技术文章—如何开展运动系统设计

2019-07-30来源: EEWORLD关键字:运动系统设计  马达

运动系统包括简易的平面台架到多自由度的复杂机械臂。IDC团队在机器人系统设计研发方面经验丰富,对其通常产生的问题及最佳相关解决方案具有深度的了解。

 

 

针对机械设计,IDC设计工程师Nick Brown,在下文中探讨了5个关键的考虑要素。

 

1 马达的选择

 

选择马达,最关键的两个要素是它的扭矩与转速。基于运转该运动系统的目标加速度和速度所需力的大小,上述数据很容易通过计算得出。另一较易被忽略但关键的要素是,马达转子及需转动载荷之间的惯性比值。假如载荷惯性远大于马达惯性,那么要实现一个具有快速的安定时间且稳定的控制系统则几乎不可能。

 

2 开环和闭环控制

 

简易的运动系统通常使用步进马达作为其主要驱动,如3D打印机。步进马达通常在开环控制配置中使用,该控制器发送命令至马达,使其以一定速度运动至一定位置。马达不会就完成的命令进行反馈,假如系统能够符合性能目标且该系统运动准确性并非至关重要时,这是能够接受的。

 

 

假如性能要求超过开环控制配置的步进马达系统,则需使用闭环PID控制的伺服?电机。在闭环系统中,控制器命令马达以具备一定加速度的速度运转至一定位置,马达轴上的编码器给控制器发送报告,反馈其准确速度及位置。控制器基于位置和速度的错误,决定马达是否需要增加或减少?功率以满足命令要求的位置和速度。

 

一款PID控制环能够实现更快,定位更准确的运动系统,同时满足命令运动的实现。但相比简易的开环系统,它的控制器则更复杂。

 

3 机械设计控制避免背隙和自由运动

 

在一个有明显背隙和自由运动的机械系统中,研发先进控制系统及指定电机与顶部的范围编码器是没有任何意义的,因为结果是系统不准确、低可重复性,看着与用着都不精确。

 

在运动系统中,形成自由运动的两大基本原因是轴承的排布与齿轮的背隙(其他系统特定因素)。齿轮的背隙通过妥善的元件选择能够避免,例如:应变波齿轮没有背隙,精确行星齿轮组背隙极小。另外,虽然并非所有情况都适用,但直接驱动系统也可以完全避免这个两个问题。

 

来自轴承接合处的自由运动,通过元件的准确规格和预载的应用可以避免。使用预加载角接触球轴承可以消除关节臂的所有自由运动,使用弹簧加载聚合物轴承可以使直线滑块和导轨感觉坚固。

 

机械强度及对齐:一个运动系统越精确或其性能越高,就越需要重视部件的机械强度和装配的几何公差,以保证其性能。例如一个简单的XY运动系统,在一对直线导轨上采用了紧密配合的聚合物轴承,这些轨道的微小偏差将导致系统的干扰,在制造、装配或由于正常工作负载导致的变形中出现偏差。

 

4 摩擦、疲劳和使用寿命

 

由于相对运动导致的部件磨损会随着时间的推移导致其性能变化,甚至是灾难性的故障。金属滚子轴承和聚合物轴承的设计都强调轴承寿命,以确定维修时间间隔,及对使用寿命进行评估。在设计那些使用寿命长、维修不频繁的系统时,聚合物轴承比钢轴承有更大优势。钢轴承依靠润滑来限制或消除金属表面的磨损,当润滑剂被污染、摩擦增加时,性能就会降低。干运转聚合物轴承能够在其使用寿命期间保持相同的摩擦特性。

 

运动系统设计的最佳建议

 

1 选择马达时,马达转子与负载之间的惯性系数也应考虑在内;

 

2 开环与闭环控制系统:开环系统是否已经足够满足性能要求?是否需要借助闭环系统实现更快速度及精确定位要求?

 

3 为避免系统中出现由于轴承和齿轮这类普通要素导致的自由运动和背隙,应当细致地对机械设计进行计划;

 

4 考虑元件的机械强度、几何公差及其匹配性以实现最佳系统性能;

 

5 设计系统时,了解元件的摩擦、疲劳及使用寿命。是否需要实现一个使用寿命长、性能优秀的解决方案?该系统维修频繁嘛?

 

关于英国IDC:

 

IDC作为一家国际型产品化机构,致力于从用户研究、产品定义、技术创新、概念设计,工程开发至成品投产的、全方位产品化流程的实现。在产品创新领域,IDC拥有40余年的丰富经验,92%的项目已经成功转化为产品投入市场。

 

以创新研发为核心竞争力,IDC中国团队由来自中国、英国、法国的产品设计工程师和产品设计师组成,并通过 ISO9001 及ISO13485质量认证。专营领域:医疗设备、消费电⼦子、⼯工业产品及交通运输业。

 

我们成功地为全球各地的众多客户设计研发各类产品,客户遍布中国大陆、台湾、欧洲、美国等全球各个国家和地区。包括, 葛兰素史克,柯惠中国,海尔集团,德拉鲁,菲利普,杜邦,红牛车队,玛莎超市,美国强生等。联系我们,让我们帮助您有效且可靠的开发出世界级的产品。


关键字:运动系统设计  马达 编辑:muyan 引用地址:http://news.2689mr.com/gykz/ic469515.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:工业互联网平台如何让工厂智能化
下一篇:Techcon发布50ml双组份点胶机

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

STM32的瞬态运动参数存储测试系统设计
摘要:在瞬态运动参数测试中,对存储测试系统的实时性和功耗提出了更高的要求。提出了一种基于STM32的嵌入式存储测试系统的设计方案,介绍了该系统关键部分的软硬件设计,主要包括模拟信号调理、数据采集存储和USB数据回读。该系统具有实时性好、体积小、功耗低的特点,适合于恶劣环境下加速度信号的采集存储。试验结果表明,该系统工作稳定,实现了设计目标。引言存储测试技术是在特殊环境下记录运动物体参数行之有效的方法,先将测试数据存入存储器,待装置回收后通过特定接口与上位机进行通信,还原数据信息。在诸多领域的测试中,对数据采集存储系统的实时性和功耗提出了更高的要求,随着半导体技术的发展,各种技术的进步使得高速度、低功耗的存储测试系统能够实现。本系统
发表于 2019-10-24
STM32的瞬态<font color='red'>运动</font>参数存储测试<font color='red'>系统设计</font>
基于Linux的无人值守的运动目标检测系统设计
    选用ARM11(S3C6410)处理器作为硬件平台,嵌入式Linux操作系统作为软件平台,综合运动图像检测的背景差分法和帧间差分法为算法,并与GSM模块相结合,设计并实现了一种应用于家居环境或私人办公室无人值守的运动目标检测系统。提出了系统设计的总体方案,并详细介绍了系统软硬件平台的设计流程,最后对系统进行了测试。    随着社会的发展和科技的进步,人们的安防意识越来越强,而计算机网络技术,通信技术,和数字视频编码技术的日益成熟,使基于计算机的多媒体视频监控系统成为可能。但是传统的视频监控系统因十分复杂,功耗和成本较高且需要值守,而无法应用于诸如家居或私人办公室等场所,为此,本文设计
发表于 2018-02-07
基于Linux的无人值守的<font color='red'>运动</font>目标检测<font color='red'>系统设计</font>
基于运动控制卡的喷涂机控制系统设计
的输出脉冲频率为4MHz。在驱动过程中,如果检测到外部的停止信号则控制器立即发出停止脉冲输出的操作。如果在驱动过程中,系统检测到硬件限位信号,则立即停止驱动,从而保证机械系统的安全性。进行喷涂操作时,通过控制器向外部发出一个输出信号,从而控制喷枪的开关。   至于发多少个脉冲,以及运动过程中需要检测信号,控制哪个输出操作,都可以通过软件来方便实现。836控制卡的脉冲输出是共阳极、“脉冲+方向”或“脉冲+脉冲”的接线方式。 图2-4示出连接方式。   软件设计     软件系统采用教导式编程方式,用户只要将机械对应的轴移动到所要的位置,控制系统会自动记忆此处的坐标,对于一个待加工的工件,教导时可以根据工件的形状来确定加工的轨迹
发表于 2016-05-20
STM32的瞬态运动参数存储测试系统设计
引言 存储测试技术是在特殊环境下记录运动物体参数行之有效的方法,先将测试数据存入存储器,待装置回收后通过特定接口与上位机进行通信,还原数据信息。在诸多领域的测试中,对数据采集存储系统的实时性和功耗提出了更高的要求,随着半导体技术的发展,各种技术的进步使得高速度、低功耗的存储测试系统能够实现。 本系统选择ST公司超低功耗的基于ARM Cortex—M3四核的处理器STM32F103C8T6作为核心控制元件,采取内部A/D转换器与铁电存储器结合的方法,实现压阻式加速度传感器测试数据的采集、存储,并利用LabView开发平台设计上位机应用软件实现测试数据的USB回读及处理。 1 系统原理 存储测试系统由电源管理模块
发表于 2016-03-16
STM32的瞬态<font color='red'>运动</font>参数存储测试<font color='red'>系统设计</font>
基于PCIE总线3D打印机运动控制系统设计
引言 目前3D打印机在工业、民用领域得到广泛应用,随着3D打印技术的革新,3D打印不仅在传统的制造行业体现出非凡的发展潜力,而且其魅力延伸至食品制造、服装奢侈品、影视传媒以及教育等多个与人们生活息息相关的领域。经过对比各种芯片性能,选用PEX8311与X7043协同工作,PEX8311芯片对 PCIE总线信号进行译码,生成16路总线数据和地址信号,这些控制信号可用于X7043运控控制芯片,保证同时对最多4台伺服电机进行实时同步的控制。实验过程中发现即使3D打印机与主控机相距3 m,误码率仍在万分之一以下,对3D打印机的运动控制性能有明显提升。 1 总体设计 该套方案的系统结构图如图1所示,在整个设计中,用户控制主机,向下发送指令
发表于 2016-01-13
日本计划投资65亿在华建设电动汽车马达研发基地
由于中国电动汽车市场发展迅速,知名电动马达制造商日本电产(Nidec)公司宣布将在中国设立一个电动汽车马达研发基地。有业者指出,从日本电产这一举动可以看出,日本4月为吸引日企撤离中国而推出的激励措施收效甚微... 据日本经济新闻报道,日本电产拟投入约1000亿日元(合人民币65亿元),在中国大连市建设工厂,研发基地将设在工厂内。 据报道,该研发基地将主要开发被公司视为业绩增长支柱的电动汽车驱动马达,研发基地计划于明年投入运转,技术人员数量预计将达1000人,规模几乎等同于日本国内的骨干研发基地。 报道指出,日本电产将中国视为重要市场,在中国设立研发基地是为了最大限度地把握当地需求,以提高产品竞争力
发表于 2020-06-05
小广播
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 2689mr.com, Inc. All rights reserved
送彩金的真人娱乐 澳门真人网上娱乐送彩金 澳客彩票app官网下载 送彩金论坛 彩票大赢家 网上送彩金的网站 捕鱼送彩金能提现的 真人娱乐免费送彩金 时时彩飞单机器人 网上现金游戏注册送彩金