PLC步进电机驱动的单轨道平面关节型机器人设计+CAD图纸(8)
负载4㎏.
小臂驱动部分电机的选取步骤如下所示：
依据总体设计参数的初定，小臂的转动速度为180°/s。本设计选取两相混合式步进电机。其成本较为低廉，并且运行特性及其精度可以满足本设计的需要。步进电机的转速取决于脉冲的频率，转动角度取决于脉冲数。单位时间内脉冲数量越多则电机转速越快，反之，电机越慢。脉冲数越多角度越大。然而步进电机的转速不能太快，这样会影响力矩的输出。因此在较大力矩要求的情况下可以加上一定数值的传动比，从而不需要步进电机较大速度的情况下即可输出较大的力矩，满足要求。
设计电机600RPM左右工作则求得小臂总传动比为：
i=600*360/180*60 =20
减速器选取：本设计中选择涡轮蜗杆减速器，其可满足较大的传动比要求，涡轮蜗干减速器可以自锁，这在本设计也是必要的。
查看机械设计选取涡轮蜗杆参数如下：
z1=2；
z2=51；
模数m=1.62；
直径系数q=12.5；
变位系数x2=-0.5.
负载计算：步进电机轴扭矩为T，其中T来自于两个部分的力矩：
T=J_(∑1)×w/t +T_f
式子中： J_(∑1)为小臂的等效转动惯量；
T_f为系统因负载所需要的转矩；
t为本设计所取的步进电响应时间.
J_(∑1)=M_小臂×l^2/3+M_负载×l^2
式子中：l为小臂的工作部分长度；
M_小臂为小臂的质量；
〖 M〗_负载为负载的质量.
代入数据得：
J_∑=4×〖0,22〗^2÷3+4×〖0.22〗^2=0.26kg•m^2
式子中： J_∑为蜗杆轴段所承受的转动惯量；
由 J_(∑1)=J_∑/i^2
代入数据得：
J_(∑1)=4.0×〖10〗^(-4) kg•m^2
T_f=（0.22×2+0.22×4）×9.8×2÷51=0.51n∙m
则代入数据得：
T=0.51+4.0×〖10〗^(-4)×3.14/0.04×9.8=0.82 n∙m
取系统的效率为
η=0.8
则电机所需要的转矩为
T_电机=T/η=1.02 n∙m
选取步进电机型号为56BYG250C-0241，其保持的稳定转矩为1.04 n∙m，重量为0.6㎏，外形尺寸为56mm*56mm*54mm.
在大臂电机的选取过程中也可以用同种的方法。由于大臂传动为齿轮啮合传动，因此在效率方面要高于小臂的涡轮蜗杆传动形式。据此方法则选取大臂的水平摆动电机为56BYG250E-0601型，其可保持的稳定输出转矩为2.5n∙m，重量为1.5㎏，外形尺寸为56mm*56mm*111mm.
4.1.2 水平导轨驱动电机的选择
依据参数的初步限定，导轨的水平移动速度为50mm/s;
初选定水平丝杠型号为FF2D3210-3型，其公称直径为25mm，导程
P_B=5mm.
设计步进电机的转速为600r/min,则系统的总传动比为
i=1
则可得丝杠联轴器端所需的功率为
W_0=0.1×30×9.8=30J
步进电机端所需要的功率为
W_1=30J
根据上式则
W_1=T×2π×w
可得