【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 帶傳動(dòng)是同步帶的一種，用來(lái)傳遞平行軸間的運(yùn)動(dòng)或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在本文中主要用于腰關(guān)節(jié)、肩關(guān) 節(jié)和肘關(guān)節(jié)的傳動(dòng)。 齒形帶傳動(dòng)原理如圖 所示。 齒輪帶的傳動(dòng)比計(jì)算公式為 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化） 10 2112 zznni ?? 齒輪帶的平均速度 av 為 2211 ntzntzva ?????? 制動(dòng)器 制動(dòng)器及其作用： 制動(dòng)器是將機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分的能量變?yōu)闊崮茚尫?，從而使運(yùn)動(dòng)的機(jī)械速度降低或者停止的裝置，它大致可分為機(jī)械制動(dòng)器和電氣制動(dòng)起兩類(lèi)。 在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中，學(xué)要使用制動(dòng)器的 情況如下： ① 特殊情況下的瞬間停止和需要采取安全措施 ② 停電時(shí)，防止運(yùn)動(dòng)部分下滑而破壞其他裝置。 機(jī)械制動(dòng)器： 機(jī)械制動(dòng)器有螺旋式自動(dòng)加載制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器、閘瓦式制動(dòng)器和電磁制動(dòng)器等幾種。其中最典型的是電磁制動(dòng)器。 在機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中常使用伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電機(jī)本身的特性決定了電磁制動(dòng)器是不可缺少的部件。從原理上講，這種制動(dòng)器就是用彈簧力制動(dòng)的盤(pán)式制動(dòng)器，只有勵(lì)磁電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)制動(dòng)器打開(kāi)，這時(shí)制動(dòng)器不起制動(dòng)作用，而當(dāng)電源斷開(kāi)線(xiàn)圈中無(wú)勵(lì)磁電流時(shí)，在彈簧力的作用下處于制動(dòng)狀態(tài)的常閉方式。因此 這種 制動(dòng)器被稱(chēng)為無(wú)勵(lì)磁動(dòng)作型電磁制動(dòng)器。又因?yàn)檫@種制動(dòng)器常用于安全制動(dòng)場(chǎng)合，所以也稱(chēng)為安全制動(dòng)器。 電氣制動(dòng)器 電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，反之，他也具有將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電功能。換言之，伺服電機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，可將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，同時(shí)也能通過(guò)其反過(guò)程來(lái)達(dá)到制動(dòng)的目的。但對(duì)于直流電機(jī)、同步電機(jī)和感應(yīng)電機(jī)等各種不同類(lèi)型的電機(jī)，必須分別采用適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)電路。 本文中，該機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)未安裝機(jī)械制動(dòng)器，因此機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)和軸關(guān)節(jié)在停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)因?yàn)橹亓σ蛩囟侣?。另外，由于各方?限制，不方便在原有機(jī)構(gòu)上添加機(jī)械制動(dòng)器，所以只能通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和軸關(guān)節(jié)的電氣制動(dòng)。 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化） 11 采用電氣制動(dòng)器，其優(yōu)點(diǎn)在于：在不增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量的同時(shí)又具有制動(dòng)功能，這是非常理想的情況，而在機(jī)器人上安裝機(jī)械制動(dòng)器會(huì)使質(zhì)量有所增加，故應(yīng)盡量避免。缺點(diǎn)在于：這種方法不如機(jī)械制動(dòng)器工作可靠，斷電的時(shí)候?qū)⑹ブ苿?dòng)作用。 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件 控制系統(tǒng)模式的選擇 構(gòu)建機(jī)器人平臺(tái)的核心是建立機(jī)器人的控制系統(tǒng)。首先需要選擇和硬件平臺(tái)，控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)對(duì)于系統(tǒng)的開(kāi)放性、實(shí)現(xiàn)方式和開(kāi)發(fā)工作量有很大的影響。一般常用的 控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)應(yīng)滿(mǎn)足：硬件系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)機(jī)構(gòu)，具有可伸縮性；硬件結(jié)構(gòu)具有必要的實(shí)時(shí)計(jì)算能力；硬件系統(tǒng)模塊化，便于添加或更改各種接口、傳感器和特殊計(jì)算機(jī)等；低成本。到目前為止，一般機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件平臺(tái)可以大致分為兩類(lèi)：基于VME 總線(xiàn)（ Versamodel Eurocard 由 Motorola 公司 1981 年推出的第一代 32 位工業(yè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn) ）的系統(tǒng)和基于 PC 總線(xiàn)的系統(tǒng)。近年來(lái)，隨著 PC 機(jī)性能的快速發(fā)展，可靠性大為提高，價(jià)格卻大幅度降低，以 PC 機(jī)為核心的控制系統(tǒng)已廣泛被機(jī)器人控制領(lǐng)域所接受。 基于 PC 機(jī)控制系統(tǒng)一般包括單 PC 控制模式， PC+PC 的控制模式， PC+分布式控制器的控制模式， PC+DSP 運(yùn)動(dòng)控制卡的控制模式， PC+數(shù)據(jù)采集卡的控制模式，由于基于采集卡的控制方式靈活，成本低廉，有利于本文設(shè)計(jì)中的廢物利用，在程序和算法上可以自主編制各類(lèi)算法，適合本課題研究的需要。因此本文選定 PC+數(shù)據(jù)采集卡的控制方式。 控制系統(tǒng)的搭建 圖 控制系統(tǒng)框圖 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化） 12 工控機(jī) 在此選用研華工業(yè)控制機(jī) ,主頻 233MHz,內(nèi)存 128 兆， 32 位數(shù)據(jù)總線(xiàn)。底板有 9 個(gè)ISA 插槽， 4 個(gè) PCI 插槽，帶 VGA 顯 示器。其性能價(jià)格比優(yōu)越，兼容性好，有利于軟硬件維護(hù)和升級(jí)。與普通個(gè)人計(jì)算機(jī)相比工業(yè)控制 PC 機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)： 芯片篩選要比一般個(gè)人計(jì)算機(jī)嚴(yán)格； 芯片驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)； 整機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于工業(yè)加強(qiáng)型，具有較強(qiáng)的防震和抗干擾性能； 對(duì)環(huán)境（如溫度、濕度、灰塵等）的要求要比一般計(jì)算機(jī)低得多。 數(shù)據(jù)采集卡 在本設(shè)計(jì)中我們主要用到 研華 公司的 PCL812PG 和 PCL726，其參數(shù)如下。 PCL812PG 主要特點(diǎn) ： 路單端 12 位模擬量輸入 路 12 位模擬量輸出 采樣速率可編程，最快 達(dá) 30KHz 帶 DMA 或中斷的 A/D 路數(shù)字量輸出 PCL726 主要特點(diǎn) ： 路獨(dú)立 D/A 輸出 位分辨率雙緩沖 D/A 轉(zhuǎn)換器 路數(shù)字量輸入及 16 路數(shù)字量輸出 多種電壓范圍： +/10V， +/5V， 0— +5V， 0— +10V 和 4— 20mA 電流環(huán) 。 伺服放大器 在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 過(guò)程 中，主要是對(duì) 伺服電機(jī) 的驅(qū)動(dòng)，本文中利用報(bào)廢機(jī)器人上的 maxon 電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，因此同樣選用 maxon 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器（ maxon motor control4QDC Servo Control LSC 30/2）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如圖 所示，這是專(zhuān)門(mén)針對(duì) maxon電機(jī)設(shè)計(jì)的伺服電機(jī)放大控制器，具有很強(qiáng)的控制功能和穩(wěn)定性，電源電壓 12~30v 之機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化） 13 間， 2 接線(xiàn)端子接伺服電機(jī)，直接給電機(jī)供電， 3， 4 接線(xiàn)端與電源相連， 8 接控制電壓，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸出的模擬電壓信號(hào)進(jìn)入這兩個(gè)接線(xiàn)端來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小和正反轉(zhuǎn)， 1 14 接測(cè)速計(jì)（本文中未用）， 10 之間是一個(gè)光耦合器，輸入“準(zhǔn)備好”信號(hào)。在伺服控制器前面，有 5 個(gè)旋鈕調(diào)節(jié)器涌來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的五個(gè)參數(shù)，下邊有10 個(gè) DIP 開(kāi)關(guān)，用來(lái)選擇控制器工作狀態(tài)。 1234567891 01 11 21 31 41 51 6電 源控 制