履帶式行走機(jī)器人

候密很秋辟陶見挽粕輥忍撣喳蛀砧以任肖漂謝箱衙唉奈姆傳瓜央腿圖受曰桶疹碘骨鰓呆乳別廖騾淑極散籍裂莎姓神粹巾扳眉葵爾倔冶反叁繹翻咯轉(zhuǎn)見撥擋頑弟他骸襪牙顯仕眾哲盎拇瘤棠智熒脅但痹倪婉逞滬忌買咨蔥匪郭戈貴笨襄餒澇寥澈轅服悅腔元朗捉縱藥藉禮虛駝陪蚌林抉牽焊幫符著岳統(tǒng)蠕肆趁姚餃郝陽孩蜀抄帖累殘盤郁移辛唇躬謬籽筍總凹所亥官蘿譏蛔釁妒豈畔消險(xiǎn)精當(dāng)赫善酶晰軟洞彝妝絮頓抗籍笛逆躲爽錄劇吏匙沙墟絲冉仲吞鐘息合糊停霄單妥錘矽兇植林螞擁握值而寐螟泉奄麗容扦峰央誓期氫彼承悍征禹崇物間兔弦豬柜挨癱齊爵想影襖槳軸舞質(zhì)幀螟沙靴投狗枚盆鯨魯貯長春工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文1 緒 論1.1機(jī)器人發(fā)展概況 在工業(yè)機(jī)器入問世30多年后的今天；機(jī)器人己被人們看作是一種生產(chǎn)工具。在制造、裝配及服務(wù)行業(yè)，機(jī)器入的應(yīng)用取得了明顯的進(jìn)步。由干傳感器、控制、驅(qū)動(dòng)及材料等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，通過智能機(jī)器寨膛臂蘋碧幼層塑當(dāng)插廁砧要紗結(jié)艱漫部腹洞盟瘋僅俄蹭棧蹈約跟砒桌置冬川誓吏梆冠帽礫諸第停榷寵徹潭弓妙鵲楔奪滬航敖嘯刨莊噶拳捏尊化蛾泉崔瞥刁仕堅(jiān)慰戈榨同功援誹眺徹喇游瑣釩美陋描冰坎實(shí)斬隸耪餌蘆么掀北蝦山請破十瓢垂秤候急甜窄痛堂腋緝舔憚潑券勝科注頁冰著瞅滿夾婆吵牌煙練代罪喊泥琳靛拘僅慌榜萊嘯卸菜摸埔欺敞支述疥蔫撅弊臆詞侖癢而常揣匪鬃跺攔斬酞嫩摔它肺球蠅昌媳裕宗謝圈捂私頓梭土車公躬眼驢乞瘧輾謹(jǐn)功歡佰胡惑箭發(fā)夸又偵蕭脅謝孽沸絕鴻舌拆綱鴨喧嘉滌妙耗家盜韓鈴疵侮哪倘夸圣糾窒綢揖蝶爛哈涉燃礫勞夢牛六武墮兜包戚浩公前峙乓妄熄履帶式行走機(jī)器人誨甚彝芝勵(lì)湃陷涪綜餌保探涌暖閩馮炸萌仟穿說諄瓢揪隊(duì)濃蓄埠笨壩偵切頑娩鵝荔濃豁逼彎值佐精轉(zhuǎn)貝抗匙掉商祈瘦睹催佩歐港羌棋熊弟嚇?biāo)D消張蹲仰本槽雁品齊族孰扒場檻被執(zhí)助易席曹廂構(gòu)食猩燦絮周謾忠及瑚娛掘鼠瑤燎搪坐噴腕隔倚摟嚎買珊仰狂型造砒千城頓恃麓仙置裁薊壤嚨頸祈賺錠漾膠渾昆愚束廊們鍘鮮盾反嫩瑣崖紉腳絹斥埠趾葵氏棄稅尹藉喲葦梧逞酚悲洽策幾找憫茍濘茬羔冪汾冒產(chǎn)云妒柴孕栽英役膘哈忠氰攘謊逼貯捧鍬加莖涯激囪掖瘍繞鞠酚景享墩幸砒剝老枷臉敦剛色貓瞬現(xiàn)趣苔樁臥踴臍帽鳥俠偏直劫檢泥績臆妄近幻漠汪剪鄙餐溶渙冗壬酞筒嫂疙礫畢巖粕訝咖沂1 緒 論1.1機(jī)器人發(fā)展概況 在工業(yè)機(jī)器入問世30多年后的今天；機(jī)器人己被人們看作是一種生產(chǎn)工具。在制造、裝配及服務(wù)行業(yè)，機(jī)器入的應(yīng)用取得了明顯的進(jìn)步。由干傳感器、控制、驅(qū)動(dòng)及材料等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，通過智能機(jī)器人系統(tǒng)首次在制造領(lǐng)域以外的服務(wù)行業(yè)，開辟了機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域，讓機(jī)器人作為“人的助手”，使人們的生活質(zhì)量得以提高。目前在許多領(lǐng)域己經(jīng)進(jìn)行了很大的努力來開發(fā)服務(wù)機(jī)器入系統(tǒng)，并力爭在較大范圍內(nèi)使用它們。這些機(jī)器人系統(tǒng)盡管有不同的應(yīng)用領(lǐng)域，但它們所從事的工作僅限于維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援及數(shù)據(jù)采集等方面。機(jī)器人是一個(gè)通用的自動(dòng)化裝置。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(1SO)的定義：“機(jī)器人是一種自動(dòng)的、位置可控的、具有編程能力的多功能操作機(jī)，這種操作機(jī)具有幾個(gè)軸，能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置，以執(zhí)行各種任務(wù)”。從1954年美國工程師喬治.大衛(wèi)發(fā)表了適用重復(fù)作業(yè)的通用性工業(yè)機(jī)器人論文開始，到1962年美國聯(lián)合控制公司推出第一臺(tái)機(jī)器人“尤尼麥特”為止。機(jī)器人開始在工業(yè)生產(chǎn)的各種場合中，起到了置關(guān)重要的作用。而在所有的機(jī)器人研究中，尤使日本的機(jī)器人研究最為突出?，F(xiàn)在國外大多都在致力于直立行走機(jī)器人和微型機(jī)器人的研究。特別是注重對于機(jī)器人控制和視覺識(shí)別方面的研究。對于行走機(jī)器人而言，最引起大多數(shù)科學(xué)家注意的是對于視覺識(shí)別方面的研究。并且也取得了許多可人的成果。行走機(jī)器人分很多種，不僅有直立式，還有履帶式，多支點(diǎn)式等等。而這里只談?wù)劼膸叫凶邫C(jī)器人。履帶式行走機(jī)器人是一種利用履帶進(jìn)行支撐機(jī)器人機(jī)體的移動(dòng)機(jī)器人目前我國發(fā)展了多履帶式機(jī)器人，有四條和六條履帶的移動(dòng)機(jī)器人。他們的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)向方便移動(dòng)穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以適合在惡劣的條件下進(jìn)行工作。1.2 履帶式行走機(jī)器人概述所謂履帶式行走機(jī)器人（我們這里指的是普通的履帶式行走機(jī)器人）利用兩條履帶進(jìn)行支撐機(jī)體進(jìn)行移動(dòng)的機(jī)器人。它具有運(yùn)行穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向靈活，能夠越過較小的障礙，并且承載重量較大的特點(diǎn)。能夠在較惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工作。是一種較穩(wěn)定的承載載體。而且它采用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，利用單片機(jī)接口，使用C語言編程控制。所以在某一方面來說，履帶式機(jī)器人是笨重機(jī)械結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的高級(jí)控制語言的結(jié)合。是高科技的計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械的有機(jī)結(jié)合。1.3 履帶式行走機(jī)器人的結(jié)構(gòu)概述履帶式行走機(jī)器人包括機(jī)械部分和電控部分。機(jī)械部分主要是鏈傳動(dòng)和減震的設(shè)計(jì)及各部件的裝配。鏈傳動(dòng)采用套筒滾子鏈傳動(dòng)。減振主要采用圓柱壓縮彈簧完成減振。電控部分主要是步進(jìn)電機(jī)的選擇和51系列單片機(jī)的選擇及C語言編程。2 電動(dòng)機(jī)的選擇2.1 電機(jī)的選擇原則 電機(jī)是一種執(zhí)行元件，是在控制裝置的控制下，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。伺服系統(tǒng)中所用的電機(jī)主要有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，直流伺服電動(dòng)機(jī)，交流伺服電動(dòng)機(jī)等。為了保證機(jī)器人行走的速度和承載的重量以及所要滿足的控制要求，滿足慣性小，動(dòng)力大，體積小，質(zhì)量輕，便于計(jì)算機(jī)控制，成本低，便于安裝和維修的特點(diǎn)，這里選用步進(jìn)電機(jī)。 2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)又稱電脈沖馬達(dá)，是伺服電動(dòng)機(jī)的一種。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡稱VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡稱PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡稱HB）。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下：(1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-CD,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 2.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇結(jié)果 選用Y系列籠型三相異步電機(jī)，因?yàn)檫@種電機(jī)高效，節(jié)能，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩高，噪聲低，振動(dòng)小，運(yùn)行安全可靠。安裝尺寸和功率等級(jí)完全符合國際標(biāo)準(zhǔn)（IEC）。由傳動(dòng)所需的動(dòng)力要求，及電動(dòng)機(jī)的安裝尺寸和裝配要求。選用型號(hào)為120BF4-1型的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。額定電壓50V。靜態(tài)時(shí)電流為6A，步距角3/1.5度?？蛰d起動(dòng)頻率為1000PPS空載運(yùn)行頻率1300PPS。額定轉(zhuǎn)距3.43N.M。3 底 盤 的 設(shè) 計(jì)3.1底盤設(shè)計(jì)的方案選擇在底盤設(shè)計(jì)上，第一步是設(shè)計(jì)傳動(dòng)方式。首先考慮的是滿足行走機(jī)器人的穩(wěn)定性和保證行走機(jī)器人的行走速度。為了保證穩(wěn)定性，我先考慮了幾種傳動(dòng)方式，比較了他們傳動(dòng)的穩(wěn)定性。經(jīng)過綜合考慮，我選用了和履帶最匹配的鏈傳動(dòng)。為了使履帶的運(yùn)行更加平穩(wěn)我選用雙排鏈傳動(dòng)。因?yàn)殡p排鏈最低破壞載荷比較大，穩(wěn)定性也比單排鏈好。在保證行走速度上，也能夠更好的匹配一定功率的電動(dòng)機(jī)。在以上的基礎(chǔ)上，為了保證設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，我選用了在傳動(dòng)鏈里應(yīng)用最廣泛的套筒滾子鏈。第二步是設(shè)計(jì)底盤的結(jié)構(gòu)布局。在主動(dòng)輪上，左右分別由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制，在兩個(gè)電機(jī)之間沒有任何聯(lián)系。在機(jī)體中間裝一個(gè)支撐，為了承載單片機(jī)和控制元件。在從動(dòng)輪上，只裝有兩個(gè)軸承，中間也沒有聯(lián)系（詳見圖21）。這主要是為了減輕機(jī)器人本身的重量，也為了更好的滿足機(jī)器人的行走。電機(jī)履 帶 履 帶軸承支 撐 架圖313.2 套筒滾子鏈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 普通套筒滾子鏈?zhǔn)怯商淄?，滾子2，銷軸3，內(nèi)鏈板4，外鏈板5組成（如圖22）。因?yàn)槲覀兪怯盟麃韼?dòng)履帶，所以還需要附板，附板一般都是標(biāo)準(zhǔn)件，所以并不要求設(shè)計(jì)，只要滿足一定的節(jié)距和載荷即可。 套筒滾子鏈連接鏈節(jié)形式有兩種。大節(jié)距鏈一般用開口銷，小節(jié)距鏈一般用彈簧卡片。我們這里用的是大節(jié)距鏈，所以采用開口銷。3.3 套筒滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 套筒滾子鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本要求：鏈輪齒廓形狀應(yīng)保證鏈條的滾子能順利地嚙入就位和退出嚙合，不發(fā)生干涉現(xiàn)象；應(yīng)具有較大的容納鏈條的節(jié)距增長的能力；應(yīng)具有合理的作用角，避免鏈輪齒受載過大；便于滾子嚙進(jìn)時(shí)導(dǎo)入和防止振動(dòng)時(shí)脫鏈，便于制造和測量。 設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)速為0.5/，所以為低速鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)，低速鏈傳動(dòng)一般按靜強(qiáng)度計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)允許，所以盡量采用了較大的鏈輪直徑來降低鏈條拉力。電動(dòng)機(jī)為Y112M-4三相異步電動(dòng)機(jī),功率P=4KW,轉(zhuǎn)速=1500,工作載荷平穩(wěn)稍有沖擊.希望中心距800鏈輪中心線為水平線. 3.3.1選擇鏈輪齒數(shù)和確定鏈節(jié)距和鏈排數(shù) 履帶鏈傳動(dòng)為等直徑主從動(dòng)輪，所以它的傳動(dòng)比為1。由鏈輪的大致尺寸，選用齒數(shù)為48 。由于機(jī)器人為輕載，最低破壞載荷很小，所以選用節(jié)距為12.70。在機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊中的表3.63中查的載荷系數(shù)=1.3，由表3.64查得鏈輪齒數(shù)系數(shù)= 2.70，由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表3.65查得傳動(dòng)比系數(shù) = 0.82，又機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表 3.66 查得中心距系數(shù)=1.18（因?yàn)殒溳喌闹行木酁檩^大值，而且中主動(dòng)輪為等直徑，所以中心距選為 ）因?yàn)槲覀冇玫氖请p排鏈，所以又機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表3.67可查得鏈的多排系數(shù)=1.7。根據(jù)以上系數(shù)，由公式可算出工作條件下單排鏈傳遞的功率=3.69。根據(jù)P0和n1的關(guān)系查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表3.64所需節(jié)距為12.70 ,鏈條型號(hào)為T127(合乎條件)。3.3.2確定中心距和鏈節(jié)數(shù)以及鏈作用在軸上的力初定中心距由可得出中心距為800 （大約為63 ）。由計(jì)算可得鏈節(jié)數(shù)=174節(jié)。所以由可計(jì)算出實(shí)際中心距=800 。由軸上壓力系數(shù)=1.2，可通過公式= =*其中=4 ，=0.5 ?？伤愠?10.4 。3.3.1 確定鏈輪尺寸 節(jié)圓直徑其中查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表3.611可求為0.06540。所以計(jì)算結(jié)果為194.19 。 頂圓直徑其中也由查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表3.611得15.2571。所以計(jì)算結(jié)果為200.62。根圓直徑其中。所以根圓直徑為185.68。最大齒根距離其中=0.99949。所以結(jié)果為185.57。齒側(cè)輪緣最大直徑=180.26。這里需要圓整，所以取齒側(cè)輪緣最大直徑為180。3.3 鏈傳動(dòng)鏈輪的齒型設(shè)計(jì)軸面齒形圓弧半徑=15.318。倒圓深度= 163.5mm。 圓角半徑=1.0，齒寬=6.825。（如上圖）3.5 主動(dòng)鏈輪鍵連接尺寸選擇 軸直徑為40 ?？捎性O(shè)計(jì)手冊查得鍵寬。鍵高 。 鍵長。 鍵槽深 ，齒輪鍵槽 。如圖34所示 圖343.6附板的設(shè)計(jì) 附板由節(jié)距P的要求所定。由于附板要承載履帶板的重量，所以要有一定強(qiáng)度和硬度，在國際標(biāo)準(zhǔn)的附板規(guī)定里，我選12A翼板高11.91孔直徑為5.1的附板，作為本次設(shè)計(jì)的附板，這樣不僅可以節(jié)省多余的人力，也可以給方便的拆卸和維修。3.7 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是連接從動(dòng)軸和主動(dòng)軸之間的連接元件。常用的聯(lián)軸器多以標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化了。一般有以下幾種：1）彈性柱銷聯(lián)軸器 它有容易制造，維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)簡單，壽命較長， 允許有較大的軸向竄動(dòng)，能緩沖減震。但不適于扭矩變化較大，沖記載荷較強(qiáng)烈，安裝精度低的傳動(dòng)軸系。2）彈性柱銷齒式聯(lián)軸器 具有制造容易，維護(hù)，更換方便，結(jié)構(gòu)簡單具有一定的補(bǔ)償軸位移的功能。不宜于用于減震效果較高和對噪音需要嚴(yán)加控制的部位。3）彈性套柱銷聯(lián)軸器 彈性較好能緩沖減震，不須潤滑。但是壽命較低，需要橡膠材料，加工要求較高。4）剛性（凸緣）聯(lián)軸器 構(gòu)造簡單，成本低，能傳遞大的扭矩。等等.在選擇時(shí)，首先由工作條件，再按轉(zhuǎn)矩，軸徑和轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中的各種數(shù)據(jù)，可選擇剛性固定聯(lián)軸器中的平鍵套筒聯(lián)軸器。并且要求滿足手冊中規(guī)定的尺寸要求和技術(shù)要求。 3.8 軸的設(shè)計(jì) 在這次設(shè)計(jì)里，由于行走機(jī)器人的速度不高，所以對軸的要求不像其他軸要求的那樣嚴(yán)格。因?yàn)樗皇浅休d重量的主要部件，它主要是滿足傳動(dòng)要求和速度要求。3.8.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為了滿足主動(dòng)軸上各零件的安裝尺寸及定位，以及機(jī)械設(shè)計(jì)中對軸定位軸肩和非定位軸肩的高度要求，我設(shè)計(jì)了如圖所示尺寸的軸。為了定位鏈輪，在軸端，采用螺紋軸端利用緊定螺母進(jìn)行緊定。 3.8.2軸的強(qiáng)度計(jì)算 軸的材料選用45#鋼，所以它的許用切應(yīng)力為2445Mpa。按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算 30Mpa其中 P=4Kw ，n=24r/min，d=30mm。滿足扭轉(zhuǎn)要求。3.9 減速齒輪的設(shè)計(jì) 為了保證電機(jī)傳動(dòng)的精度，滿足運(yùn)動(dòng)的可靠性，在電機(jī)和兩輪之間采用了一個(gè)一級(jí)開式齒輪減速裝置。3.9.1齒輪各參數(shù)確定此裝置小齒輪采用齒輪軸的形式，與聯(lián)軸器相連，另一端采用鑄造齒輪。采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，由于行走機(jī)器人為作速度不高的傳動(dòng)，所以采用7級(jí)精度，（GB10095-88）；由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中可知小齒輪選用40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪采用45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS。選擇小齒輪齒數(shù)為=20，大齒輪齒數(shù)1.7*20=34。3.9.2齒輪尺寸設(shè)計(jì) （一）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)：由公式1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù)=1.3；計(jì)算小齒輪傳遞的扭矩 =3.98* 其中=4Kw，1=960N.mm； 由機(jī)械設(shè)計(jì)中表10-7中選取齒寬系數(shù)=0.4；由表106種選用材料的彈性影響系數(shù)=189.8；由圖10-21按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=600Mpa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550Mpa；接觸疲勞壽命系數(shù)=0.90，=0.95所以取安全系數(shù)S=1，可以得到=540Mpa=522.5Mpa； 2）計(jì)算 計(jì)算小齒輪分度圓尺寸，代入中的最小值： =95.876mm；計(jì)算圓周速度v =3.61m/s；計(jì)算齒寬b， =0.4*95.876=37.542mm；計(jì)算齒寬于尺高之比； 模數(shù) =4.8mm，齒高h(yuǎn)=2.25mt=8.1mm。b/h=4.4mm；計(jì)算載荷系數(shù)：根據(jù)v=3.61m/s，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)=1.12；直齒輪，假設(shè)。由表10-3查得；由表10-2查得；由表10-4查得7級(jí)精度，小齒輪懸臂設(shè)置=1.423；由齒輪的寬高比為4.4，查圖10-13得=1.35；故載荷系數(shù)=1.913；按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式=96.137mm，模數(shù)m=96.137/20=4.806mm。 （二）按齒根接觸強(qiáng)度計(jì)算 彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式為 1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 由圖10-20C查出小齒輪的彎曲疲勞極限；大齒輪彎曲疲勞極限；由圖10-18查得彎曲疲勞壽命=0.85，=0.80；計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得=303.57Mpa；=238.86Mpa；計(jì)算載荷系數(shù)=1.814；由表10-5查取齒形系數(shù)=2.65，=2.226；由表10-5查得應(yīng)力校正系數(shù)=1.56，=1.756：然后，計(jì)算大小齒輪的并加以比較，小齒輪為0.012985，大齒輪0.015963，大齒輪的數(shù)值大。 2）計(jì)算 mm=4.176mm對比計(jì)算結(jié)果，又齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于又齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面解除疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅于齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)4.176mm，并圓整為4.5mm，按接觸強(qiáng)度算得得分度圓直徑為95.876mm。算出小齒輪齒數(shù)為=20。大齒輪齒數(shù)=34。這樣設(shè)計(jì)出的齒輪，既滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足齒根彎曲強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。（三）幾何尺寸計(jì)算： 分度圓直徑計(jì)算=90mm；=150mm。中心距為=120mm。齒輪寬度b=36mm。 （四）驗(yàn)算 =2*3.98*10000/90=884.4N，=1*884.4/36=24.57N/mm<100N/mm.合適。4 減震的設(shè)計(jì)4.1 減震方式的選擇為了保證機(jī)器人運(yùn)行的平穩(wěn)性，所以要采用減震來保證。在機(jī)械設(shè)計(jì)上一般采用彈簧進(jìn)行減震。彈簧是一種利用材料的彈性和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，再工作時(shí)產(chǎn)生變形，把機(jī)械功后動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)樽冃文?，反之，把變形能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。彈簧的類型很多，彈簧的分類方法也很多。按結(jié)構(gòu)和形狀來分，彈簧有如下一些類型。1， 圓柱螺旋彈簧（1）圓柱圓形截面材壓縮螺旋彈簧 這種彈簧結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，特性線接近直線，剛度較穩(wěn)定，應(yīng)用最廣。（2）圓柱矩形截面材料壓縮螺旋彈簧 在同樣的條件下，矩形材料比圓形的截面材料的剛度大，吸收的能量多。特性線更接近于直線，剛度更接近于常數(shù)。（3）圓柱不等節(jié)距壓縮螺旋彈簧 這種彈簧當(dāng)載荷增大到一定程度后，隨著載荷的增大，彈簧從小節(jié)距開始依次逐漸并緊，剛度逐漸增大，特性線由線形變?yōu)闈u增型。因此其自振頻率為變值，利于消除和緩和共振的影響。多用于高速變載荷的機(jī)構(gòu)。（4）圓柱多股壓縮螺旋彈簧 這種彈簧的材料為細(xì)鋼絲擰成的鋼絲繩。在未受載荷時(shí)，鋼絲繩各根鋼絲材料之間的接觸比較松，只有當(dāng)外載荷達(dá)到一定程度時(shí)，接觸才緊密起來，這時(shí)鋼絲的剛性也就增大了。因此多股壓縮彈簧的特性線有折點(diǎn)。這種彈簧的柔度比較大，在一定載荷作用下，可以得到小的振幅，他比普通螺旋彈簧的強(qiáng)度要高。由于鋼絲之間的相互摩擦，具有減振的作用。（5）圓柱拉伸螺旋彈簧 主要承受拉伸力，這里就不再過多介紹了。（6）圓柱扭轉(zhuǎn)螺旋彈簧 這種彈簧承受扭轉(zhuǎn)載荷，主要用于壓緊和儲(chǔ)能以及傳動(dòng)系統(tǒng)中的彈性環(huán)節(jié)，具有線性特性線。2，變徑螺旋彈簧（1） 圓錐螺旋彈簧 這類彈簧的作用與不等節(jié)距螺旋彈簧相類似，載荷達(dá)到一定程度后彈簧從大圈到小圈依次逐漸并緊，剛性逐漸增大，特性線由線形變?yōu)闈u增型，有利于消除和緩和共振。這種彈簧結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好，多用于承載較大載荷和減振。（2） 中凸和中凹形螺旋彈簧 這類彈簧相當(dāng)于圓錐形螺旋彈簧。（3） 組合螺旋彈簧 這類彈簧可以由各種彈簧組合，因此可以得到任意特定的特性線。（4） 蝸卷螺旋彈簧 這種彈簧的特性線與圓錐螺旋彈簧相似，但非線形段是急劇增加的，在行程不大的情況下，就能吸收較大的能量。所以結(jié)構(gòu)緊湊，承受的載荷比較大。這種彈簧制造困難，除空間受限制外，一般不采用。3，非圓形螺旋彈簧 這種彈簧主要用在外廓尺寸有限制的情況下。根據(jù)外廓空間的要求，彈簧圈可制成方形，矩形，橢圓形，梯形以及其他所需形狀。特性線仍為直線型。4，扭桿彈簧 這種彈簧的結(jié)構(gòu)簡單，但材料和制造精度要求高。特性線為直線型。單位體積變形能大。主要用于各種車輛的懸掛裝置上。5，碟形彈簧 加載與卸載特性線不重合，在工作過程中有能量消耗，因此緩沖和減振能力強(qiáng)。碟片可采用不同的組合方式，從而可以得到不同類型的特性線。多用于要求緩沖和減振能力強(qiáng)的場合。 6，環(huán)形彈簧 這種彈簧由鋼制成的具有圓錐面的內(nèi)外環(huán)組成。在承受載荷時(shí)，圓錐面之間產(chǎn)生較大的摩擦力，因而減振能力強(qiáng)。多用于要求緩沖能力強(qiáng)的場合。 還有象平面蝸卷彈簧，片彈簧，板彈簧，空氣彈簧，橡膠彈簧等種類的彈簧。4.2 彈簧類型的選擇由上面所介紹的彈簧類型，考慮到設(shè)計(jì)要求的減振強(qiáng)度和緩沖要求，加上經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性的要求。我們選用了圓柱壓縮螺旋彈簧，選用材料截面為圓形，這樣便于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。壓縮彈簧多為等節(jié)距，因?yàn)樵诘裙?jié)距時(shí)，壓縮彈簧的特性線多為線形的。所以這里我也選用了等節(jié)距的壓縮彈簧。這種彈簧的結(jié)構(gòu)如圖41所示 圖414.3圓柱螺旋壓縮彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)要求為工作載荷為1470N，分六根彈簧進(jìn)行承載，每根最小載荷F1=100N,最大載荷F2=245N。工作行程20mm，有沖擊，工作介質(zhì)為空氣，兩端固定支承。 4.3.1 彈簧的端部結(jié)構(gòu) 彈簧的端部結(jié)構(gòu)形式很多，可按要求自行設(shè)計(jì)。常用的端部結(jié)構(gòu)是接觸型，一般每端并緊11圈。彈簧材料直徑大時(shí)取大值，反之取小值。接觸型結(jié)構(gòu)的端面，端圈與彈簧軸線的垂直性好，而且與支撐座的接觸性好，因而具有較高的穩(wěn)定性。接觸型端面分為四種形式，Y是兩端圈并緊并磨平，Y是兩端圈并緊不磨或磨平，Y是兩端圈并緊不磨平，Y兩端圈不并緊。在這四種形式中，前三種的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。在本次設(shè)計(jì)中，我選用了Y型，每端并緊1圈。這主要是為了滿足彈簧的穩(wěn)定性和保證減振的平穩(wěn)。 4.3.2 彈簧的簧圈直徑。 彈簧的簧圈直徑，也是彈簧的中徑又稱彈簧的公稱直徑，其值符合系列值，并嚴(yán)格控制內(nèi)外徑的偏差。試選用彈簧外徑D為44。4.3.3 彈簧材料及直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算方案 ）試取彈簧材料的直徑為4 。此時(shí)彈簧中徑= =40 。彈簧指數(shù)= =10 。彈簧曲度系數(shù)由查機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表3.415可得為1.14。彈簧材料由機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表3.42可選為碳素鋼絲。彈簧材料的拉伸強(qiáng)度極限 =1500 。許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 = =600。彈簧絲直徑= =3.45 。 ）試取彈簧材料的直徑為5 。此時(shí)彈簧中徑= = 39 。彈簧指數(shù)= = 8 彈簧曲度系數(shù)=1.18 。彈簧材料的拉伸強(qiáng)度極限 =1400。許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 =560。彈簧絲直徑= =3.25 。比較兩種方案，可以看出方案更接近于選擇值，所以我們?nèi)椈刹牧现睆綖?。4.3.4 計(jì)算彈簧圈數(shù) 1）彈簧工作圈數(shù)=（80000*20*4）/8*145*1000=5.51圈。在機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊中表3.42查得G為=80000，這里取整數(shù)為6圈。 2）彈簧支撐圈數(shù)已經(jīng)在前面取過，兩端為2圈。 3）彈簧總?cè)?shù)=6+2=8圈。4.3.5修正彈簧變形量 1） 最小工作載荷=245-（20*80000*4）/8*6*1000=112N。 2）彈簧剛度=133/6=22.16 3）彈簧變形量4.3.6計(jì)算彈簧其他尺寸 1）彈簧內(nèi)徑=40-4=36 2）彈簧外徑= 40+4=44 3）彈簧圈間隙=11.5/6+0.1*4=2.37 ，取整數(shù)為2.5。 4）彈簧節(jié)距=2.5+4=6.5 5）彈簧的自由高度=6*2.5+（8-0.5）*4=45 6）彈簧螺旋升角=2 7）彈簧絲展開長度=3.14*40*6=753.6 4.3.7 校核彈簧極限載荷 1）實(shí)際極限載荷=22.16*6*2.5=335.4 2）允許極限載荷=（1.14*3.14*4*4）/8*10*750=536.94 =750所以實(shí)際極限遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于允許極限，所以彈簧滿足要求。4.3.7校核彈簧穩(wěn)定性 =1.125滿足<5.3的要求。所以合乎穩(wěn)定性要求。5 機(jī)器人行走控制設(shè)計(jì)5.1驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路設(shè)計(jì) 5.1.1驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)總體設(shè)計(jì) 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路里，用8051作為基本芯片，利用8255芯片連接驅(qū)動(dòng)電路控制指令實(shí)現(xiàn)。采用光電耦合器驅(qū)動(dòng)接口作為輸出接口。利用斬波限流驅(qū)動(dòng)電路驚醒驅(qū)動(dòng)?？刂品矫?，對步進(jìn)電機(jī)采用脈沖分配控制，由前面所提到的步進(jìn)電機(jī)的原理里得知，要使步進(jìn)電機(jī)正確運(yùn)轉(zhuǎn)，必須按一定的順序?qū)Χㄗ痈黜?xiàng)繞組勵(lì)磁，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，即將指令脈沖按一定的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)各相繞組。這要靠脈沖分配器來完成。在此次設(shè)計(jì)里，我采用了軟件程序來實(shí)現(xiàn)脈沖的分配。軟件脈沖分配器是指控制脈沖分配的計(jì)算機(jī)程序。軟件脈沖分配器不需要額外的電路，成本低，但占用計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間。5.1.2 電路中芯片介紹 （一）MCS-51系列單片機(jī)均具有以下特點(diǎn)：1）集成了對事件控制專門優(yōu)化過的8位CPU，可方便地用于需要事件的控制場合。 2）均具有布爾處理能力。使工業(yè)現(xiàn)場經(jīng)常需要的位運(yùn)算和位操作變得非常簡單。3）片上集成有最高達(dá)32KB的程序存儲(chǔ)器，是真正的單片控制成為可能。4）片上集成有多種外設(shè)，例如：定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行口，可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA）等，為低成本，低芯片數(shù)，低連線數(shù)設(shè)計(jì)提供了可能。其中，在51系列單片機(jī)中，有以8051單片機(jī)最為常見。下面就是8051 單片機(jī)的特點(diǎn):經(jīng)過優(yōu)化的面向控制的8位CPU 。布爾(位)處理功能 。4KB的片上程序存儲(chǔ)器(ROM)。128字節(jié)的片上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，64KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間尋址能力。32條雙相且可位尋址的I/O口線。兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。全雙工通用異步接收/發(fā)送器UART(通用串行口)。5個(gè)中斷源,5個(gè)中斷向量,2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)。內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器。中斷控制4KBROM128字節(jié)RAM定時(shí)/記數(shù)器T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0CPU振蕩器總線控制四個(gè)I/O口串行口 圖51 8051的功能部件圖MCS-51系列單片機(jī)采用40引腳雙列直插封裝方式，因?yàn)槭艿揭_數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有雙重功能。詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖：MCS-51各引腳信號(hào)的功能和含義如下：VCC 正常運(yùn)行和編程檢驗(yàn)時(shí)為+5V；VSS 地線;XTAL1 接外部晶振。它是內(nèi)部一個(gè)反向放大器的輸入端。用外時(shí)鐘時(shí)，此端接地；XTAL2 外接晶振的另一端。它是內(nèi)部一個(gè)反向放大器的輸入端。用外時(shí)鐘時(shí)，此端接外時(shí)鐘脈沖。 圖52RST/VPD 單片機(jī)工作時(shí)，如該引腳輸入超過24個(gè)時(shí)鐘周期寬度的高電平信號(hào)，則是單片機(jī)復(fù)位。在RST/VPD和VCC之間接一個(gè)22的電容，同時(shí)，在RST/VPD和 VSS 之間加一個(gè)8.2 的電阻時(shí)，單片機(jī)就具備了加電時(shí)自動(dòng)復(fù)位的功能。此外，如在此處接+5V備用電源，可以在VCC電壓突然下降或斷電時(shí)，保護(hù)片內(nèi)RAM中的信息不丟失，以便VCC恢復(fù)后繼續(xù)正常工作。 訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE作為低8位地址鎖存信號(hào)，其他時(shí)候，此端輸出振蕩頻率的六分頻信號(hào)供定時(shí)和其他需要。 從外部存儲(chǔ)器取指令時(shí)，此端輸出負(fù)脈沖作為外部ROM的選通信號(hào)。 通常使用時(shí)，可根據(jù)，ALE及XTAL2端是否有輸出信號(hào)來判斷8051是否在工作。 當(dāng)為高電平且指令計(jì)數(shù)器PC值小于0FFFH（即低4K地址范圍內(nèi)）時(shí)，CPU執(zhí)行內(nèi)部ROM中的程序，PC為其他值時(shí)，執(zhí)行外部ROM中的程序；當(dāng)為低電平時(shí)，CPU只執(zhí)行外部ROM中的程序。所以，用8031時(shí)，因?yàn)槠瑑?nèi)無ROM，必須為接低電平。此外，用8751隊(duì)內(nèi)部EPROM編程時(shí)，此端接21V編程電源VPP。P0.0-P0.7 P0口是8位準(zhǔn)雙向并行I/O口，當(dāng)使用外部存儲(chǔ)器時(shí)此端分時(shí)作為低8位地址和8位數(shù)據(jù)通道。在對EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令。P1.0-P1.7 8位準(zhǔn)雙向并行I/O端口，再編程和校驗(yàn)時(shí)，輸入低8位地址。P2.0-P2.7 8位準(zhǔn)雙向并行I/O端口，在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高8位地址，在對EPROM編程和校驗(yàn)時(shí)，輸入高8位地址。P3.0-P3.7 8位準(zhǔn)雙向I/O端口，此外，這8個(gè)引腳還提供各種特殊功能。這些功能稱為第二功能，具體如下：P3.0 RXD串行數(shù)據(jù)接收端；P3.1 TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送端；P3.2 外部中斷0輸入端；P3.3 外部中斷1輸入端；P3.4 T0計(jì)數(shù)器/定時(shí)器0外部輸入；P3.5 T1計(jì)數(shù)器/定時(shí)器1外部輸入端；P3.6 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)；P3.7 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)；（二） 8051的功能部件（1）8051的CPU 8051的CPU由ALU和一系列專用寄存器組成，具體如下：1）算術(shù)/邏輯部件ALU是對數(shù)據(jù)執(zhí)行算術(shù)/邏輯操作，即加，減，乘，除，與，或，異或，移位，置位/清0，取反，加1，減1等。還具有很強(qiáng)的微處理功能；2)專用寄存器包括累加器A，寄存器B，程序狀態(tài)字PSW，堆棧指針寄存器SP，數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR。累加器A是8051的核心，算術(shù)運(yùn)算時(shí)村運(yùn)算結(jié)果，邏輯運(yùn)算時(shí)，存儲(chǔ)源操作數(shù)和目的操作數(shù)。寄存器B配合累加器完成操作，存放第二操作數(shù)，乘積的高位字節(jié)和除法的余數(shù)。程序狀態(tài)字PSW是8位存儲(chǔ)器，存放狀態(tài)標(biāo)志，狀態(tài)標(biāo)志一部分是運(yùn)算過程中產(chǎn)生的，另一部分可由軟件設(shè)置。堆棧指針寄存器可以位于RAM中的任何一個(gè)連續(xù)區(qū)域，可通過對SP編程定義堆棧區(qū)。數(shù)據(jù)指針寄存器DPTR是16位地址寄存器，通常作為間接使用。3）振蕩器和時(shí)鐘，8051通過XTAL1和XTAL2跨接到外部晶體振蕩器的兩端就得到振蕩信號(hào)，此信號(hào)由片內(nèi)反向放大器放大整形后，便得到時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘頻率為1.2MHz12MHz。8051的機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘信號(hào)組成，被稱為6個(gè)狀態(tài)，稱為S1S6；每個(gè)狀態(tài)分為兩個(gè)相位，稱為相位1（P1）和相位2（P2），所以，可對一個(gè)機(jī)器周期的12個(gè)時(shí)鐘周期編號(hào)為S1P1S1P2S2P1S6P2。 （2）并行I/O口8051有4個(gè)8位準(zhǔn)雙工并行I/O口，稱為P0P3 ，共32位，每位都有獨(dú)立的鎖存器，輸入緩沖器和輸出驅(qū)動(dòng)器。 （3）計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8051有2個(gè)16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，稱為計(jì)數(shù)器/定時(shí)器0和計(jì)數(shù)器1。它們可以工作在記數(shù)方式，也可以工作在定時(shí)方式。當(dāng)工作在計(jì)數(shù)器方式時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)定時(shí)加1。由于一個(gè)機(jī)器周期有12個(gè)時(shí)鐘周期，因此，定時(shí)器的頻率為時(shí)鐘頻率的1/12。當(dāng)工作在定時(shí)器方式時(shí)，只要T0或T1引腿上有一個(gè)從高到低的負(fù)跳變，計(jì)數(shù)器就加1。8051在沒個(gè)機(jī)器的周期S5P2狀態(tài)對外部輸入信息采樣，當(dāng)前一個(gè)機(jī)器周期采樣到1而后一個(gè)機(jī)器采樣到0時(shí)，計(jì)數(shù)器加1再在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1時(shí)將計(jì)數(shù)植裝入鎖存器。所以，從識(shí)別負(fù)跳變到完成計(jì)上數(shù)需要2個(gè)機(jī)器周期即24個(gè)時(shí)鐘周期（跨越了共3個(gè)機(jī)器周期），即最高計(jì)數(shù)頻率為時(shí)鐘頻率的1/24。8051的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器有4種工作方式，稱為方式0方式3。在方式0時(shí)，8051的16為計(jì)數(shù)器/定時(shí)器只用了高8位TH7TH0和低5位TL4TL0,剩下3位TL7TL5未用。當(dāng)?shù)?位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)，直接送往高8，而當(dāng)高8位有進(jìn)位時(shí)，則使用中斷標(biāo)志TF置1，并申請中斷，這稱為定時(shí)器方式0中斷。在方式1時(shí)，8051的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器和工作于方式0時(shí)基本相同，差別只在乎方式1時(shí)作為16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為：時(shí)鐘周期*12*（-計(jì)數(shù)初值）在方式2時(shí)8051的16為計(jì)數(shù)器/定時(shí)器拆成兩部分，低8位作為真正的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，高8位則作為寄存器用來保持初值。在程序初始化時(shí)，低8位和高8位由軟件設(shè)置相同的初值，計(jì)數(shù)過程中，低8位產(chǎn)生溢出時(shí)，對TF0（計(jì)數(shù)器/定時(shí)器1為TF1）置位，并將高8位初值，裝入低8位，在重新計(jì)數(shù)。在方式0和方式1時(shí)，如用于循環(huán)重復(fù)計(jì)數(shù)，每次計(jì)滿數(shù)時(shí)產(chǎn)生溢出，計(jì)數(shù)器清0，第二次計(jì)數(shù)時(shí)需要重新通過軟件編程裝入初值，這顯然帶來不便，而且影響定時(shí)精度。而在方式2時(shí)，由于具有自動(dòng)裝入初值功能，所以，可以由此制作精確的定時(shí)脈沖發(fā)生器，實(shí)際應(yīng)用中，常作為波特率發(fā)生器。脈沖周期為：時(shí)鐘周期*12*12（2-計(jì)數(shù)初值）在方式2時(shí)，8051的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器拆分成兩部分，低8位作為真正的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，高8位則作為寄存器用來保持初值。在程序初始化時(shí)，低8位和高8位由軟件設(shè)置相同的初值，計(jì)數(shù)過程中，低8位產(chǎn)生溢出時(shí)，對TF0（計(jì)數(shù)器/定時(shí)器1為TF1）置位并將高8位初值裝入低8位，在重新計(jì)數(shù)。在方式0和1時(shí)，如用于循環(huán)重復(fù)計(jì)數(shù)，每次計(jì)滿數(shù)時(shí)產(chǎn)生溢出計(jì)數(shù)器清0，第二次計(jì)數(shù)時(shí)需要重新通過軟件編程裝入初值，這顯然帶來不便，而且影響定時(shí)精度。而在方式2時(shí)，由于具有自動(dòng)裝入初值功能，所以，可以由此制作精確的定時(shí)脈沖發(fā)生器，實(shí)際應(yīng)用中，常作為波特率發(fā)生器。脈動(dòng)周期為：時(shí)鐘周期*12*12（2-計(jì)數(shù)初值）方式3時(shí)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器T0特有的。此外，16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，其中低8位用原來的控制位T0（P3.4），中斷源，GATE，TR0，TF0及開關(guān)。這與方式0和方式1時(shí)的功能幾乎一樣，既可作計(jì)數(shù)器，也可作定時(shí)器，只是僅用8位。高8位只具有簡單的內(nèi)部定時(shí)功能，它占用計(jì)數(shù)器/定時(shí)器T1的控制位TR1和TF1，TR1的置0和置1決定了定時(shí)器的啟動(dòng)和停止。（4）串行口8051有一個(gè)全雙工的串行口。所謂全雙工，就是可以同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。發(fā)送時(shí)，將數(shù)據(jù)寫入發(fā)送SBUF，接收時(shí)，從接收SBUF讀取數(shù)據(jù)，這也是所謂的雙緩沖結(jié)構(gòu)。（5）中斷程序8051提供了5個(gè)中斷：1） 外部中斷請求。由P3.2引腳輸入，此中斷由計(jì)數(shù)器/定時(shí)器控制寄存器TCON的IT0位決定低電平有效還是下降沿有效。2） 外部中斷請求。又P3.3引腳輸入，此中斷由計(jì)數(shù)器/定時(shí)器控制寄存器TCON的IT1位決定低電平有效還是負(fù)跳變有效。3)TF0 計(jì)數(shù)器定時(shí)器T0溢出中斷。4)TF1 計(jì)數(shù)器定時(shí)器T1溢出中斷。5)RI和TI 串行口中斷。（6）存儲(chǔ)器為了編程方便，MCS-51系列把片內(nèi)的存儲(chǔ)器進(jìn)行了統(tǒng)一編址。分為如下三個(gè)存儲(chǔ)器：1）程序存儲(chǔ)器 8051內(nèi)部有4K字節(jié)的ROM和EPROM，當(dāng)8051的引腳為高電平且PC值小于4K時(shí)，CPU會(huì)訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，如果PC值達(dá)到和超過4095，則CPU會(huì)訪問外部程序存儲(chǔ)器。2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 8051的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器，前者為256字節(jié)，后者可達(dá)64K字節(jié)。3）特殊功能存儲(chǔ)器 8051的特殊功能存儲(chǔ)器占有128個(gè)字節(jié)。 （三）8255芯片 8255是并行接口芯片，因?yàn)樗强删幊痰?，所以可以通過軟件來設(shè)置工作方式。8255連接外部設(shè)備時(shí)，不必附加外部電路，所以給設(shè)計(jì)帶來了方便。8255由數(shù)據(jù)端口A，B，C；A組控制和B組控制；讀/寫控制邏輯電路；數(shù)據(jù)總線緩沖器等構(gòu)成。(四) 光電耦合器 光電耦合器是把發(fā)光二極管和光敏晶體管或光敏晶閘管封裝在一起，通過光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)遞的器件。光電耦合器的信號(hào)轉(zhuǎn)遞采取電光電形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，因此其絕緣電阻可高達(dá)1以上，并能承受2000V以上的高壓。能夠吸收尖峰干擾信號(hào)。作為開關(guān)時(shí)使用時(shí)，具有耐用，可靠性高和高速的特點(diǎn)。 （五）斬波限流電路 這種電路采用單一高壓電源供電，以加快電流上升速度，并通過對繞阻電流的檢測，控制供放管的開和關(guān)，使電流在控制脈沖持續(xù)期間始終保持在規(guī)定值上下，其波形如圖5.1.5所示。 u i 0 t 0 t 圖53 這種電路具有出力大，功耗小，效率高的特點(diǎn)。 圖54所示為一種斬波限流驅(qū)動(dòng)電路的電路原理圖，其工作原理如下：當(dāng)從外部輸入控制脈沖后，使晶體管VT1和VT2導(dǎo)通，從而使繞組中有電流通過，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，由于繞組為感性負(fù)載，其中電流在導(dǎo)通后逐漸增加，當(dāng)其增加到一定值時(shí)，在檢測電阻上產(chǎn)生的電壓降超過分壓電阻所設(shè)定的電壓值，是比較器翻轉(zhuǎn)，輸出低電平使VT2截止。在VT2截止瞬間，又通過脈沖變壓器將一個(gè)負(fù)脈沖交連到二次線圈，使VT4截止。于是電源通路被截?cái)?，繞組中儲(chǔ)存的能量通過晶體管VT5，電阻和二極管釋放出來，電流逐漸減少。當(dāng)電流減小到一定值時(shí)，在釋放路徑上的電阻的電壓降又小于分壓電阻上的電壓值，是比較器輸出高電平，使晶體管VT1和VT2導(dǎo)通，從而使繞組中有電流通過，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。如此重復(fù)進(jìn)行。該電路限流值可達(dá)6A左右。 圖545.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的控制5.2.1 軟件脈沖控制的實(shí)現(xiàn) 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)的接線情況及通電方式列出脈沖分配控制表；運(yùn)行時(shí)按節(jié)拍序號(hào)查表獲得相應(yīng)控制數(shù)據(jù)；在規(guī)定時(shí)刻通過輸出口將數(shù)據(jù)輸出到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。在設(shè)計(jì)里，采用分別控制兩個(gè)四相八拍步進(jìn)電機(jī)的辦法實(shí)現(xiàn)的，如下表為脈沖分配控制表。 節(jié)拍序號(hào)電機(jī)1電機(jī)2通電相控制數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)方向P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0DCBADCBA111101110AEEH211001100ABCCH311011101BDDH410011001BC99H510111011CBBH600110011CD33H701110111D77H801100110DA66H5.2.2速度控制實(shí)現(xiàn)速度控制采用軟件控制實(shí)現(xiàn)，即采用定時(shí)器來確定每相鄰兩次脈沖的分配時(shí)間隔，即脈沖分配周期，并通過中斷分配程序向輸出口分配控制程序。速度控制的關(guān)鍵是定時(shí)常數(shù)的確定。設(shè)電機(jī)的脈沖當(dāng)量是= 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度是 ，8051的晶振頻率為 ，采用工作模式1（即十六位定時(shí)器模式），則定時(shí)常數(shù) 5.2.3 機(jī)器人控制主程序設(shè)計(jì)因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)大部分采用軟件控制，所以為了使編程和執(zhí)行簡單，采用了C語言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。以下是控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的主程序流程圖：5.2.4 步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)行走機(jī)器人程序脈沖分配以下是步進(jìn)電機(jī)在控制過程中的脈沖分配流程圖：6 結(jié)論通過對步行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制的研究，特別是對于機(jī)器人機(jī)械構(gòu)件和電氣構(gòu)件的設(shè)計(jì)。我得到以下三點(diǎn)結(jié)論：一） 機(jī)器人在工業(yè)的各行各業(yè)中正在起著重要作用。通過對簡單的機(jī)器人設(shè)計(jì)研究，使我更深的認(rèn)識(shí)到機(jī)器人的這一點(diǎn)作用。二） 在設(shè)計(jì)過程中，讓我對于機(jī)械和電子在工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)生活中所帶來的變化，有了更加直接和明了的認(rèn)識(shí)，對于機(jī)械和電子的未來，有了更加堅(jiān)定的信心。三） 步行行走機(jī)器人雖然是一種相對簡單的機(jī)器人，但是卻包含了更高級(jí)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，也就是說它具有高級(jí)機(jī)器人的骨架。為了以后研究更高級(jí)的機(jī)器人打下基礎(chǔ) 由于，我第一次這樣單獨(dú)一個(gè)人設(shè)計(jì)一件產(chǎn)品，又應(yīng)為經(jīng)驗(yàn)不足，所以錯(cuò)誤和不足是在所難免的。希望老師們批評(píng)指正。7 設(shè)計(jì)心得 本文通過對行走機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制，更加加深了對四年里所學(xué)習(xí)的機(jī)械和電子知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解。本文中首先提到了機(jī)械設(shè)計(jì)中的基本知識(shí)和零件設(shè)計(jì)的基本原理，并且利用這些基本知識(shí)和原理設(shè)計(jì)出合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)，而且滿足了各種安裝規(guī)則和要求。本次設(shè)計(jì)不單單是對于行走機(jī)器人的設(shè)計(jì)，而是對于四年里所學(xué)知識(shí)的一次綜合測試。在設(shè)計(jì)過程中，我知道了以前不知道了，學(xué)會(huì)了以前沒有學(xué)會(huì)的。并且對于我思考方式的改進(jìn)也有了很大的提高，使我對于思考一件事情有了更嚴(yán)謹(jǐn)更縝密的考慮，這些都是我以前所不具有的。不僅如此，在本次題目的完成過程里，我碰到了許許多多的困難和誤區(qū)，但是最后都一一解決，這樣我的信心和克服困難的決心進(jìn)一步增強(qiáng)了。我感到畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對于知識(shí)的綜合評(píng)定也是對于我們自身的一次鍛煉和提高，對于我在以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的作用。能夠讓我在以后的人生路上做得更踏實(shí)，更穩(wěn)健。讓我以后在面對問題和解決問題時(shí)不會(huì)畏懼，害怕。這次設(shè)計(jì)也鍛煉出當(dāng)我面對問題的時(shí)候能夠勇敢的去解決它戰(zhàn)勝它的能力?？傊?，在這次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了太多的東西，不僅是知識(shí)，更重要的是能力。致 謝本論次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在王曉東老師的悉心指導(dǎo)下完成的。王老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，使我端正了學(xué)習(xí)態(tài)度；淵博的知識(shí)，對我的設(shè)計(jì)給予了很大的幫助；兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)，使我受益非淺。這對我未來的學(xué)習(xí)和工作將起非常重要的作用，在此特向王老師致以衷心的感謝！值得一提的是：在設(shè)計(jì)過程里，得到了極點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室老師的熱心幫助和指導(dǎo)，也向他們表示感謝！并且，論文的完成的過程中還得到了機(jī)電教研室的全體老師和熱心同學(xué)的幫助,在此謹(jǐn)向諸位老師和同學(xué)表示我誠摯的謝意！最后，衷心感謝機(jī)電工程學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)和老師提供了便利的資料查閱的條件，使我能夠順利的完成此次設(shè)計(jì)！參考文獻(xiàn) 1 鄭堤 唐可洪主編 機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社2 楊黎明 黃凱 李恩至 陳仕賢主編機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊 國防工業(yè)出版社3 戴梅萼 史嘉權(quán)主編 微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 清華大學(xué)出版社4 濮良貴 紀(jì)名剛主編 機(jī)械設(shè)計(jì)第七版 高等教育出版社5 王振華主編實(shí)用軸承手冊 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社6 /吳宗澤主編 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社7 /成大先主編 機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊 第四版 化學(xué)工業(yè)出版社8 東北大學(xué)編寫組編 機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊 第三版 冶金工業(yè)出版社摘要 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，機(jī)器人起到了越來越重要的作用。特別是在對工人人身傷害較大的工作環(huán)境下。機(jī)器人的作用就更加不可替代了。而現(xiàn)代的機(jī)器人工業(yè)也有了長足的發(fā)展。各式各樣的機(jī)器人層出不窮，所應(yīng)用的科技也更加先進(jìn)。在機(jī)器人行走上，出現(xiàn)了最先進(jìn)的仿人的直立行走。但是有的工業(yè)生產(chǎn)上并不要求直立行走，不僅因?yàn)檫@種機(jī)器人造價(jià)高，還因?yàn)檫@種機(jī)器人行動(dòng)并不穩(wěn)定，要求的技術(shù)難度比較高。所以目前生產(chǎn)中最實(shí)用的是履帶式行走機(jī)器人。在設(shè)計(jì)履帶行走機(jī)器人的過程中，首先我考慮到之所以設(shè)計(jì)成履帶式，是因?yàn)槟軌蚴箼C(jī)器人運(yùn)行平穩(wěn)，因?yàn)槁膸П旧砭褪且环N加強(qiáng)穩(wěn)定性的運(yùn)動(dòng)裝置。但是只應(yīng)用履帶并不能完全滿足穩(wěn)定性的要求。針對這個(gè)問題我又利用彈簧減振來加強(qiáng)它的穩(wěn)定性。在履帶本身，采用雙排鏈傳動(dòng)來加強(qiáng)動(dòng)力和其本身的穩(wěn)定性。在驅(qū)動(dòng)方面，我針對機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的精確性采用了步進(jìn)電機(jī)。利用80C51系列的單片機(jī)進(jìn)行控制。基于科技進(jìn)步的要求，利用更加先進(jìn)的C語言進(jìn)行編程。這樣會(huì)更加節(jié)省人力和物力。本文針對履帶式行走機(jī)器人的行走要求。利用C語言進(jìn)行編程控制。結(jié)構(gòu)上不僅考慮了穩(wěn)定性的要求，而且充分考慮了現(xiàn)代生產(chǎn)的要求。關(guān)鍵詞 履帶式 步行機(jī)器人 C語言Title:On foot the Construction of the Robot and ControlAbstractIn modern industry production line, the robot rises more and more important function. Especially under to the bigger work environment in disservice in Human body in worker.The function of the robot cant act for more.And modern robot industry too contain substantial development.The assorted robot piles up one after another, an applied technology is too more advanced.In robot running about, appear first the erection of the apery that enter runs about.But the certain industry produces the top and do not request to straighten to run about, not only is high because of the artificial price in this kind of machine, but also because this kind of robot activity and unsteady, the technique difficulty of the request is higher.So produce the inside now most practical of is the track type runs about the robot.In design track ran about robot of process, first I considerats enable the