三自由度機械手臂設(shè)計說明書(編輯修改稿)
2024-10-01 16:28 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 帶傳動是同步帶的一種，用來傳遞平行軸間的運動或?qū)⒒剞D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，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。 齒形帶傳動原理如圖 所示。 齒輪帶的傳動比計算公式為 機電系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計（農(nóng)業(yè)機械化及其自動化） 10 2112 zznni ?? 齒輪帶的平均速度 av 為 2211 ntzntzva ?????? 制動器 制動器及其作用： 制動器是將機械運動部分的能量變?yōu)闊崮茚尫牛瑥亩惯\動的機械速度降低或者停止的裝置，它大致可分為機械制動器和電氣制動起兩類。 在機器人機構(gòu)中，學(xué)要使用制動器的 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，防止運動部分下滑而破壞其他裝置。 機械制動器： 機械制動器有螺旋式自動加載制動器、盤式制動器、閘瓦式制動器和電磁制動器等幾種。其中最典型的是電磁制動器。 在機器人的驅(qū)動系統(tǒng)中常使用伺服電動機，伺服電機本身的特性決定了電磁制動器是不可缺少的部件。從原理上講，這種制動器就是用彈簧力制動的盤式制動器，只有勵磁電流通過線圈時制動器打開，這時制動器不起制動作用，而當電源斷開線圈中無勵磁電流時，在彈簧力的作用下處于制動狀態(tài)的常閉方式。因此 這種 制動器被稱為無勵磁動作型電磁制動器。又因為這種制動器常用于安全制動場合，所以也稱為安全制動器。 電氣制動器 電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置，反之，他也具有將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電功能。換言之，伺服電機是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，可將電能轉(zhuǎn)換為機械能，同時也能通過其反過程來達到制動的目的。但對于直流電機、同步電機和感應(yīng)電機等各種不同類型的電機，必須分別采用適當?shù)闹苿与娐贰? 本文中，該機器人實驗平臺未安裝機械制動器，因此機器人的肩關(guān)節(jié)和軸關(guān)節(jié)在停止轉(zhuǎn)動的時候，會因為重力因素而下落。另外，由于各方面 限制，不方便在原有機構(gòu)上添加機械制動器，所以只能通過軟件來實現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和軸關(guān)節(jié)的電氣制動。 機電系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計（農(nóng)業(yè)機械化及其自動化） 11 采用電氣制動器，其優(yōu)點在于：在不增加驅(qū)動系統(tǒng)質(zhì)量的同時又具有制動功能，這是非常理想的情況，而在機器人上安裝機械制動器會使質(zhì)量有所增加，故應(yīng)盡量避免。缺點在于：這種方法不如機械制動器工作可靠，斷電的時候?qū)⑹ブ苿幼饔谩? 第 3 章 控制系統(tǒng)硬件 控制系統(tǒng)模式的選擇 構(gòu)建機器人平臺的核心是建立機器人的控制系統(tǒng)。首先需要選擇和硬件平臺，控制系統(tǒng)硬件平臺對于系統(tǒng)的開放性、實現(xiàn)方式和開發(fā)工作量有很大的影響。一般常用的 控制系統(tǒng)硬件平臺應(yīng)滿足：硬件系統(tǒng)基于標準總線機構(gòu)，具有可伸縮性；硬件結(jié)構(gòu)具有必要的實時計算能力；硬件系統(tǒng)模塊化，便于添加或更改各種接口、傳感器和特殊計算機等；低成本。到目前為止，一般機器人控制系統(tǒng)的硬件平臺可以大致分為兩類：基于VME 總線（ Versamodel Eurocard 由 Motorola 公司 1981 年推出的第一代 32 位工業(yè)開放標準總線 ）的系統(tǒng)和基于 PC 總線的系統(tǒng)。近年來，隨著 PC 機性能的快速發(fā)展，可靠性大為提高，價格卻大幅度降低，以 PC 機為核心的控制系統(tǒng)已廣泛被機器人控制領(lǐng)域所接受。 基于 PC 機控制系統(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 運動控制卡的控制模式， 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)計中的廢物利用，在程序和算法上可以自主編制各類算法，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 機電系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計（農(nóng)業(yè)機械化及其自動化） 12 工控機 在此選用研華工業(yè)控制機 ,主頻 233MHz,內(nèi)存 128 兆， 32 位數(shù)據(jù)總線。底板有 9 個ISA 插槽， 4 個 PCI 插槽，帶 VGA 顯 示器。其性能價格比優(yōu)越，兼容性好，有利于軟硬件維護和升級。與普通個人計算機相比工業(yè)控制 PC 機有以下優(yōu)點： 芯片篩選要比一般個人計算機嚴格； 芯片驅(qū)動能力較強； 整機內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于工業(yè)加強型，具有較強的防震和抗干擾性能； 對環(huán)境（如溫度、濕度、灰塵等）的要求要比一般計算機低得多。 數(shù)據(jù)采集卡 在本設(shè)計中我們主要用到 研華 公司的 PCL812PG 和 PCL726，其參數(shù)如下。 PCL812PG 主要特點 ： 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 30KHz 帶 DMA 或中斷的 A/D 路數(shù)字量輸出 PCL726 主要特點 ： 路獨立 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)動系統(tǒng)設(shè)計 過程 中，主要是對 伺服電機 的驅(qū)動，本文中利用報廢機器人上的 maxon 電機驅(qū)動關(guān)節(jié)，因此同樣選用 maxon 伺服電機驅(qū)動器（ maxon motor control4QDC Servo Control LSC 30/2）進行驅(qū)動，如圖 所示，這是專門針對 maxon電機設(shè)計的伺服電機放大控制器，具有很強的控制功能和穩(wěn)定性，電源電壓 12~30v 之機電系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計（農(nóng)業(yè)機械化及其自動化） 13 間， 2 接線端子接伺服電機，直接給電機供電， 3， 4 接線端與電源相連， 8 接控制電壓，通過數(shù)據(jù)采集卡輸出的模擬電壓信號進入這兩個接線端來控制電機的轉(zhuǎn)速大小和正反轉(zhuǎn)， 1 14 接測速計（本文中未用）， 10 之間是一個光耦合器，輸入“準備好”信號。在伺服控制器前面，有 5 個旋鈕調(diào)節(jié)器涌來調(diào)節(jié)電機的五個參數(shù)，下邊有10 個 DIP 開關(guān)，用來選擇控制器工作狀態(tài)。 1234567891 01 11 21 31 41 51 6電 源控 制
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