【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是的本體方向定位精度較低 。 三輪全驅(qū)動(dòng)全導(dǎo)向 具有很高的運(yùn)動(dòng)靈活性，但是該機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，完成每個(gè)動(dòng)作都需對(duì) 6 個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)行合理控制，且對(duì)于方向和驅(qū)動(dòng)的伺服控制精度有較高的要求，控制難度較大。 綜合以上的分析與比較，本文最終選擇兩輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的三輪機(jī)構(gòu)作為移動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 此處省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整說明書和設(shè)計(jì) 圖紙等 .請(qǐng)聯(lián)系 扣扣： 九七 一 九二 零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！ 該論文已經(jīng)通過答辯 機(jī)器人的動(dòng)力源主要有交流電機(jī)，直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)。其中 交流電機(jī)：輸 出或輸入為交流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為交流電機(jī)，是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。主要分為同步交流電機(jī)和異步交流電機(jī)兩種。 直流電機(jī)：輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)，它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，其種類主要有無刷直流電動(dòng)機(jī)，永磁式直流電動(dòng)機(jī)，電磁式直流電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè) 定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（ PM） ，反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB） 動(dòng)力源的選擇 ??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 9 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 直流電機(jī) 無刷直流電機(jī)采用方波電流供電，所用電機(jī)的轉(zhuǎn)矩 /體積比更高。 無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、制造成本更低。 產(chǎn)生方波電壓和電流的變頻器比產(chǎn)生正弦波電壓和電流的變頻器簡(jiǎn)單，選用無刷直流電機(jī)更好。 的最高轉(zhuǎn)速。 ，調(diào)激磁電壓，適合應(yīng)用在基速以上，弱磁升速。不能得到電機(jī)的較低轉(zhuǎn)速。 ，調(diào)電樞電壓，電樞全電壓之后，弱磁升速。設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高。 交流電機(jī) 、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好； 、調(diào)速范圍廣、響應(yīng)頻率高。 ，一般需用齒輪減速裝置； 小型數(shù)控機(jī)床。 步進(jìn)電機(jī) ； ； 3．有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性； 4．優(yōu)秀的 起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng) 5． 沒有電刷，可靠性較高，電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命； 6． 電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡(jiǎn)單而且控制成本較低； 7． 僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。 8． 由于速度正比于脈沖頻率，因步進(jìn)電機(jī)適用于中、小型機(jī)床和速度精度要求不高的地方。 ??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 10 通過幾種電機(jī)的比較，我們可以發(fā)現(xiàn)雖然直流電機(jī)雖然有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)器人控制系統(tǒng)的判斷較為精確，與此同時(shí)我們從經(jīng)濟(jì)條件及其的具體應(yīng)用環(huán)境方面考慮得知， 在此次設(shè)計(jì)中機(jī)器人動(dòng)力部分選擇步進(jìn)電機(jī)最為合適。 傳動(dòng)方式主要對(duì)比齒輪傳動(dòng) [6]和帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)來確定： 帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種 機(jī)械傳動(dòng) 。根據(jù)傳動(dòng)原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動(dòng)的摩擦型帶傳動(dòng)，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動(dòng)的 同步帶 傳動(dòng)。 鏈傳動(dòng)是通過 鏈條 將具有特殊齒形的主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到具有特殊齒形的從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式。 齒輪傳動(dòng)是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的 機(jī)械傳動(dòng) 。按齒輪軸線的相對(duì)位置分平行軸圓柱齒輪傳動(dòng)、相交軸圓錐齒輪傳動(dòng)和交錯(cuò)軸螺旋齒輪傳動(dòng)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn) 缺 點(diǎn) 帶傳動(dòng) ，因此傳動(dòng)過程中可以起到緩沖和吸震的作用，是傳動(dòng)平穩(wěn)； ，帶會(huì)產(chǎn)生打滑，能防止工件的損壞，從而保護(hù)原動(dòng)機(jī)； 帶是靠摩擦進(jìn)行傳動(dòng)的，而帶傳動(dòng)產(chǎn)生的打滑使傳動(dòng)比不確定， 帶壽命低、軸上載荷較大 ，同時(shí)代的尺寸較大，傳動(dòng)效率低， 帶傳動(dòng)常適用于大中心距、中小功率 而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。 傳動(dòng)方式的選擇 ??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 11 鏈傳動(dòng) 與 帶傳動(dòng) 相比，無 彈性滑動(dòng) 和 打滑 現(xiàn)象，平均 傳動(dòng)比 準(zhǔn)確，工作可靠， 效率 高 ；能在高溫、潮濕、多塵、有污染等惡劣環(huán)境中工作 僅能用于兩平行軸間的傳動(dòng)；成本高，易磨損，易伸長(zhǎng)，傳動(dòng)平穩(wěn) 性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生附加動(dòng)載荷、 振動(dòng) 、 沖擊 和 噪聲 ，不宜用在急速反向的傳動(dòng)中。因此，鏈傳動(dòng)多用在不宜采用帶傳動(dòng)與 齒輪傳動(dòng) ，而兩軸平行，且距離較遠(yuǎn)，功率較大，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確的場(chǎng)合。經(jīng)過 經(jīng)過比較，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度及電機(jī)的減速等需要有較為嚴(yán)格的減速比例，雖然帶傳動(dòng)有諸多的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際情況，本文決定選擇齒輪傳動(dòng)。而齒輪又分圓柱齒輪，斜齒輪，圓錐齒輪。 圓柱直齒輪用于平行軸傳動(dòng)，齒輪嚙合與退出時(shí)沿著齒寬同時(shí)進(jìn)行， 高速 容易產(chǎn)生沖擊，振動(dòng)和噪音。 圓柱斜齒輪除可用于平行中傳動(dòng)，還可用于交叉軸傳動(dòng)（螺旋齒輪機(jī)構(gòu)）其特點(diǎn)：重合系數(shù)大，傳動(dòng)平穩(wěn)，齒輪強(qiáng)度高，適于重負(fù)載，相比直齒而言：斜齒有軸向力 ，價(jià)格太貴 。 錐齒輪具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小及承載能力大等特點(diǎn) ,用于高速重載的場(chǎng)合。但是傳動(dòng)需成一定角度。 直齒輪雖然有重多缺點(diǎn)，但由于電機(jī)轉(zhuǎn)速不大，所以噪音、震動(dòng)都不明顯，而且直齒輪在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)非常明顯，本文最終決定使用直齒輪進(jìn)行傳動(dòng)！ 編碼器 [7]（ encoder）是將信號(hào)（如 比特流 ）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。 增量式編碼器 是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān) 。 編碼器常用的有絕對(duì)式和增量式兩種。 1． 絕對(duì)式編碼器（ Absolute encoder） 絕對(duì)編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì) 數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。 編碼器的選擇 ??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 12 這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。 由于絕對(duì)編碼器在位置定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。 2．增量式編碼器（ Incremental encoder） 增量編碼器是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換為一連串?dāng)?shù)字脈沖信號(hào)的旋轉(zhuǎn)式傳感器。增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多圈無限累加和測(cè)量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會(huì)輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辨率時(shí)，可利用 90 度相位差的 A、 B 兩路信號(hào)進(jìn)行倍頻或更換高分辨率編碼器。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，機(jī)械平均壽命可在幾萬(wàn)小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長(zhǎng)距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。 測(cè)速度需要可以無限累加測(cè)量，目前增量型編碼器在測(cè)速應(yīng)用方面仍處于無可取代的主流位置。 考慮到編碼器將應(yīng)用在移動(dòng)機(jī)器人上，本文決定選擇增量式光電編碼器。如圖 21 所示： 圖 21 光電編碼器 機(jī)器人的控制系統(tǒng)是智能機(jī)器人的關(guān)鍵，相當(dāng)于人類的大腦，而現(xiàn)在比較流行的控 制器主要有 PLC 和單片機(jī)。 PLC 和單片機(jī)都可以作為機(jī)器人的控制系統(tǒng)。 PLC ( Programmable logic Controller)，可編程邏輯控制器，一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同， 由CPU、儲(chǔ)存器、電源構(gòu)成。 單片機(jī)是一種集成在電路芯 片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和 超聲波移動(dòng)機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 13 中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 PLC 和單片機(jī)雖然都是控制器，廣泛的應(yīng)用在控制系統(tǒng)中，但是它們依然具有不同，他們的區(qū)別為： 控制，普遍的應(yīng)用，廠礦車間，各種中大型生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)控制。 具體包括礦山，煉鋼，機(jī)床，生產(chǎn)加工等等，應(yīng)用廣泛。大部分用在較大型的 設(shè)備上。因?yàn)槠鋬r(jià)格較高，一般都是附加值較高的自動(dòng)控制系統(tǒng)才會(huì)考慮。 PLC的特點(diǎn)： 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) ； 硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) ； 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 ； 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造 ； 體積小，重量輕，能耗低 。 ，目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。單片機(jī)的特點(diǎn)： 單片機(jī)又稱單片微控制器 ,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片 ,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到 一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了 I/O 設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件 ，同時(shí)單片機(jī)的成本比 PLC 略微低廉，綜合考慮我們決定選擇單片機(jī)控制！ 單片機(jī)有 8 位， 16 位， 32 位等，這里的位指單片機(jī) CPU每次處理能力 ,8 位是指單片機(jī)一次可以計(jì)算 8 位數(shù)據(jù) ,16 位是指單片機(jī)一次可以計(jì)算 16 位數(shù)據(jù) ,依次類推，在此次設(shè)計(jì)中用 8 位單片機(jī)完全可以完成對(duì)機(jī)器人的控制，另考慮經(jīng)濟(jì)等方面，我們決定選擇 8 位單片機(jī) . 傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。它相當(dāng)于移動(dòng)機(jī)器人的感覺器官，把 探知的信息傳遞給其他裝置 。測(cè)距傳感器主要有紅外測(cè)距傳感器、激光測(cè)距傳感器、超聲波傳感器等 紅外測(cè)距傳感器利用紅外信號(hào)遇到障礙物距離的不同反射的強(qiáng)度也不同的原理，進(jìn)行障礙物遠(yuǎn)近的檢測(cè)。 它的優(yōu)點(diǎn)是便宜，易制，安全，缺點(diǎn)是精度低，方向性差，距離近， 傳感器檢測(cè)距離 3cm30cm之間 。移動(dòng)機(jī)器人需要對(duì)信號(hào)進(jìn) 移動(dòng)機(jī)器人傳感器設(shè)計(jì)方案 ??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 14 行處理，要有一段緩沖時(shí)間，而紅外測(cè)距傳感器很難滿足。所以紅外測(cè)距傳感器不適合應(yīng)用在本文中。 激光測(cè)距傳感器 利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器是新型測(cè)量?jī)x表， 的優(yōu)點(diǎn)是 能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。 缺點(diǎn)是需要注意人體安全，且制做的難度較大，成本較高，而且光學(xué)系統(tǒng)需要保持干凈，否則將影響測(cè)量。 超聲波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)是比較耐臟污，即使傳感器上有塵土，只要沒有堵死就可以測(cè)量，可以在較差的環(huán)境中使用 ，所以倒車?yán)走_(dá)多半使用超聲波，缺點(diǎn)是精度較低。綜合考慮，我們選擇超聲波傳感器。 超聲波傳感器的選擇： 單個(gè)超聲波傳感器，可是使機(jī)器人的結(jié)果和編程簡(jiǎn)單，但不利于機(jī)器人的靈活性。超聲波傳感器具有一定的擴(kuò)散特性，發(fā)射的超聲能量主要集中在主波瓣上，沿著主波軸兩側(cè)呈波浪型衰減，左右約 30176。的擴(kuò)散角。因此，我們決定選擇由 16個(gè)超聲波傳感器組成的超聲波環(huán)，等角度分布。為了讓結(jié)構(gòu)及其編程簡(jiǎn)單，我們將選擇超聲波發(fā)射與接收一起的超聲波傳感器。 超聲波環(huán)避免了機(jī)器人經(jīng)常轉(zhuǎn)身，節(jié)省了時(shí)間，提高了機(jī)器人的靈活性。我們決定選擇超聲波環(huán) ，超聲波傳感器是收發(fā)一體型的 EFR40RSC，它性價(jià)比高，體積小 ( Ф l6 m m) ， 工作頻率 4 0 k H z ，使用溫度 4 0～ +80℃ ， 防塵、 防水， 測(cè)距范圍 0 ． 2～ 5 m。整個(gè)超聲波環(huán)由 1 6 個(gè)超聲波傳感器組成。為了避免相鄰超聲波傳感器問的信號(hào)干擾問題， 本系統(tǒng)采用了分組循環(huán)發(fā)射， 即循環(huán)交錯(cuò)啟動(dòng)的方法，并考慮到移動(dòng)機(jī)器人對(duì)超聲波傳感器探測(cè)時(shí)間的限制 ( 時(shí)延 0 .1S ) ， 將超聲波傳感器以 2 個(gè)一組的方式進(jìn)行循環(huán)探測(cè)， 發(fā)射時(shí)序如圖 22 所示。 圖 22 多 超聲波循環(huán)發(fā)射時(shí)序圖 ??本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 15