【正文】 在芯片外殼上的中間位置有一個(gè)圓形窗口，通過(guò)這個(gè)窗口照射紫外線，就可擦除原有的信息。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，輸出線為高阻態(tài)。為了將它們分離出來(lái)，需要在單片機(jī)外部增加地址鎖存器，從而構(gòu)成與一般 CPU 相類似的片外三總線，地址鎖存器一般采用 74LS373，所以本設(shè)計(jì)也采用此芯片。 PSEN — 外部程序存儲(chǔ)器 ROM的讀選通信號(hào)。 (1)、 主電源引腳 VCC： 芯片工作電源端，接 ＋ 5V。通用型單片機(jī)有總線型和非總線型或者 8 位和 16 位之分 ,總線型設(shè)有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線的引腳 , 便于擴(kuò)展外圍器件。普林斯頓結(jié)構(gòu) , 也稱馮速度、穩(wěn)定性特別要求的場(chǎng)合較多采用匯編語(yǔ)言和 C語(yǔ)言。 （ 3） 、根據(jù)所選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角、絲杠的螺距以及所要求的脈沖當(dāng)量來(lái)計(jì)算減速齒輪的降速比。 單相三拍方式的每一拍步距角為 3176。電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，它上面有 40 個(gè)矩形小齒均勻分布在圓周上，相鄰兩個(gè)小齒之間的夾角為 9176。進(jìn)而得到該機(jī)器人機(jī)構(gòu)的最優(yōu)尺寸設(shè)計(jì)結(jié)果。 因?yàn)榇藱C(jī)構(gòu)是一種平面機(jī)構(gòu)，其仿真也就是主要觀察其在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)， C語(yǔ)言圖形函數(shù)正好可以處理這種問(wèn)題，而且 C 語(yǔ)言功能強(qiáng)大，編程靈活，編程耗用內(nèi)存少，生成的可執(zhí)行文件也比較小，還可直接運(yùn)行于 Windows 和 Dos 系統(tǒng)上 ，因此這里選用此種平臺(tái)，如果想實(shí)現(xiàn)良好的可視化環(huán)境，可選用 Visual C++可視化編程語(yǔ)言和 OpenGL 圖形技術(shù)。圖 6 是取步長(zhǎng)為 ?1 ， ? ??? 41,7??范圍內(nèi)繪制的綜合性能指標(biāo) synk 與極位夾角 ? 的關(guān)系曲線，由圖 6可見(jiàn)在 ? ??? 30,25?? 區(qū)域，該機(jī)器人的綜合性能指標(biāo)取值最小，在圖 6中如箭頭所指示，標(biāo)出了該區(qū)域內(nèi)的坐標(biāo)值，可見(jiàn)在 ?27?? 時(shí)，該機(jī)器人的綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)最小，這時(shí)該機(jī)器人綜合性能最優(yōu)，這是本文的一個(gè)重要結(jié)論。這時(shí)該機(jī)器人在工作空間 WW YX ? 下的行程為 ： ? ?2,1iYXxx WWm i nim a xi ???? (25) 式中 ???????????????????ma x1ma x2mi n1mi n2Wma x1Wma x1xxxxXrco slx?? (26) 這樣，可以得到機(jī)器人機(jī)構(gòu)占用面積， ? ?Wm a xir o b o t Ydx2s ??? (27) 定義機(jī)器人占用面積與所需工作空間面積比作為該機(jī)器人基于工作空間優(yōu)化設(shè)計(jì)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，其定義為： wsk robots? (28) 如希望在給定的工作空間下，機(jī)器人機(jī)構(gòu)所占面積最小，則應(yīng)有 sk 最小。 速度可操作度 如機(jī)器人關(guān)節(jié)速度矢量為一單位圓，則速度雅可比矩陣將 輸入的關(guān)節(jié)速度映射為一個(gè)橢圓，操作空間速度橢圓的大小、形狀基本上反映了操作空間速度矢量的特征。 性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 靈巧度 以雅可比矩陣的條件數(shù)作為機(jī)器人靈巧度的衡量指標(biāo)已經(jīng)被公認(rèn)，其定義為 ： minmaxdk ??? (13) 式中 max? 和 min? 為速度雅可比矩 陣的最大與最小奇異值。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 第 2 章 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)及性能分析 機(jī)器人系統(tǒng)自由度的分析 圖 21 二自由度平面并聯(lián)平動(dòng)機(jī)器人 由圖知機(jī)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)，則連桿與機(jī)架始終保持平行，在原動(dòng)件（滑塊）的驅(qū)動(dòng)下，連桿和連架桿運(yùn)動(dòng)，則連桿的運(yùn)動(dòng)形式為沿水平方向的運(yùn)動(dòng)或沿垂直方向的運(yùn)動(dòng)或?yàn)檫@兩項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，所以此機(jī)構(gòu)為兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 五自由度的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)最適合作為并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)，但五自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)較少，當(dāng)前基于五自由度并聯(lián)機(jī)床不是很多，已開(kāi)發(fā)出來(lái)的樣機(jī)主要有：燕山大學(xué)的五軸機(jī)床，河北工業(yè)大學(xué)的五軸機(jī)床和 Metrom 公司的 P—800 型五桿并聯(lián)機(jī)床，其余的五自由北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 度五軸并聯(lián)機(jī)床多為串并聯(lián)機(jī)構(gòu)。1RT機(jī)構(gòu)， DELTA 機(jī)構(gòu)， 6SPS 機(jī)構(gòu)， 6RTS 機(jī)構(gòu)等等，其中尤其是三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是很有前景的一類，不僅可以直接作為機(jī)器人本體機(jī)構(gòu)應(yīng)用，如作為微動(dòng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的空間3RPS 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)和平面三自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)回 。 另外并聯(lián)機(jī)器人在要求力控制或者需要高速度運(yùn)動(dòng)的地方也得到了應(yīng)用。在六維力傳感器研究中，力敏感元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是力傳感器的關(guān)鍵核心問(wèn)題，因?yàn)榱γ舾性慕Y(jié)構(gòu)決定力傳感器的性能優(yōu)劣。 Stoughton 介紹了由兩個(gè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)組成的微型機(jī)器人，每個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由 6 個(gè)壓電式元件組成 。德國(guó)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 Mikromat公司的 6X型并聯(lián)機(jī)床是德國(guó) Fraunhofer 機(jī)床和成形技術(shù)研究所為模具高速加工而開(kāi)發(fā)的，該機(jī)床工作臺(tái)尺寸為 630 x 630mm, X, Y, Z 行程均為 630 mm，兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度范圍為 300，主軸最高速度為 lOm/s2。在并 聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域， StewartGough 平臺(tái)機(jī)構(gòu)”幾乎就是“飛行模擬器”的代名詞。 (4)并聯(lián)機(jī)器人往往采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，其各向同性好 ?，F(xiàn)在 Robot 一詞的英文含義就是“機(jī)器人”。從瓦持發(fā)明蒸汽機(jī)以后、開(kāi)始了產(chǎn)業(yè)革命，由于蒸汽機(jī)把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榫薮蟮臋C(jī)械能，從而代替了人力。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 I 摘 要 機(jī)器人尤其是并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì)是機(jī)器人領(lǐng)域復(fù)雜而困難的課題。從機(jī)械的角度看，蒸汽 機(jī)是應(yīng)用了一個(gè)滑塊曲柄機(jī)構(gòu)，將往復(fù)運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，僅僅這一種變化的運(yùn)動(dòng)模式．就給生產(chǎn)力以巨大的推動(dòng)。 隨著生產(chǎn)力的發(fā)展這種夢(mèng)想最終成為了現(xiàn)實(shí)。 (5)并聯(lián)機(jī)器人的工作空間較小 。國(guó)際上有很多公司研制并聯(lián)機(jī)構(gòu)的飛行模擬器，如 Frasca 國(guó)際公司研制的 MBB B0105 型綜合飛行訓(xùn)練裝置，就是采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)主體。瑞士技術(shù)院機(jī)床與制造技術(shù)院和機(jī)器人院聯(lián)手研制出了名為工 WF 的 Hexaglide 虛擬軸機(jī)床。Hudgens 和 Tesar 提出了一種并聯(lián)的 Stewart 平臺(tái)微型機(jī)器人 。國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者把并聯(lián)機(jī)構(gòu)的思想引用到六維力傳感器的力敏感元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上來(lái)，如 Kerr, Nguyen 和 Ferraresi以及國(guó)內(nèi)北大的陳濱、華中理工大學(xué)熊有倫 [ts,t6]分別研究了 Stewart 平臺(tái)結(jié)構(gòu)六維力傳感器的設(shè)計(jì)?？傊?，并聯(lián)機(jī)器人是在那些需要結(jié)構(gòu)剛度好、高動(dòng)態(tài)性能、高精度或者需要電機(jī)靠近機(jī)架的場(chǎng)合有廣闊應(yīng)用前景 。作為靈巧眼的球面三自由度并北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)網(wǎng)，以及做簡(jiǎn)單拿一放運(yùn)動(dòng) 的工業(yè)應(yīng)用的 DELTA 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu) 。 四自由度的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)也比較少，用其作為并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)也就比較少。 機(jī)器人機(jī)構(gòu)性能分析 機(jī)器人機(jī)構(gòu)描述 如圖 1所示為該機(jī)器人的概念設(shè)計(jì)，圖 2 為其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和尺寸參數(shù)。其全域性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為： dwdwkkwdwgd ??? (14) 式中 w 為該機(jī)器人的工作空間。在這里采用速度雅可比矩陣的可操作度作為操作空間速度大小的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其反映了操作空間速度橢圓與關(guān)節(jié)空間速度單位圓面積之比，其定義為： ? ? Tv ?? JJ (19) 其全域性能評(píng)價(jià)指標(biāo)為： dwdwkkwvwgv ??? (20) 如希望在給定驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)速度時(shí)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)速度最大，則應(yīng)有 gvk 最大。 工作空間 如機(jī)器人在工作空間中不存在奇異，采用雅可比代數(shù)法，只需機(jī)器人的雅可比矩陣的行列式的值不為零，這也是最一般的、最通用的方法 ??14 ，即 ? ? ?0yl0t0d e t ??????? ?J (29) 可見(jiàn)，只需極為夾角 ? 不等于零，在該機(jī)器人的工作空間內(nèi)就不會(huì)出現(xiàn)奇異形位。 圖 24 全域靈巧度評(píng)價(jià)指標(biāo) gdk 隨極為夾角 ? 的變化情況 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 圖 25 機(jī)器人所占面積與所需工作空間面積比 sk 隨極為夾角 ? 的變化情況 圖 26 綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo) synk 隨極為夾角 ? 的變化情況 最佳連桿長(zhǎng)度的確定 極位夾角確定后，聯(lián)立式 (23)和式 (24)可得，在 ?27?? 時(shí)，連桿長(zhǎng)度 ? ，這是在極位夾角最優(yōu)，且滿足所需工作空間條件下的連桿長(zhǎng) 度值，但這是不是使綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)最小的連桿長(zhǎng)度呢？取步長(zhǎng)為 ，在 ? ?,? 范圍內(nèi)，繪制綜合性能指標(biāo) synk 和連桿長(zhǎng)度 l 的關(guān)系曲線如圖 7所示，可見(jiàn)隨 l 的增長(zhǎng)， synk 逐漸增大，所以滿足所需工作空間條件下的連桿長(zhǎng)度 ? 即為最優(yōu)的 連桿長(zhǎng)度。 Solid works 三維實(shí)體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)流程 應(yīng)用該軟件是基于以上位置分析和空間分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。該設(shè)計(jì)方法也可用于其它并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 第 3 章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇及一級(jí)減速齒輪副的選擇 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)過(guò)程控制及儀表控制主要控制元件之一。 當(dāng)某相繞組通電時(shí)，相應(yīng)的兩個(gè)磁極就分別形成 N— S 極，產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。三相六拍的步距角則為 176。采用減速齒輪可比較容易的配置出所要求的脈沖當(dāng)量、減小工作臺(tái)以及絲杠折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量，同時(shí)增大工作臺(tái)的推力。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支 ,應(yīng)用面很廣 , 發(fā)展很快。諾伊曼結(jié)構(gòu) , 是一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。非總線型沒(méi)有有總線引腳 , 芯片體積小 , 要擴(kuò)展可通過(guò) I/O 口 , 因此非線型更適合中小系統(tǒng)。 Vss： 電源接地端 。到外部 ROM取指令時(shí)， PSEN 自動(dòng)向外發(fā)送負(fù)脈沖信號(hào)。 如圖 42 所示。 八 譯碼器 常用的存儲(chǔ)器地址的分配方法有兩種，線選法和譯碼法。采用雙列直插封裝方北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 25 式，共 28只引腳，功能如下： A0～ A12： 地址線引腳，用來(lái)進(jìn)行單元的選擇； D0～ D7： 數(shù)據(jù)線引腳； CE： 片選輸入線，低電平有效； OE： 輸出允許控制端，低電平有效； PGM： 編程時(shí)，加編程脈沖的輸入端，低電平有效； Vpp： 編程時(shí)，編程電壓（ +12V 或 25V）的輸入端； Vcc： +5V，芯片的工作電壓； GND： 數(shù) 字地； NC： 無(wú)用端。 EPROM 是用電信號(hào)編程，用紫外線擦除的只讀存儲(chǔ)器芯片。當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，三態(tài)門打開(kāi)，鎖存器中的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。 8031 受芯片引腳數(shù)量的限制 ， P0 口兼用數(shù)據(jù)線和低八位地址線。 在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí) ， ALE以時(shí)鐘振蕩頻率的 1／ 6的固定頻率輸出，用示波器觀察 ALE引腳上的脈沖信號(hào)是判斷單片機(jī)芯片是否正常工作的一種簡(jiǎn)便方法。因?yàn)槭苄酒_數(shù)量的限 制，有很多引腳具有雙功能。專用型是針對(duì)某種特定產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的 , 例如用于洗衣機(jī)的單片機(jī)。按結(jié)構(gòu)形式分 , 單片機(jī)有兩種基本的 結(jié)構(gòu)形式 : 普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。軟件方面發(fā)展主要為匯編語(yǔ)言、 C 語(yǔ)言、嵌入式操作系統(tǒng)。 （ 2）、 根據(jù)機(jī)床的加工精度要求，選擇進(jìn)給軸的脈沖當(dāng)量，如 。 反轉(zhuǎn) A→ AC→ C→ CB→ B→ BA→ A。此外各磁極上還有 5個(gè)均勻分布的矩形小齒。利用文中提出的綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，期望該機(jī)器人綜合性能最優(yōu)，得到了極為夾角的最優(yōu)值。可以較驗(yàn)是否滿足設(shè)計(jì)要求，比如在設(shè)置的幾何尺寸參數(shù)下能否滿足工作空間要求；可以進(jìn)行軌跡規(guī)劃；可較驗(yàn)機(jī)構(gòu)的奇異性；模擬機(jī)器人的實(shí)時(shí)控制等等。 由該機(jī)器人的奇異性分析可見(jiàn)，在 ?0?? 時(shí)，該機(jī)器人將處于奇異形位，再由圖 4 可見(jiàn)在 ? 接近于 ?0 附 近，該機(jī)器人的靈巧度很差；由圖 5 可見(jiàn)在 ? 接近于 ?45 附近，該機(jī)器人