一次D/A变换：函数：函数：void _stdcall AM9102_da(handle hPLX9052, word CH, word date)功能：输出一次D/A变换 有效的入口参数：CH是通道号，其取值区间为0-3，对应D/A模拟量输出通道1-4 date-D/A转换数值，取值范围0000-0FFF出口返回值: 无（4）16BIT开关量输出：函数：void _stdcall AM9102_do(handle hPLX9052, word date)功能：输出16BIT数字量入口有效参数：date-输出数值，取值范围0000-FFFF出口返回值: 无（5）16BIT开关量输入：函数：word _stdcall AM9102_DI(handle hPLX9052)功能：读入16BIT数字量输入状态入口有效参数：无出口返回值: DI-输出数值范围0000-FFFF（6）写计数定时器82C54-A或82C54-B 函数：void _stdcall AM9102_WR8254(handle hPLX9052, word CS, word CH, word date)功能：写计数定时器82C54计数数值或控制字入口有效参数：CS-0或1：0时写82C54-A,1时写82C54-BCH-寄存器号：取值范围0-3，0/1/2对应82C54通道0/1/2的数据寄存器，3为选择写控制寄存器。date为要写入的数值：它的取值区间是0000-00FF,需要写入的计数值或控制字，需要留意的是，当82C54工作在16位计数工作方式时,计数值应该分两次写到82C54,而此时82C54是8位数据操作。出口返回值：无（7）关闭AMPCI设备：函数：void _stdcall AM9102_Close(HANDLE hPLX9052)功能：关闭某一AMPCI9102卡入口有效参数：无出口返回参数：无4.4 盘类零件HUB机器人Y轴程序运行调试与整机运行程序编制4.4.1程序运行调试根据程序运行调试过程，可以判定是否能预期达到预定位置或者实现预期功能，从而检查是否机构配合或者变频器设置等方面是否存在问题。待调试完成后，编制相应所需程序，以备调用。工程1、轨迹仿真基础设置起始点：PSet (500, 100)，编程示例：Private Sub Command2_ Press() PSet (500, 100)End Sub测试轨迹是否按预期进行：利用LINE-STEP（60,20），vbGreen，改变坐标数据，测试轨迹仿真过程，用vbRed、vbGreen等控制界面轨迹走线颜色。编程示例：Private Sub Command1_Press () Line -Step(50, 30), vbGreenEnd Sub3、 测试电机正反转是否按控制程序预期实施：用Yz、Yf控制Y电机正转或反转一步，用YJz、YJf接受键盘连续控制Y电机的正转和反转。编程示例： Private Sub Command3_Click() For a= 1 To 125 让Y电机连续反转125步 Yf NextEnd Sub4.4.2 整机运行程序编制1、主函数：Private Sub Main() Dim back As Integer back = AM9102_Open(hPLX9052, 0) 0为AMPCI9102卡号 判断返回数值 If back = 0 Then End If XLNCL.ShowEnd Sub2、对主轴的参数的设置：Option ExplicitPublic Const chuantong As Integer = 5 PCI输入通道，1-16脚分别代表0-15通道Public Const kongchu As Integer = 0 PCI输出通道，1-4脚分别代表0-3通道Public Const danzhuanzeng As Integer = 100 单位转速增减量Public Const zuidazhuan As Integer = &HFFF 最大转速到4095Public Constzuixzhuan As Integer = 0 最小转速为0Public Const OriginSpeed As Integer = 25Global shuru As Integer, shuchu As IntegerPublic SubSz() shuru = shuru + danzhuanzeng If shuru zuidazhuan Then shuru = zuidazhuan shuchu = shuru Call AM9102_DA(hPLX9052, kongchu, shuru)End SubPublic Sub YJZ() Do Until bulujianpan = True Yz Do Events LoopEnd SubPublic Sub YJF() Do Until bulujianpan = True Yf DoEvents LoopEnd Sub3、键盘功能设定Private Sub Form_Keydown (JianPanBH As Integer, QieH As Integer) bulujianpan = False KeyBoard JianPanBH, QieHEnd SubPrivate Sub Form_KeyUp(JianPanBH As Integer, QieH As Integer) bulujianpan = TrueEnd Sub指定键盘键对应控制编程Private Sub KeyBoard(JianPanBH As Integer, QieH As Integer) Select Case KeyCode Case 82: R键，关闭并退出系统 Call AM9102_DO(hPLX9052, 0) Call AM9102_DA(hPLX9052, KongChu, 0) End Case74: Call AM9102_DA(hPLX9052, KongChu, 0) J键，关闭主轴 Case 32: Select Case strCB 空格键 Case Y: YJF Case Z: ZJF Case ESLE End Select Case 71: Select Case strCB G键 Case S: Sz Case Z: Case Else: End Select 关闭复位 Case 75: