機(jī)械手畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (2)

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　課題名稱(chēng) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) </p>&

2、lt;p>　　班 級(jí) </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前言----------------------------------------------------------- 2</p><p&g

3、t;　　摘要----------------------------------------------------------- 3</p><p>　　前言-------------------------------------------------- 5</p><p>　　1.1 機(jī)械手的概述------------------------------------- 5<

4、/p><p>　　第二章 總體方案的設(shè)計(jì)---------------- 7</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)要求---------------------------------------- </p><p>　　2.2 基本設(shè)計(jì)思路------------------------ 8</p><p><b>　　2.3&

5、lt;/b></p><p><b>　　第三章 </b></p><p>　　3.1塑料及其分類(lèi) ------------------------------------------- 10</p><p>　　3.2殼體塑料選材途徑及注意點(diǎn)--------------------------------- 10</p>

6、;<p>　　3.3注塑模的工作原理及應(yīng)用----------------------------------- 12</p><p>　　3.4旋鈕外殼注塑成型及其存在的主要問(wèn)題----------------------- 13</p><p>　　3.5電火花成型機(jī)加工旋鈕型腔--------------------------------- 15</p>

7、<p>　　第四章 Mastercam構(gòu)圖的方法---------------------------------- 17</p><p>　　4.1常用的實(shí)體建模法---------------------------------------- 17</p><p>　　第五章 用Mastercam繪制旋鈕的外形--------------------------

8、-- 18</p><p>　　5.1繪制旋鈕模型-------------------------------------------- 18</p><p>　　第六章 Mastercam刀具庫(kù)設(shè)定方法------------------------------ 21</p><p>　　6.1銑削刀具庫(kù)的建立----------------------

9、------------------ 21</p><p>　　6.2刀具的發(fā)展及其選擇-------------------------------------- 24</p><p>　　第七章 Mastercam刀具軌跡仿真-------------------------------- 28</p><p>　　7.1刀具軌跡的仿真--------

10、----------------------------------- 28</p><p>　　7.2程序的仿真----------------------------------------------- 30</p><p>　　第八章 Mastercam程序的后置處理------------------------------ 32</p><p>

11、;　　8.1后置處理文件-------------------------------------------- 32</p><p>　　8.2后處理文件編輯的一般規(guī)則-------------------------------- 34</p><p>　　8.3機(jī)床參數(shù)的定義------------------------------------------ 34</p&

12、gt;<p>　　8.4結(jié)論--------------------------------------------------- 34</p><p>　　第九章 Mastercam程序---------------------------------------- 35</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)------------------------------

13、-------------------- 39</p><p>　　參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------- 41</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)械手技術(shù)涉及到電子、機(jī)械學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)

14、跨學(xué)科綜合技術(shù)。隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工</p><p>　　業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越重要。文章主要敘述了機(jī)械手的設(shè)計(jì)過(guò)程 ，文章中介紹了機(jī)械手</p><p><b>　　的設(shè)計(jì)理論與方法。</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以AT89C51 單片機(jī)為核心，采用LMD18200 電機(jī)控制芯片達(dá)到控制直流</p><p&g

15、t;　　電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了篩選機(jī)械手基本要求和發(fā)揮部分的要求。在篩</p><p>　　選機(jī)械手設(shè)計(jì)中，采用了PWM 技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精</p><p><b>　　確調(diào)速的目的。</b></p><p>　　【關(guān)鍵詞】：篩選機(jī)械手，AT89C51 單片機(jī)，LMD18200 電機(jī)控制芯片，PWM</p

16、><p><b>　　技術(shù)，電機(jī)控制。</b></p><p><b>　　1 前言</b></p><p><b>　　1.1 機(jī)械手概述</b></p><p>　　機(jī)械化、自動(dòng)化已成在現(xiàn)代工業(yè)中突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過(guò)程的自</p><p>　　

17、動(dòng)化已基本得到解決。但在機(jī)械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的，機(jī)器人</p><p>　　的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機(jī)械化奠定了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　機(jī)械手，多數(shù)是指程序可變（編）的獨(dú)立的自動(dòng)抓取、搬運(yùn)工件、操作工具</p><p>　　的裝置（國(guó)內(nèi)稱(chēng)作工業(yè)機(jī)械手或通用機(jī)械手）。</p><p>　　機(jī)械手是一種具有人體上肢

18、的部分功能，工作程序固定的自動(dòng)化裝置。機(jī)械</p><p>　　手具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢(shì)，但功能較少，適應(yīng)性較差。目前</p><p>　　我國(guó)常把具有上述特點(diǎn)的機(jī)械手稱(chēng)為專(zhuān)用機(jī)械手，而把工業(yè)機(jī)械手稱(chēng)為通用機(jī)械</p><p><b>　　手。</b></p><p>　　簡(jiǎn)而言之，機(jī)械手就是用機(jī)器代替人

19、手，把工件由某個(gè)地方移向指定的工作</p><p>　　位置，或按照工作要求以操縱工件進(jìn)行加工。</p><p>　　機(jī)械手一般分為三類(lèi)。第一類(lèi)是不需要人工操作的通用機(jī)械手，也即本文所</p><p>　　研究的對(duì)象。它是一種獨(dú)立的、不附屬于某一主機(jī)的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要</p><p>　　編制程序，以完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它是除具備普通機(jī)

20、械的物理性能之外，還具備</p><p>　　通用機(jī)械、記憶智能的三元機(jī)械。第二類(lèi)是需要人工操作的，稱(chēng)為操作機(jī)</p><p>　　（Manipulator）。工業(yè)中采用的鍛造操作機(jī)也屬于這一范疇。第三類(lèi)是專(zhuān)業(yè)機(jī)械</p><p>　　手，主要附屬于自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上，用以解決機(jī)床上下料和工件傳送。這</p><p>　　種機(jī)械手在國(guó)外通

21、常被稱(chēng)之為“Mechanical Hand”，它是為主機(jī)服務(wù)的，由主機(jī)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專(zhuān)用的。</p><p>　　機(jī)械手按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類(lèi)型，其中關(guān)節(jié)型機(jī)械手以其結(jié)構(gòu)</p><p>　　緊湊，所占空間體積小，相對(duì)工作空間最大，甚至能繞過(guò)基座周?chē)囊恍┱系K物</p><p>　

22、　等這樣一些特點(diǎn)，成為機(jī)械手中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　要機(jī)械手像人一樣拿取東西，最簡(jiǎn)單的基本條件是要有一套類(lèi)似于指、腕、</p><p>　　臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動(dòng)機(jī)構(gòu)——執(zhí)行機(jī)構(gòu)；像肌肉那樣使手臂驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動(dòng)作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了運(yùn)動(dòng)的</p><p>　　機(jī)械手的性能。一般而言，機(jī)械手通常就是由執(zhí)

23、行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)和控制</p><p>　　系統(tǒng)這三部分組成，如圖 1-1 所示。</p><p>　　圖1-1 機(jī)械手的一般組成</p><p>　　對(duì)于現(xiàn)代智能機(jī)械手而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺(jué)裝置、視覺(jué)裝置和</p><p>　　語(yǔ)言識(shí)別裝置等。目前研究主要集中在賦予機(jī)械手“眼睛”，使它能識(shí)別物體和躲</p>&

24、lt;p>　　避障礙物，以及機(jī)械手的觸覺(jué)裝置。機(jī)器人的這些組成部分并不是各自獨(dú)立的，</p><p>　　或者說(shuō)并不是簡(jiǎn)單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個(gè)機(jī)械手的。要實(shí)現(xiàn)機(jī)械手所期望</p><p>　　實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)械手的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。</p><p>　　它們之間的相互關(guān)系如圖1-2 所示。</p><p

25、>　　機(jī)械手的機(jī)械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械</p><p>　　手賴(lài)以完成工作任務(wù)的實(shí)體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)</p><p>　　力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動(dòng)－傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)</p><p>　　系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供機(jī)械手各關(guān)節(jié)所需要的動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)則將驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)換為滿</p&

26、gt;<p>　　足機(jī)械手各關(guān)節(jié)力矩和運(yùn)動(dòng)所要求的驅(qū)動(dòng)力或力矩。有的文獻(xiàn)則把機(jī)械手分為機(jī)</p><p>　　械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機(jī)械系統(tǒng)又叫操作機(jī)</p><p>　　(Manipulator)，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><

27、;p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　生產(chǎn)線上有紅黑兩種直徑為2cm 厚1cm 的圓鐵片，設(shè)計(jì)一種機(jī)械手，該手能</p><p>　　自動(dòng)篩選出紅色鐵片，并把紅色鐵片放到指定位置。機(jī)械手有上行/下行、左行/</p><p>　　右行、放松/夾緊幾個(gè)運(yùn)行方式。并要求機(jī)械手有判別鐵片顏色的功能，且能準(zhǔn)確</p&

28、gt;<p>　　把握鐵片位置、重量、形狀等因素。該手運(yùn)行路徑合理，接近指定位置時(shí)能夠減</p><p>　　速運(yùn)行。整個(gè)過(guò)程無(wú)人工操作，系統(tǒng)通過(guò)傳感裝置檢測(cè)工件，工作結(jié)束后能自動(dòng)</p><p><b>　　停止。</b></p><p>　　2.2 基本設(shè)計(jì)思路</p><p><b>　　總

29、體設(shè)計(jì)框圖如下：</b></p><p>　　圖2-1 總體設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　2.2.1 CPU</b></p><p>　　CPU 部分有兩種選擇:單片機(jī)控制和PLC 控制。</p><p>　　2.2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</p><p>　　傳動(dòng)機(jī)構(gòu)種類(lèi)繁多，常見(jiàn)的有

30、齒輪傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)、絲桿傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)。</p><p>　　由于一般的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的力矩較小，需要通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)增加力矩，提高</p><p>　　帶負(fù)載能力。對(duì)機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的一般要求有：</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)緊湊，即具有相同的傳動(dòng)功率和傳動(dòng)比時(shí)體積最小，重量最輕；</p><p>　?。?）傳動(dòng)剛度大，即由驅(qū)動(dòng)器的輸出軸

31、到連桿關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸在相同的扭矩時(shí)角</p><p>　　度變形要小，這樣可以提高整機(jī)的固有頻率，并大大減輕整機(jī)的低頻振動(dòng)；</p><p>　?。?）回差要小，即由正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)時(shí)空行程要小，這樣可以得到較高的位置控</p><p><b>　　制精度；</b></p><p>　?。?）壽命長(zhǎng)、價(jià)格低。</p>

32、<p><b>　　2.2.3 機(jī)械手</b></p><p><b>　　1.機(jī)械手的組成</b></p><p>　　機(jī)械手一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)部分組成。</p><p><b>　?。?）執(zhí)行機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　1) 手腕 手腕

33、是聯(lián)接手臂與末端執(zhí)行器的部件，用以調(diào)整末端執(zhí)行器的方</p><p><b>　　位和姿態(tài)。</b></p><p>　　2) 手臂 手臂是支承手腕和末端執(zhí)行器的部件。它由動(dòng)力關(guān)節(jié)和連桿組</p><p>　　成，用來(lái)改變末端執(zhí)行器的位置。</p><p>　　3) 機(jī)座 機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部件，并承受相應(yīng)的載荷，機(jī)座分

34、為固定式</p><p><b>　　和移動(dòng)式兩類(lèi)。</b></p><p><b>　?。?）控制系統(tǒng)</b></p><p>　　控制系統(tǒng)用來(lái)控制機(jī)械手按規(guī)定要求動(dòng)作，可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制</p><p>　　系統(tǒng)。大多數(shù)工業(yè)機(jī)械手采用計(jì)算機(jī)控制，這類(lèi)控制系統(tǒng)分為決策級(jí)，策略級(jí)和<

35、/p><p>　　執(zhí)行級(jí)三級(jí)：決策級(jí)的功能是識(shí)別環(huán)境、建立模型、將工作任務(wù)分解為基本動(dòng)作</p><p>　　序列；策略級(jí)將基本動(dòng)作變?yōu)殛P(guān)節(jié)坐標(biāo)協(xié)調(diào)變化的規(guī)律，分配給各關(guān)節(jié)的伺服系</p><p>　　統(tǒng)；執(zhí)行級(jí)給出各關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的具體指令。</p><p><b>　　（3）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)</b></p><

36、p>　　驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令將信號(hào)放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)</p><p>　　裝置。常用的由電氣、液壓、氣動(dòng)和機(jī)械等四種驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　除此之外，機(jī)械手可以配置多種傳感器（如位置、力，觸覺(jué)，視覺(jué)等傳感器），</p><p>　　用以檢測(cè)其運(yùn)動(dòng)位置和工作狀態(tài)。</p><p><b>　　2.機(jī)

37、械手的分類(lèi)</b></p><p>　　機(jī)械手按坐標(biāo)形式、控制方式、驅(qū)動(dòng)方式和信號(hào)輸入方式四種分類(lèi)方法。</p><p><b>　?。?）按坐標(biāo)形式分</b></p><p>　　坐標(biāo)形式是指執(zhí)行機(jī)構(gòu)的手臂在運(yùn)動(dòng)時(shí)所取的參考坐標(biāo)系的形式。</p><p>　　1) 直角坐標(biāo)式 直角坐標(biāo)機(jī)械手的末端執(zhí)行器在空

38、間位置的改變式通過(guò)三</p><p>　　個(gè)互相垂直的軸線移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即沿X 軸的縱向移動(dòng)、沿Y 軸的橫向</p><p>　　移動(dòng)及沿Z 軸的升降。這種機(jī)械手位置精度最高，控制無(wú)耦合，比較簡(jiǎn)單，</p><p>　　避障性好，但結(jié)構(gòu)較龐大，動(dòng)作范圍小，靈活性差。</p><p>　　2) 圓柱坐標(biāo)式 圓柱坐標(biāo)機(jī)械手是通過(guò)兩個(gè)移動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)

39、來(lái)實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)</p><p>　　行器空間位置的改變，其手臂的運(yùn)動(dòng)由在垂直立柱的平面伸縮和沿立柱升</p><p>　　降兩個(gè)直線運(yùn)動(dòng)及手臂繞立柱轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合而成。這種機(jī)械手位置精度較高，</p><p>　　控制簡(jiǎn)單，避障性好，但結(jié)構(gòu)也較龐大。</p><p>　　3) 極坐標(biāo)式 極坐標(biāo)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)式由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成，即沿</

40、p><p>　　手臂方向X 的伸縮，繞Y 軸的俯仰和繞Z 軸的回轉(zhuǎn)。這種機(jī)械手占地面</p><p>　　積小，結(jié)構(gòu)緊湊，位置精度尚可，但避障性差，有平衡問(wèn)題。</p><p>　　4) 關(guān)節(jié)坐標(biāo)式 關(guān)節(jié)坐標(biāo)機(jī)械手主要是由立柱、大臂和小臂組成，立柱繞Z</p><p>　　軸旋轉(zhuǎn)，形成腰關(guān)節(jié)，立柱和大臂形成肩關(guān)節(jié)，大臂和小臂形成肘關(guān)節(jié)，</

41、p><p>　　大臂和小臂作俯仰運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)械手工作范圍大，動(dòng)作靈活，避障性好，</p><p>　　但位置精度低，有平衡問(wèn)題，控制耦合比較復(fù)雜，目前應(yīng)用越來(lái)越多。</p><p><b>　?。?）按控制方式分</b></p><p>　　1) 點(diǎn)位控制 采用點(diǎn)位控制的機(jī)械手，其運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的直線運(yùn)</p&g

42、t;<p>　　動(dòng)，不涉及兩點(diǎn)之間的移動(dòng)軌跡，只在目標(biāo)點(diǎn)處控制機(jī)械手末端執(zhí)行器</p><p>　　的位置和姿態(tài)。這種控制方式簡(jiǎn)單，適用于上下料、點(diǎn)焊等作業(yè)。</p><p>　　2) 連續(xù)軌跡控制 采用連續(xù)軌跡控制的機(jī)械手，其運(yùn)動(dòng)軌跡可以是空間的</p><p>　　任意連續(xù)曲線。機(jī)器人在空間的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都要控制，末端執(zhí)行器在</p>

43、<p>　　空間任何位置都可以控制姿態(tài)。</p><p><b>　?。?）按驅(qū)動(dòng)方式分</b></p><p>　　1) 電力驅(qū)動(dòng) 電力驅(qū)動(dòng)式目前采用最多的一種。早期多采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)</p><p>　　動(dòng)，后來(lái)發(fā)展了直流伺服電動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在交流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用也得到了</p><p>　　迅速發(fā)展。這類(lèi)驅(qū)動(dòng)單

44、元可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，也可以通過(guò)諧波減速</p><p>　　器裝置減速后驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。</p><p>　　2) 液壓驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手具有很大的抓起能力，可抓取質(zhì)量達(dá)上百</p><p>　　公斤的物體，油壓可達(dá)7MPa，液壓傳動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)作靈敏，但對(duì)密封性</p><p>　　要求較高，不宜在高溫或低溫現(xiàn)場(chǎng)工作，需配備

45、一套液壓系統(tǒng)。</p><p>　　3) 氣壓驅(qū)動(dòng) 氣壓驅(qū)動(dòng)的機(jī)械手結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作迅速，價(jià)格低廉，由于空</p><p>　　氣可壓縮性，導(dǎo)致工作速度穩(wěn)定性差，氣源壓力一般為0.7MPa，因此抓</p><p>　　取力小，只能抓取重量為幾公斤到十幾公斤的物體。</p><p>　?。?）按信號(hào)輸入方式分</p><p&g

46、t;　　1) 人操作機(jī)械手 是一種由操作人員直接進(jìn)行操作的具有幾個(gè)自由度的</p><p><b>　　機(jī)械手。</b></p><p>　　2) 固定程序操作機(jī)械手 按預(yù)先規(guī)定的順序、條件和位置，逐步地重復(fù)執(zhí)</p><p>　　行給定的作業(yè)任務(wù)的機(jī)械手。</p><p>　　3) 可變程序操作機(jī)械手 它與固定程序機(jī)械

47、手基本相同，但其工作次序等</p><p><b>　　信息易于修改。</b></p><p>　　4) 程序控制機(jī)械手 它的作業(yè)指令是由計(jì)算機(jī)程序向機(jī)械手提供的，其控</p><p>　　制方式與數(shù)控機(jī)床一樣。</p><p>　　5) 示教再現(xiàn)機(jī)械手 這類(lèi)機(jī)械手能夠按照記憶裝置存儲(chǔ)的信息來(lái)復(fù)現(xiàn)由</p>

48、<p>　　人示教的動(dòng)作，其示教動(dòng)作可自動(dòng)地重復(fù)執(zhí)行。</p><p>　　6) 智能機(jī)械手 采用傳感器來(lái)感知工作環(huán)境或工作條件的變化，并借助其</p><p>　　自身的決策能力，完成相應(yīng)的工作任務(wù)。</p><p>　　2.2.4 抓取機(jī)構(gòu)</p><p>　　抓取機(jī)構(gòu)是機(jī)械手執(zhí)行工作的裝置，可安裝夾持器、工具、傳感器等。抓取

49、</p><p>　　機(jī)構(gòu)可分為機(jī)械夾緊、真空抽吸、液壓夾緊、磁力吸附等。</p><p>　　2.2.5 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式</p><p>　　該機(jī)械手一共具有三個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，一共需要</p><p>　　三個(gè)動(dòng)力源。機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類(lèi)型。</p><p&g

50、t;　　這三種方法各有所長(zhǎng)，各種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)見(jiàn)表：</p><p><b>　　方便 較復(fù)雜</b></p><p>　　表2-1 三種驅(qū)動(dòng)方式的特點(diǎn)對(duì)照</p><p>　　機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對(duì)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有：</p><p>　　（1） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率

51、也要高；</p><p>　?。?） 反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻</p><p>　　繁地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換；</p><p>　?。?） 驅(qū)動(dòng)盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??；</p><p><b>　?。?） 安全可靠；</b></p><p>　　

52、（5） 操作和維護(hù)方便；</p><p>　?。?） 對(duì)環(huán)境無(wú)污染，噪聲要小；</p><p>　　（7） 經(jīng)濟(jì)上合理。</p><p>　　2.2.6 設(shè)計(jì)方案的定型</p><p><b>　　1.CPU 的選擇</b></p><p>　　由于單片機(jī)體積小，價(jià)格便宜且具有高穩(wěn)定性和很強(qiáng)的抗干

53、擾能力，因此本</p><p>　　設(shè)計(jì)中用單片機(jī)取代PLC 控制。</p><p>　　2.機(jī)械手坐標(biāo)形式的選擇</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)中精度要求較高，首先排除了極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式，而且它們</p><p>　　還存在平衡問(wèn)題，直角坐標(biāo)式靈活性差，不利于提高工作效率。因此為了使其工</p><p>　　作方

54、式更加簡(jiǎn)單直觀，機(jī)械手坐標(biāo)類(lèi)型選擇為圓柱坐標(biāo)機(jī)械手。</p><p><b>　　3.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)要求傳動(dòng)方式為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)械手臂的上下、左右移動(dòng)，即圓周</p><p>　　運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，首先排除了帶傳動(dòng)。與此同時(shí)，由于設(shè)計(jì)精度要求較高，</p><p>　　所以鏈條傳動(dòng)

55、也不作考慮。剩下絲桿傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)，從零件的加工方面考慮，</p><p>　　最終確定了加工較為簡(jiǎn)單的齒輪傳動(dòng)。</p><p><b>　　4.抓取機(jī)構(gòu)的選擇</b></p><p>　　目前工業(yè)上較長(zhǎng)采用的抓取機(jī)構(gòu)為手爪。但是本次設(shè)計(jì)要求的工件為直徑2cm厚1cm 的圓形鐵片，抓取精度要求高，操作難度較大?？紤]到材質(zhì)，因此選</p&

56、gt;<p>　　擇了電磁閥作為抓取機(jī)構(gòu)。通過(guò)電磁閥的通斷來(lái)控制工件的抓取和放下，操作方</p><p><b>　　便。</b></p><p><b>　　5.驅(qū)動(dòng)方式的選擇</b></p><p>　　在選擇驅(qū)動(dòng)方式階段，我首先考慮的是液壓、氣壓傳動(dòng)，但方案存在一定缺</p><p&

57、gt;　　陷。其中，液壓裝置體積太過(guò)龐大，需要專(zhuān)門(mén)配置一套液壓系統(tǒng)，且對(duì)密封性要</p><p>　　求高，不宜在高溫、低溫下工作。而氣壓傳動(dòng)由于空氣的可壓縮性導(dǎo)致工作速度、</p><p>　　穩(wěn)定性較差，且有一定噪音。電機(jī)選擇相對(duì)較為簡(jiǎn)單，由于步進(jìn)電機(jī)有步距角誤</p><p>　　差，機(jī)械手在齒輪傳動(dòng)和擺動(dòng)時(shí)會(huì)進(jìn)一步放大該誤差，因此選擇伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。</

58、p><p>　　3 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手尺寸的確定</p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)對(duì)工作場(chǎng)地要求并沒(méi)有明確的限制，因此機(jī)械手的尺寸也就沒(méi)</p><p>　　有明確的規(guī)定，為了設(shè)計(jì)的方便，將機(jī)械手大臂有效距離長(zhǎng)為280mm，小臂有效</p><p>　　距離長(zhǎng)為170mm，機(jī)械手3D 圖如下：</p><p>　　

59、圖3-1 機(jī)械手3D 圖</p><p>　　3.2 傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)</p><p>　?。?） 機(jī)械手是有三臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)：電機(jī)M1 控制大臂在Z 軸旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，電</p><p>　　機(jī)M2 控制小臂在Z 軸的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，電機(jī)C 控制末端執(zhí)行器在Z 軸的上下移動(dòng)。</p><p>　　為了設(shè)計(jì)的方便，控制方式采用點(diǎn)位控制。通過(guò)分別控制三臺(tái)電機(jī)的

60、正反轉(zhuǎn)來(lái)</p><p>　　確定末端執(zhí)行器在空間上的具體位置。由于三臺(tái)電機(jī)不是同時(shí)控制，因此不存</p><p>　　在相互間的干擾，從而增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p>　　（2） 具體傳動(dòng)環(huán)節(jié)：基座部分裝有服電機(jī)M1，通過(guò)齒輪傳動(dòng)控制大臂旋轉(zhuǎn)，</p><p>　　基座與大臂底座用軸承連接；大臂座裝有伺服電機(jī)M2，通過(guò)齒輪、傳動(dòng)

61、控制</p><p>　　小臂的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)；末端執(zhí)行器部分裝有伺服電機(jī)M3，同樣通過(guò)齒輪、絲桿傳</p><p>　　動(dòng)控制末端執(zhí)行器的上下移動(dòng)。</p><p><b>　　（3） 伺服電機(jī)</b></p><p>　　一個(gè)伺服電機(jī)內(nèi)部包括了一個(gè)小型直流馬達(dá)；一組變速齒輪組；一個(gè)反饋可調(diào)</p><p

62、>　　電位器；及一塊電子控制板。其中，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的直流馬達(dá)提供了原始動(dòng)力，帶動(dòng)</p><p>　　變速（減速）齒輪組，使之產(chǎn)生高扭力的輸出，齒輪組的變速比愈大，伺服馬達(dá)</p><p>　　的輸出扭力也愈大，也就是說(shuō)越能承受更大的重量，但轉(zhuǎn)動(dòng)的速度也愈低</p><p>　　圖3-2 伺服電機(jī)圖</p><p>　?。?）微行伺服馬達(dá)的

63、工作原理</p><p>　　一個(gè)微型伺服馬達(dá)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其原理可由下圖表示：</p><p>　　圖3-3 伺服電機(jī)原理圖</p><p>　　減速齒輪組由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，其終端（輸出端）帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢</p><p>　　測(cè)，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其</p>

64、<p>　　與輸入的控制脈沖信號(hào)比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動(dòng)馬達(dá)正向或反向地轉(zhuǎn)動(dòng)，使</p><p>　　齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0，從而達(dá)到使伺服馬達(dá)精確定位的目的。</p><p>　?。?）伺服馬達(dá)的控制</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)的微型伺服馬達(dá)有三條控制線，分別為：電源、地及控制。電源線與地線用</p><p&

65、gt;　　于提供內(nèi)部的直流馬達(dá)及控制線路所需的能源，電壓通常介于4V—6V 之間，該</p><p>　　電源應(yīng)盡可能與處理系統(tǒng)的電源隔離（因?yàn)樗欧R達(dá)會(huì)產(chǎn)生噪音）。甚至小伺服馬達(dá)在重負(fù)載時(shí)也會(huì)拉低放大器的電壓，所以整個(gè)系統(tǒng)的電源供應(yīng)的比例必須合理。</p><p>　　輸入一個(gè)周期性的正向脈沖信號(hào)，這個(gè)周期性脈沖信號(hào)的高電平時(shí)間通常在1ms</p><p>　　—

66、2ms 之間，而低電平時(shí)間應(yīng)在5ms 到20ms 之間，并不很?chē)?yán)格，下表表示出一個(gè)典型的20ms 周期性脈沖的正脈沖寬度與微型伺服馬達(dá)的輸出臂位置的關(guān)系：</p><p>　?。?）選用的伺服馬達(dá)</p><p>　　我選用的伺服馬達(dá)為T(mén)owPro 的，型號(hào)為SG303。其主要技術(shù)參數(shù)如下：</p><p>　　轉(zhuǎn)速：0.23 秒／60 度。</p>

67、<p>　　? 力矩：3.2kg?cm。</p><p>　　? 尺寸：40.4mm×19.8mm×36mm。</p><p>　　? 重量：0.6kg。</p><p>　　? 12V 和24V 電源供電。</p><p>　　控制周期脈沖寬度為20ms。送出不同的正脈沖寬度是，就可以得到不同的控制效果?？刂普?/p>

68、脈沖寬度如下：</p><p><b>　?。?）增量式編碼器</b></p><p>　　編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。</p><p>　　前者成為碼盤(pán)，后者稱(chēng)碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸</p><p>　　式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是

69、</p><p>　　“１”還是“０”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。</p><p>　　按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類(lèi)。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)</p><p>　　換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移</p><p&

70、gt;　　的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與</p><p>　　測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備來(lái)知道其位置，當(dāng)編碼</p><p>　　器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來(lái)記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼</p><p&

71、gt;　　器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來(lái)電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過(guò)程中，也不能有干擾而</p><p>　　丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無(wú)從知道</p><p>　　的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。</p><p>　　解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過(guò)參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)</p><p>　　備

72、的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就</p><p>　　有每次操作先找參考點(diǎn)，開(kāi)機(jī)找零等方法。</p><p>　　比如，打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開(kāi)機(jī)，我們都</p><p>　　能聽(tīng)到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點(diǎn)，然后才工作。</p><p><b>　　增量式編碼器特

73、點(diǎn)：</b></p><p>　　增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多</p><p>　　圈無(wú)限累加和測(cè)量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會(huì)輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的</p><p>　　線數(shù)決定。需要提高分辨率時(shí)，可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號(hào)進(jìn)行倍頻或更換高分辨率編碼器。</p><p&g

74、t;<b>　?。?）絲桿及螺母副</b></p><p>　　(1).主要確定絲桿的外徑d，及長(zhǎng)度，選擇螺紋的類(lèi)型，牙型角β，計(jì)算出螺</p><p>　　紋中徑d2，螺紋升角φ，定出螺距P，求出螺紋導(dǎo)程S?？捎孟率竭M(jìn)行計(jì)算</p><p>　　此公式也用來(lái)計(jì)算齒輪等圓形零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p>　　i ----

75、--由電機(jī)軸到絲杠一級(jí)齒輪減速器的傳動(dòng)比，</p><p><b>　　（10）滾動(dòng)軸承</b></p><p>　　滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、尺寸和公差等級(jí)均已制定有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中只需</p><p>　　根據(jù)工作條件選擇合適的軸承類(lèi)型，尺寸和公差等級(jí)等，并進(jìn)行軸承的組合結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)。

76、</b></p><p>　　按滾動(dòng)軸承承受載荷的作用方向，常用軸承可分為三類(lèi)，即徑向接觸軸承、</p><p>　　向心角接觸球軸承和軸向接觸軸承。</p><p>　　在機(jī)械手的設(shè)計(jì)中，通常使用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承和</p><p>　　推力球軸承的組合件。選擇軸承要根據(jù)它所支承的軸的粗度（一般軸徑的設(shè)計(jì)要&

77、lt;/p><p>　　先由計(jì)算的強(qiáng)度來(lái)確定基本尺寸，再根據(jù)GB/T2822-81 來(lái)選取標(biāo)準(zhǔn)尺寸，也可以</p><p>　　根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件如軸承等決定）來(lái)決定的，選定軸承后，還要進(jìn)行軸承的壽命計(jì)算，</p><p>　　可以根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。</p><p><b>　　軸承的壽命：</b></p>&

78、lt;p>　　4 軟件電路部分設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 單片機(jī)的選擇</p><p>　?。?） 單片機(jī)的概念</p><p>　　單片機(jī)是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。通常</p><p>　　在芯片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/O 口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷控制系統(tǒng)、系統(tǒng)時(shí)鐘及系統(tǒng)總線等

79、。</p><p><b>　　（2） 單片機(jī)特點(diǎn)</b></p><p>　　1) 優(yōu)異的性能價(jià)格比。</p><p>　　2) 高、體積小、可靠性高。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采</p><p>　　用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了計(jì)算機(jī)的可靠性與抗</p><p>

80、;　　干擾能力。另外，其體積小，對(duì)于強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在</p><p><b>　　惡劣環(huán)境下工作。</b></p><p>　　3) 控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機(jī)的指令系統(tǒng)種均有極</p><p>　　豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O 口的邏輯操作及位處理功能，單片機(jī)的邏輯控制功</p><p>

81、;　　能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微機(jī)。</p><p>　　4) 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。</p><p>　　5) 單片機(jī)的系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置叫典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系</p><p><b>　　統(tǒng)。</b></p><p>　?。?） 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu)</p><p>

82、;　　1) 89C52 系列單片機(jī)基本配置如下：</p><p><b>　　a) 微處理器</b></p><p>　　該單片機(jī)中有一個(gè)8 位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括</p><p>　　了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，</p><p>　　還可以進(jìn)行位變量

83、的處理。</p><p><b>　　b) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　片內(nèi)為128 個(gè)字節(jié)，片外最多可外擴(kuò)至64k 字節(jié)，用來(lái)存儲(chǔ)程序在運(yùn)行期間的工作變量、運(yùn)算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標(biāo)志位等，所以稱(chēng)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)</p><p><b>　　器。</b></p><p><b&

84、gt;　　c) 程序存儲(chǔ)器</b></p><p>　　由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲(chǔ)器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲(chǔ)器</p><p>　　的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲(chǔ)器，片外最多可外擴(kuò)至64k 字節(jié)。</p><p><b>　　d) 中斷系統(tǒng)</b></p><p>　　具有5 個(gè)中斷源，2

85、級(jí)中斷優(yōu)先權(quán)。</p><p>　　e) 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>　　片內(nèi)有2 個(gè)16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。</p><p><b>　　f) 串行口</b></p><p>　　1 個(gè)全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕?lái)進(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行</p><p>　　

86、I/O 口，甚至與多個(gè)單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更</p><p><b>　　廣。</b></p><p>　　g) P1 口、P2 口、P3 口、P4 口</p><p>　　為4 個(gè)并行8 位I/O 口。</p><p>　　h) 特殊功能寄存器</p><p>　

87、　共有21 個(gè)，用于對(duì)片內(nèi)的個(gè)功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視。實(shí)際上是一</p><p>　　些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個(gè)具有特殊功能的RAM 區(qū)。</p><p><b>　　2) 引腳及其功能</b></p><p>　　a) 電源及時(shí)鐘引腳</p><p>　　VCC：接+5V 電源正端；</p>

88、<p>　　VSS：接+5V 電源地端；</p><p>　　X1：接外部晶體振蕩器的一端；</p><p>　　X2：接外部晶體振蕩器的另一端。</p><p><b>　　b) 控制引腳</b></p><p>　　RESET：?jiǎn)纹瑱C(jī)上電復(fù)位端。</p><p>　　ALE：當(dāng)訪問(wèn)

89、外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 一每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于</p><p>　　鎖存出現(xiàn)在P0 口的低8 位地址。</p><p>　　PSEN：為片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。</p><p>　　EA ：為訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　c) 輸入/輸出引腳</p><p>　　P3 口

90、的第二功能：</p><p>　　P3.0：RXD，串行輸入通道；</p><p>　　P3.1：TXD，串行輸出通道；</p><p>　　P3.2：INT0，外部中斷0；</p><p>　　P3.3：INT1，外部中斷1；</p><p>　　P3.4：T0，計(jì)數(shù)器0 外部輸入；</p><p

91、>　　P3.5：T1，計(jì)數(shù)器1 外部輸入；</p><p>　　P3.6：WR ，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通；</p><p>　　P3.7： RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。</p><p>　　圖4-1 89c51 引腳圖</p><p>　　4.2 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇</p><p>　　在微機(jī)控制系統(tǒng)中，還要處理另一類(lèi)

92、數(shù)字量，即開(kāi)關(guān)信號(hào)、脈沖信號(hào)。</p><p>　　它們是以二進(jìn)制的邏輯“1”和“0”，即電平的高和低出現(xiàn)的。如開(kāi)關(guān)觸電</p><p>　　的閉合和斷開(kāi)，指示燈的亮和滅，繼電器和接觸器的吸合和釋放，馬達(dá)的啟</p><p>　　動(dòng)和停止，晶閘管的通和斷，閥門(mén)的打開(kāi)和關(guān)閉等，我們稱(chēng)為開(kāi)關(guān)量。開(kāi)關(guān)</p><p>　　量所控制的執(zhí)行器所要求的控

93、制電壓一般都比較高，電流一般都較大，有的</p><p>　　是直流驅(qū)動(dòng)，有的是交流驅(qū)動(dòng)，必須根據(jù)具體對(duì)象采用適當(dāng)?shù)慕涌?。開(kāi)關(guān)量</p><p>　　的輸出接口實(shí)質(zhì)上是利用計(jì)算機(jī)做“弱電”控制“強(qiáng)電”。它需要解決兩個(gè)</p><p>　　重要問(wèn)題：隔離和驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　用單片機(jī)控制各種各樣的高壓、大電流負(fù)載，如電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、繼電

94、</p><p>　　器、燈泡等時(shí)，不能用單片機(jī)的I/O 線來(lái)直接驅(qū)動(dòng)。P0、P1、P2、P3 四個(gè)口</p><p>　　都可以做輸出口，但其驅(qū)動(dòng)能力不同。P0 口的驅(qū)動(dòng)能力較大，當(dāng)其輸出高電</p><p>　　平時(shí)，可提供400 m A的電流；當(dāng)其輸出低電平（0.45V）時(shí)，則可提供3.2mA</p><p>　　的灌電流，如低電平允許

95、提高，灌電流會(huì)相應(yīng)加大。P1、P2、P3 口的每一位只能</p><p>　　驅(qū)動(dòng)四個(gè)LSTTL，即可提供的電流只有P0 口的一半。所以，用低電平輸出可獲得</p><p>　　比高電平輸出更大的驅(qū)動(dòng)能力。目前，一些MCS-51 系列單片機(jī)的引腳驅(qū)動(dòng)能力有所提高，如89C2051，一些引腳可提供20mA 的灌入電流。但大多數(shù)場(chǎng)合，單片機(jī)I/O 口的驅(qū)動(dòng)能力是不夠的，必須通過(guò)各種驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)

96、關(guān)電路來(lái)提高驅(qū)動(dòng)能力。</p><p>　　4.2.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200 原理及應(yīng)用</p><p>　　LMD18200 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)推出的專(zhuān)用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的H 橋組件。同一芯片上集成有CMOS 控制電路和DMOS 功率器件，利用它可以與主處理器、電機(jī)和增量型編碼器構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。LMD18200 廣泛應(yīng)用于打印機(jī)、機(jī)器人和各種自動(dòng)化控制領(lǐng)域。

97、下面介紹 LMD18200 芯片的結(jié)構(gòu)、原理及其典型應(yīng)用。</p><p><b>　?。?）主要性能</b></p><p>　　峰值輸出電流高達(dá)6A，連續(xù)輸出電流達(dá)3A；</p><p>　　工作電壓高達(dá)55V；</p><p>　　Low RDS(ON) typically 0.3W per switch；<

98、/p><p>　　TTL/CMOS 兼容電平的輸入；</p><p>　　無(wú) “shoot-through” 電流；</p><p>　　具有溫度報(bào)警和過(guò)熱與短路保護(hù)功能；</p><p>　　芯片結(jié)溫達(dá)145℃，結(jié)溫達(dá)170℃時(shí)，芯片關(guān)斷；</p><p>　　具有良好的抗干擾性。</p><p>

99、;<b>　?。?） 典型應(yīng)用</b></p><p>　　l 驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)、步機(jī)電機(jī)</p><p>　　l 伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)位置與轉(zhuǎn)速</p><p>　　l 應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)</p><p>　　l 應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)</p><p>　　l 應(yīng)用于電腦打印機(jī)與繪圖儀</p>

100、<p>　?。?） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說(shuō)明</p><p>　　LMD18200 外形結(jié)構(gòu)如圖1 所示，內(nèi)部電路框圖2 如圖所示。它有11 個(gè)引腳,采用TO-220 和雙列直插式封裝。</p><p><b>　　各引腳的功能如下</b></p><p>　　LMD18200 工作原理：</p><p>　　內(nèi)部集

101、成了四個(gè)DMOS 管，組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的H 型驅(qū)動(dòng)橋。通過(guò)充電泵電路為上</p><p>　　橋臂的2 個(gè)開(kāi)關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個(gè)300kHz 左右的工作頻率。</p><p>　　可在引腳1、11 外接電容形成第二個(gè)充電泵電路，外接電容越大，向開(kāi)關(guān)管柵極</p><p>　　輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時(shí)間越短，工作頻率可以更高。引腳 2、<

102、;/p><p>　　10 接直流電機(jī)電樞，正轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳步到引腳10；反轉(zhuǎn)時(shí)電流的方向應(yīng)該從引腳10 到引腳2。電流檢測(cè)輸出引腳8 可以接一個(gè)對(duì)地電阻，通過(guò)電阻來(lái)輸出過(guò)流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過(guò)電流閾值為10A，當(dāng)超過(guò)該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性的自動(dòng)恢復(fù)輸出。如果過(guò)電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)熱保護(hù)將關(guān)閉整個(gè)輸出。過(guò)熱信號(hào)還可通過(guò)引腳9 輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到145 度時(shí)引腳9 有輸出信號(hào)。</p>

103、<p><b>　　4、 典型應(yīng)用</b></p><p>　　LMD18200 典型應(yīng)用電路如圖3 所示。</p><p>　　LMD18200 提供雙極性驅(qū)動(dòng)方式和單極性驅(qū)動(dòng)方式。雙極性驅(qū)動(dòng)是指在一個(gè)PWM 周期里，電動(dòng)機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。雙極性可逆系統(tǒng)雖然有低速運(yùn)行平穩(wěn)性的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著電流波動(dòng)大，功率損耗較大的缺點(diǎn)，尤其是必須增加死區(qū)來(lái)避

104、免開(kāi)關(guān)管直通的危險(xiǎn)，限制了開(kāi)關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動(dòng)機(jī)的控制。本文中將介紹單極性可逆驅(qū)動(dòng)方式。單極性驅(qū)動(dòng)方式是指在一個(gè)PWM周期內(nèi),電動(dòng)機(jī)電樞只承受單極性的電壓。</p><p>　　該應(yīng)用電路是Motorola 68332CPU 與LMD18200 接口例子，它們組成了一個(gè)單極性驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的閉環(huán)控制電路。在這個(gè)電路中，PWM 控制信號(hào)是通過(guò)引腳5 輸入的，而轉(zhuǎn)向信號(hào)則通過(guò)引腳3 輸入。根據(jù)PW

105、M 控制信號(hào)的占空比來(lái)決定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。采用一個(gè)增量型光電編碼器來(lái)反饋電動(dòng)機(jī)的實(shí)際位置，輸出AB 兩相，檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置，形成閉環(huán)位置反饋，從而達(dá)到精確控制電機(jī)。</p><p>　　4.3 傳感器的確定</p><p>　　顏色傳感器， 通過(guò)一種特殊的三色方式發(fā)揮作用。傳感器把光（紅、藍(lán)、綠）</p><p>　　投射到將被檢測(cè)的物體上，計(jì)算來(lái)自反射輻射

106、的色度坐標(biāo)，并與之前存儲(chǔ)的三色</p><p>　　值進(jìn)行比較。當(dāng)三色值在設(shè)定的允許偏差范圍內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交換輸出。</p><p>　　傳感器使用白熾燈做光源，使用光電池接收器，直到后來(lái)發(fā)明了</p><p>　　高效的可見(jiàn)光ＬＥＤ。現(xiàn)在，多數(shù)的色標(biāo)傳感器都是使用經(jīng)調(diào)制的各</p><p>　　種顏色的可見(jiàn)光ＬＥＤ發(fā)射器。經(jīng)調(diào)制的傳感器往

107、往犧牲了響應(yīng)速度</p><p>　　以獲取更長(zhǎng)的檢測(cè)距離，這是因?yàn)闄z測(cè)距離是一個(gè)非常重要的參數(shù)。</p><p>　　未經(jīng)調(diào)制的傳感器可以用來(lái)檢測(cè)小的物體或動(dòng)作非?？斓奈矬w，這些</p><p>　　場(chǎng)合要求的響應(yīng)速度都非?？?。但是，現(xiàn)在高速的調(diào)制傳感器也可以</p><p>　　提供非常快的響應(yīng)速度，能滿足大多數(shù)的檢測(cè)應(yīng)用。</p&

108、gt;<p>　　圖 4-2 CSS—RE—（M18 顏色識(shí)別傳感器）</p><p>　　顏色值或顏色 模擬量輸出0-10V</p><p><b>　　最大顏色選擇度</b></p><p><b>　　導(dǎo)向光束（紅色）</b></p><p>　　響應(yīng)時(shí)間，典型值：100μs&l

109、t;/p><p><b>　　自 檢功能</b></p><p>　　獨(dú)立放大器，1 種顏色自學(xué)功能</p><p>　　物體尺寸> 5 mm</p><p><b>　　信號(hào)強(qiáng)度0-10V</b></p><p>　　距離：5-200mm</p><p

110、><b>　　白色光源</b></p><p>　　達(dá)到32 色自學(xué)功能的FSK 存儲(chǔ)卡</p><p><b>　　任選附件</b></p><p><b>　　防護(hù)等級(jí)IP 65</b></p><p>　　光源，自適應(yīng)顏色傳感器和放大器</p><

111、;p><b>　　4.5 接口電路</b></p><p>　　1.串行通信的基本原理</p><p>　　計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送有并行和串行兩種方式。并行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是：各數(shù)據(jù)</p><p>　　同時(shí)傳送，傳送速度快，效率高。但并行數(shù)據(jù)傳送有多少數(shù)據(jù)位就需要多少根數(shù)</p><p>　　據(jù)線，因此傳送成本高。并行數(shù)

112、據(jù)傳送的距離通常小于30 米，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送通常都是并行的；串行數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳送按位順序進(jìn)行，最少只需一根線即可完成，成本低但速度慢。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大多是串行的，</p><p>　　其傳送的距離可以從幾米到幾千公里。串行通信又分為異步和同步兩種方式。單</p><p>　　片機(jī)中使用的串行通信通常都是異步方式的。</p><p>　?。?）

113、串行通信的數(shù)據(jù)傳送格式</p><p>　　異步串行通信以字符為單位，即一個(gè)一個(gè)字符地傳送。其字符格式通常表示</p><p>　　如下：它用一個(gè)起始位表示字符的開(kāi)始，用停止位表示字符的結(jié)束構(gòu)成一幀。異</p><p>　　步通信的特點(diǎn)是每次只傳送一個(gè)字符，每個(gè)字符由起始位（規(guī)定為低電平）、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位（規(guī)定為高電平1~2 位）組成。由于單片機(jī)的停止位

114、規(guī)定為1 位，為了與單片機(jī)相匹配，PC 機(jī)的一幀數(shù)據(jù)的停止位我們采用1 位。</p><p>　　（2）串行通信的收發(fā)過(guò)程</p><p>　　發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)發(fā)送低電平起始位開(kāi)始一個(gè)字符的傳送，起始位之</p><p>　　后便按特定的速率發(fā)送數(shù)據(jù)位（包括奇偶校驗(yàn)位），當(dāng)最后一位數(shù)（對(duì)于采用奇偶個(gè)高電平停止位用以標(biāo)志一個(gè)字符傳送結(jié)束，這樣就完成了一幀數(shù)據(jù)發(fā)送

115、。如果不再發(fā)送新數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)尚未準(zhǔn)備好，就將傳輸線鉗在高電平狀態(tài)。接收方不斷檢測(cè)傳輸線的電平狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傳輸線由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)（起始位標(biāo)志位），即認(rèn)為有數(shù)據(jù)傳入，進(jìn)入接收狀態(tài)，然后以相同的速率檢測(cè)傳輸線的電平狀態(tài)，接收隨后送來(lái)的數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)位和停止位?？梢?jiàn)在異步通信方式中，發(fā)送方是靠控制傳輸線的電平狀態(tài)來(lái)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。接收方通過(guò)不斷檢測(cè)數(shù)據(jù)線的狀態(tài)來(lái)完成數(shù)據(jù)的接收，只要發(fā)送率和接收檢測(cè)速率相同，即能準(zhǔn)確接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送與接收

116、設(shè)備可以使用各自的時(shí)鐘源完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，無(wú)需使用相同的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　?。?）串行通信的傳送速率</p><p>　　傳送速率用于說(shuō)明數(shù)據(jù)傳送的快慢。在串行通信中，數(shù)據(jù)是按位進(jìn)行傳送的，</p><p>　　因此傳送速率用每秒鐘傳送二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)來(lái)表示，稱(chēng)之為波特率。在串行通</p><p>　　信中常用波特率來(lái)衡量通信

117、速率的快慢，每秒鐘傳送一位就是一波特，一般異步</p><p>　　通信波特率為110～９６００KHZ。在選擇通信的波特率時(shí)，不要盲目追高，要以</p><p>　　滿足數(shù)據(jù)傳輸要求為原則。因?yàn)椴ㄌ芈试礁?，?duì)發(fā)送和接收時(shí)鐘信號(hào)頻率的一致</p><p><b>　　性要求就越高。</b></p><p>　?。?）串行通

118、信的電平轉(zhuǎn)換</p><p>　　PC 機(jī)與單片機(jī)是通過(guò)串行口進(jìn)行通信的。由于單片機(jī)的輸入、輸出是TTL 電</p><p>　　平（+5V 表示邏輯1，電平低于2V 便不能被識(shí)別為邏輯1；0V 表示邏輯0），TTL</p><p>　　電平一般不能用于遠(yuǎn)距離傳輸，因?yàn)閭鬏斶^(guò)程中電平的衰減會(huì)使傳輸數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。</p><p>　　而PC 機(jī)配

119、置的是RS—232 串行接口，因此，單片機(jī)與PC 機(jī)之間進(jìn)行通信時(shí)，要</p><p>　　進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換，需要將TTL 電平轉(zhuǎn)換為RS—232 電平（-5V～-15V 表示邏輯1，</p><p>　　+5V～+15V 表示邏輯0），在傳輸線上傳送的RS—232 電平可高達(dá) 12V，比TTL 電</p><p>　　平有更強(qiáng)的抗衰減能力及抗干擾能力，可用于遠(yuǎn)距離傳

120、輸。常用的電平轉(zhuǎn)換芯片</p><p>　　為MAX2232，此芯片能實(shí)現(xiàn)以上兩種電平的相互轉(zhuǎn)換。另外，信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)最好使用雙絞線，有利于抑制外界共模信號(hào)的干擾。</p><p>　　2.單片機(jī)與PC 機(jī)串行通信實(shí)現(xiàn)手段</p><p>　　由于PC 機(jī)中集成了串行異步通信的可編程芯片8250，我們可以通過(guò)PC 機(jī)的</p><p>　　串

121、行通信口COM1 或COM2 對(duì)它進(jìn)行控制，因而不需要再單獨(dú)做實(shí)驗(yàn)板。我們可以</p><p>　　把單片機(jī)的內(nèi)部電平轉(zhuǎn)換接口與PC 機(jī)的串行通信口COM1 或COM2 通過(guò)串行連接線連接起來(lái)，然后用軟件對(duì)它們進(jìn)行初始化，使它們運(yùn)行各自的接收或發(fā)送程序。</p><p>　　在具體編程的時(shí)候，我們可以實(shí)現(xiàn)很多的功能。例如，我們可以從PC 機(jī)和單片機(jī)中讀其RAM 或ROM 的內(nèi)容，對(duì)它們進(jìn)行

122、在線修改。PC 機(jī)的程序可以用匯編程序MASM6.0、VB、C++Bilder 或VC++進(jìn)行編寫(xiě)。 控制電路與計(jì)算機(jī)通訊能夠在計(jì)算機(jī)上作監(jiān)控界面，使機(jī)械手控制更加人性化。</p><p>　　圖4-3 串行通訊電路</p><p><b>　　4.6 電路圖繪制</b></p><p>　　系統(tǒng)控制電路圖如下：</p><

123、p>　　圖4-4 系統(tǒng)控制電路圖</p><p>　　（2） 電路圖說(shuō)明：PC 機(jī)通過(guò)電頻轉(zhuǎn)換器將程序傳送至單片機(jī)，單片</p><p>　　機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，使傳感器到達(dá)指定位置。傳感器檢測(cè)</p><p>　　工件顏色，并發(fā)射相應(yīng)信號(hào)給單片機(jī)（紅色，進(jìn)行下一步；黑色，停止、延</p><p>　　時(shí)；無(wú)反射，程序結(jié)束

124、）。單片機(jī)通過(guò)已設(shè)定的程序完成相應(yīng)步驟。</p><p><b>　?。?） 單片機(jī)電路</b></p><p>　　1) 看門(mén)狗復(fù)位電路</p><p>　　復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。本電路中采用的是上</p><p>　　電復(fù)位，其工作原理為：上電瞬間，RC 電路充電，RST 引腳端出現(xiàn)正脈沖，