【正文】 在芯片外殼上的中間位置有一個圓形窗口，通過這個窗口照射紫外線，就可擦除原有的信息。當(dāng)該信號為高電平時，輸出線為高阻態(tài)。為了將它們分離出來，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 — 外部程序存儲器 ROM的讀選通信號。 (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)定性特別要求的場合較多采用匯編語言和 C語言。 （ 3） 、根據(jù)所選步進(jìn)電動機(jī)的步距角、絲杠的螺距以及所要求的脈沖當(dāng)量來計(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)子上沒有繞組，它上面有 40 個矩形小齒均勻分布在圓周上，相鄰兩個小齒之間的夾角為 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， C語言圖形函數(shù)正好可以處理這種問題，而且 C 語言功能強(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，如果想實(shí)現(xiàn)良好的可視化環(huán)境，可選用 Visual C++可視化編程語言和 OpenGL 圖形技術(shù)。圖 6 是取步長為 ?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，可見在 ?27?? 時，該機(jī)器人的綜合性能評價指標(biāo)最小，這時該機(jī)器人綜合性能最優(yōu)，這是本文的一個重要結(jié)論。這時該機(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)的性能評價指標(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。 性能評價指標(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，在原動件（滑塊）的驅(qū)動下，連桿和連架桿運(yùn)動，則連桿的運(yùn)動形式為沿水平方向的運(yùn)動或沿垂直方向的運(yùn)動或?yàn)檫@兩項(xiàng)運(yùn)動的復(fù)合運(yùn)動，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，已開發(fā)出來的樣機(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 介紹了由兩個并聯(lián)結(jié)構(gòu)組成的微型機(jī)器人，每個并聯(lián)機(jī)構(gòu)由 6 個壓電式元件組成 。德國北華航天工業(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 Fraunhofer 機(jī)床和成形技術(shù)研究所為模具高速加工而開發(fā)的，該機(jī)床工作臺尺寸為 630 x 630mm, X, Y, Z 行程均為 630 mm，兩個轉(zhuǎn)動自由度范圍為 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)器人往往采用對稱結(jié)構(gòu)，其各向同性好 。現(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)用了一個滑塊曲柄機(jī)構(gòu)，將往復(fù)運(yùn)動變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動，僅僅這一種變化的運(yùn)動模式．就給生產(chǎn)力以巨大的推動。 隨著生產(chǎn)力的發(fā)展這種夢想最終成為了現(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 平臺微型機(jī)器人 。國內(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，如 Kerr, Nguyen 和 Ferraresi以及國內(nèi)北大的陳濱、華中理工大學(xué)熊有倫 [ts,t6]分別研究了 Stewart 平臺結(jié)構(gòu)六維力傳感器的設(shè)計(jì)。總之，并聯(lián)機(jī)器人是在那些需要結(jié)構(gòu)剛度好、高動態(tài)性能、高精度或者需要電機(jī)靠近機(jī)架的場合有廣闊應(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)，以及做簡單拿一放運(yùn)動 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)簡圖和尺寸參數(shù)。其全域性能評價指標(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價指標(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) 其全域性能評價指標(biāo)為： dwdwkkwvwgv ??? (20) 如希望在給定驅(qū)動器的驅(qū)動速度時，運(yùn)動平臺速度最大，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，只需極為夾角 ? 不等于零，在該機(jī)器人的工作空間內(nèi)就不會出現(xiàn)奇異形位。 圖 24 全域靈巧度評價指標(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 綜合性能評價指標(biāo) synk 隨極為夾角 ? 的變化情況 最佳連桿長度的確定 極位夾角確定后，聯(lián)立式 (23)和式 (24)可得，在 ?27?? 時，連桿長度 ? ，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 度值，但這是不是使綜合性能評價指標(biāo)最小的連桿長度呢？取步長為 ，在 ? ?,? 范圍內(nèi)，繪制綜合性能指標(biāo) synk 和連桿長度 l 的關(guān)系曲線如圖 7所示，可見隨 l 的增長， synk 逐漸增大，所以滿足所需工作空間條件下的連桿長度 ? 即為最優(yōu)的 連桿長度。 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)電動機(jī)的選擇及一級減速齒輪副的選擇 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，相應(yīng)的兩個磁極就分別形成 N— S 極，產(chǎn)生磁場，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、減小工作臺以及絲杠折算到電動機(jī)軸上的慣量，同時增大工作臺的推力。單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個重要分支 ,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器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存儲器結(jié)構(gòu)。非總線型沒有有總線引腳 , 芯片體積小 , 要擴(kuò)展可通過 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， PSEN 自動向外發(fā)送負(fù)脈沖信號。 如圖 42 所示。 八 譯碼器 常用的存儲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，加編程脈沖的輸入端，低電平有效； Vpp： 編程時，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： 無用端。 EPROM 是用電信號編程，用紫外線擦除的只讀存儲器芯片。當(dāng)該信號為低電平時，三態(tài)門打開，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。 在不訪問外部存儲器時 ， ALE以時鐘振蕩頻率的 1／ 6的固定頻率輸出，用示波器觀察 ALE引腳上的脈沖信號是判斷單片機(jī)芯片是否正常工作的一種簡便方法。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)展主要為匯編語言、 C 語言、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個均勻分布的矩形小齒。利用文中提出的綜合性能評價指標(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?？梢暂^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)時控制等等。 由該機(jī)器人的奇異性分析可見，在 ?0?? 時，該機(jī)器人將處于奇異形位，再由圖 4 可見在 ? 接近于 ?0 附 近，該機(jī)器人的靈巧度很差；由圖 5 可見在 ? 接近于 ?45 附近，該機(jī)器人