步进电机实用案例课件.ppt（20页）

1、步进电机实用案例步进电机在三维扫描系统中的应用Company Logo 三维扫描系统工作原理概述三维扫描系统工作原理概述v通过通过57HS2A76-304型号步进电机控制滚型号步进电机控制滚珠丝杠带动滑块运动，实现扫描仪竖直方珠丝杠带动滑块运动，实现扫描仪竖直方向的运动。向的运动。v选择选择86HS2A101-504-01步进电机控制支步进电机控制支撑杆旋转，实现扫描仪在竖直平面按一定撑杆旋转，实现扫描仪在竖直平面按一定角度旋转。角度旋转。v选择选择 86HS2A101-504-01步进电机控制电步进电机控制电动回转台的旋转，实现圆形电磁盘的动回转台的旋转，实现圆形电磁盘的360度度旋转，从而

2、实现对待检测工件的自动扫描旋转，从而实现对待检测工件的自动扫描。Company Logo 三维扫描系统工作流程图三维扫描系统工作流程图v 先先 使使 扫扫 描描 仪仪 返返 回回 原原 点点 在在 电电 磁磁 吸吸 盘盘 上上 安安 装装 工工 件（叶片）件（叶片） 调调 整整 扫扫 描描 仪仪 位位 置置先连动控制调先连动控制调整好扫描仪在整好扫描仪在竖直方向大致竖直方向大致位置位置先连动控制调整先连动控制调整好扫描仪的俯仰好扫描仪的俯仰角度角度先连动控制调整好先连动控制调整好叶片被扫描的第一叶片被扫描的第一个截面个截面通过点动控制精通过点动控制精确定位竖直位置确定位竖直位置通过点动控制精通

3、过点动控制精确调整俯仰角度确调整俯仰角度通过点动控制精确通过点动控制精确调整截面位置调整截面位置 开始扫描开始扫描依次调整截依次调整截面位置扫描面位置扫描扫描完成扫描完成后处理后处理Company Logo Company Logo Company Logo 运动链运动链v1.用步进电机用步进电机1经过减速器经过减速器2和联轴器和联轴器3驱动驱动滚珠丝杠滚珠丝杠5转动，滚珠丝杠转动，滚珠丝杠5经螺母带动滑经螺母带动滑座座6上下移动，从而可以实现与滑座连接的上下移动，从而可以实现与滑座连接的扫描仪上下移动。扫描仪上下移动。v2.滑座滑座6上的步进电机通过减速器和联轴器上的步进电机通过减速器和联轴

4、器直接驱动摆臂直接驱动摆臂7绕轴摆动，从而实现扫描仪绕轴摆动，从而实现扫描仪俯仰角的变化。俯仰角的变化。v3.工作台工作台9可以实现可以实现360旋转旋转.Company Logo 任务任务v根据扫描仪的工作原理可以确定为了实现根据扫描仪的工作原理可以确定为了实现扫描仪正常共作所需要进行的工作：扫描仪正常共作所需要进行的工作：v1.根据实现扫描仪上下移动所需要的最大根据实现扫描仪上下移动所需要的最大转矩选择步进电机的类型；转矩选择步进电机的类型；v2.进行惯量匹配所需要的减速器类型；进行惯量匹配所需要的减速器类型；v3.驱动摆臂摆动所需要的步进电机的选型驱动摆臂摆动所需要的步进电机的选型；v4

5、.进行惯量匹配所需要的减速器的类型；进行惯量匹配所需要的减速器的类型；v5.实现工作台转动所需需要步进电机的类实现工作台转动所需需要步进电机的类型。型。Company Logo 摆臂的工作状况摆臂的工作状况v摆臂用来实现改变扫描仪的俯仰角，摆臂摆臂用来实现改变扫描仪的俯仰角，摆臂在空行程是实现最大的摆速在空行程是实现最大的摆速 ,最短最短加速时间加速时间 ，从而计算求得最大加速，从而计算求得最大加速度度 ,当摆臂在水平位置加速启动时当摆臂在水平位置加速启动时，所需要驱动力矩最大。，所需要驱动力矩最大。/6Lwrads1ts2/6LwRradstCompany Logo 摆臂的结构摆臂的结构摆臂

6、的长度摆臂的长度300mm ,质量大约为质量大约为 3kg ,扫描仪扫描仪整体的质量大约为整体的质量大约为 10kg ，根据这些已知条，根据这些已知条件可以求得要想实现扫描仪俯仰件可以求得要想实现扫描仪俯仰角改变所需要的最大驱动功率，角改变所需要的最大驱动功率，由此可以实现对步进电机的选型由此可以实现对步进电机的选型0.3lm13mk g21 0mk gCompany Logo 1210.322210011112222222120.15,0.3310/0.3100.090.0939.80.154.466100.3109.80.329.8764.4629.8734.3334.3317.986lr

7、m rmmkgmlJx dxx dxkgmTJ Rm grNmTm Rrm grNmTTTNmWTwWCompany Logo 控制竖直方向运动步进电机的选择控制竖直方向运动步进电机的选择v用运动控制卡来控制步进电机，控制步进用运动控制卡来控制步进电机，控制步进电机在竖直方向运动。电机在竖直方向运动。v控制要求：利用运动控制卡控制步进电机控制要求：利用运动控制卡控制步进电机匀速转动，从而控制滑块在竖直方向的运匀速转动，从而控制滑块在竖直方向的运动，当按下停止按钮时，点击马上停止转动，当按下停止按钮时，点击马上停止转动（电机轴锁住）。动（电机轴锁住）。v按下脱机按钮，电机轴松开。按下脱机按钮，电

8、机轴松开。Company Logo 控制竖直方向运动步进电机的选择控制竖直方向运动步进电机的选择v对于步进电机的选择我们主要考虑了两个对于步进电机的选择我们主要考虑了两个方面，一是电机的最大静力矩，要求能够方面，一是电机的最大静力矩，要求能够拖动负载。拖动负载。v二是选择电机的步距角，但是由于我们选二是选择电机的步距角，但是由于我们选择的是带细分功能的驱动器，可以通过细择的是带细分功能的驱动器，可以通过细分来改变步距角。分来改变步距角。v相关计算：利用公式相关计算：利用公式 （n为脉为脉冲数，冲数，L为移动距离，为移动距离，p为滚轴丝杆的螺距为滚轴丝杆的螺距， 为步距角）计算脉冲数为步距角）计

9、算脉冲数 n,我们选择步距我们选择步距角为角为1.8度，经测量最大移动距离为度，经测量最大移动距离为1250mm，选择的滚轴丝杠的螺距为，选择的滚轴丝杠的螺距为5mm.代入计算可得代入计算可得n为为50000.v设置为设置为5细分，电机每转一周可发出细分，电机每转一周可发出 =1000个脉冲。个脉冲。360pLn58 . 1360Company Logo 控制竖直方向运动步进电机的选择控制竖直方向运动步进电机的选择v电机所需拖动的最大重量为电机所需拖动的最大重量为100N，计算负，计算负载最大时的静力矩为载最大时的静力矩为1 。v选择选择57HS2A76-304型号的步进电机，该型号的步进电机

10、，该步进电机最大静力矩是步进电机最大静力矩是1.8 ，额定电流，额定电流为为3A,机身长度机身长度76mm,转子惯量为转子惯量为440，重，重量量1.05Kg,符合要求。符合要求。mNmN Company Logo 控制扫描仪按一定角度旋转的电机的计算与选择控制扫描仪按一定角度旋转的电机的计算与选择v同样用运动控制卡来控制步进电机，实现同样用运动控制卡来控制步进电机，实现电机顺时针与逆时针的旋转，用一个机械电机顺时针与逆时针的旋转，用一个机械限位来限制扫描仪旋转的最大角度。限位来限制扫描仪旋转的最大角度。v控制要求：用运动控制卡控制电机的转动控制要求：用运动控制卡控制电机的转动，当按下开始按钮

11、时，电机转动，转动到，当按下开始按钮时，电机转动，转动到某一位置时，按下停止按钮，电机停止转某一位置时，按下停止按钮，电机停止转动（电机轴被锁住）。动（电机轴被锁住）。v连杆在水平时电机轴承受的力矩最大，测连杆在水平时电机轴承受的力矩最大，测量得扫描仪重量得扫描仪重2Kg,力臂最长为力臂最长为228mm,计算计算可得力矩最大为可得力矩最大为4.56Nm.Company Logo 控制扫描仪按一定角度旋转的电机的计算与选择控制扫描仪按一定角度旋转的电机的计算与选择v选择的步进电机型号为选择的步进电机型号为86HS2A101-504-01，该电机的最大静力矩为，该电机的最大静力矩为6Nm,额定电流

12、为额定电流为5A，机身长度，机身长度101mm，重量为，重量为3.25Kg,经测经测试符合要求。试符合要求。v由于控制电动回转台的旋转的精度要求不由于控制电动回转台的旋转的精度要求不高，经测试高，经测试86HS2A101-504-01型号步进电型号步进电机可满足控制要求，故在此不在过多赘述。机可满足控制要求，故在此不在过多赘述。Company Logo 摆臂转动惯量的匹配摆臂转动惯量的匹配0.322210022222 2212424100.09100.30.90.90.090.992.710,90%0.99642.7100.9lLMMLpLMJx dxx dxkgmJm rkgmJJJkgmJ

13、kgmwJiwJ根据负载的转动惯量和步进电机的根据负载的转动惯量和步进电机的转动惯量，由最佳惯量匹配求得所转动惯量，由最佳惯量匹配求得所需要减速器的传动比需要减速器的传动比符号说明：摆臂相对于转轴的转符号说明：摆臂相对于转轴的转动惯量动惯量 扫描仪相对于转轴的转动扫描仪相对于转轴的转动惯量惯量 摆臂和扫描仪组合（负载）摆臂和扫描仪组合（负载）相对于转轴的转动惯量相对于转轴的转动惯量 所选型号所选型号步进电机转子转动惯量步进电机转子转动惯量 惯量匹配惯量匹配的最佳传动比的最佳传动比1J2JLJMJpiCompany Logo v根据最佳传动比可以求得步进电动机的额根据最佳传动比可以求得步进电动机

14、的额定转矩经减速器后的最大输出转矩：定转矩经减速器后的最大输出转矩：8.7,64,34.338.7 64556.8ppTNm iTNmTT iNmTT额出额出由此可知，所选择的步进电机由此可知，所选择的步进电机动力方面满足要求，传动比较动力方面满足要求，传动比较大，选用谐波减速器较合适。大，选用谐波减速器较合适。Company Logo 根据滑座上下的移动速度状况及丝杠所驱动根据滑座上下的移动速度状况及丝杠所驱动负载的质量，选用的滚珠丝杠公称直径负载的质量，选用的滚珠丝杠公称直径 16mm ，导程，导程10mm16dmm10pmm滑座的质量滑座的质量 11kg ，滑座上安装的驱，滑座上安装的驱动摆臂摆动装置的质量动摆臂摆动装置的质量 3kg ，由此，由此可得丝杠驱动竖直上下运动负载的质可得丝杠驱动竖直上下运动负载的质量量5mkg滑 座5mkg驱9 0 %123 10 5 5 23m m m mmkg 驱滑 座Company Logo 22222225112222 30 .0 11 50 .91 .11 0MMMLppMwJwm Vmpim piJ步进电机转子的转动惯量为步进电机转子的转动惯量为 51.1 10MJ0.45 15 6.75MpTTiN m出TT出Company Logo