【文章內(nèi)容簡介】 種伺服馬達。 2）舵機的工作原理： 控制信號由接收機的通道進入信號調(diào)制芯片，獲得直流偏置電壓。它內(nèi)部有一個基準(zhǔn)電路，產(chǎn)生周期為20ms，將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差輸出。最后，電壓差的正負(fù)輸出到電機驅(qū)動芯片決定電機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)電機轉(zhuǎn)速一定時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn)，使得電壓差為0，電機停止轉(zhuǎn)動。當(dāng)然我們可以不用去了解它的具體工作原理，知道它的控制原理就夠了。就像我們使用晶體管一樣，知道可以拿它來做開關(guān)管或放大管就行了，至于管內(nèi)的電子具體怎么流動是可以完全不用去考慮的。 （2）步進電機步進電機作為一種新型的自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，進入了一些高、精、尖的控制領(lǐng)域。步進電機雖然有一些不足，如啟動頻率過高或負(fù)載過大時易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖，且一般無過載能力，往往需要選取有較大轉(zhuǎn)距的電機來克服慣性力矩。但步進電機點位控制性能好，沒有積累誤差，易于實現(xiàn)控制，能夠在負(fù)載力矩適當(dāng)?shù)那闆r下，以較小的成本與復(fù)雜度實現(xiàn)電機的同步控制。對于本課題來說，移動機器人的移動速度最高為 米/秒，電機轉(zhuǎn)數(shù)最高接近 100 轉(zhuǎn)/分。如果用直流電機，由于受轉(zhuǎn)速和力矩的影響，要配減速器。而如果用步進電機，控制位置精度比較高可以達到 度。而且不需要減速器避免造成結(jié)構(gòu)冗繁。因此選擇步進電機作為驅(qū)動電機。下面對旋轉(zhuǎn)步進電機型號進行選擇，輪式移動機器人在移動的時候，需要克服兩種阻力：摩擦力和重力。對于平面內(nèi)移動的機器人來講則只需要克服摩擦力。帶有機械臂的全方位移動機器人整體重量在 20Kg左右，地面摩擦系數(shù)按金屬與混凝土之間的取為 ，則機器人需要的總功率為：則平均每組車輪提供的功率為25 瓦。對于單個車輪而言： （21）車輪直徑為 110mm，則電機需要提供的轉(zhuǎn)矩為： （22）因此，選擇了北京和利時公司的 57BYG250E0152 型號電機。靜轉(zhuǎn)矩為 NM 。該電機在相近產(chǎn)品中具有在轉(zhuǎn)速變高一定范圍內(nèi)能夠保持平穩(wěn)的力矩。 電機轉(zhuǎn)矩圖下面選擇轉(zhuǎn)向電機，機器人對轉(zhuǎn)向速度要求較低，對位置精度比較嚴(yán)格，選用步進電機可以滿足設(shè)計要求。轉(zhuǎn)向電機主要是使車輪實現(xiàn)零半徑回轉(zhuǎn)，克服地面摩擦力，要求的轉(zhuǎn)速不高，因此主要計算電機靜力矩。在這里我們假設(shè)每個車輪與地面的接觸按照理想狀態(tài)即相切線接觸，那么平均每個車輪的摩擦力為： （23）由于車輪是零半徑回轉(zhuǎn)，所以克服的摩擦力矩為： （24）式中——單個車輪的寬度設(shè)計車輪與地面接觸總寬度為60mm，即所以克服的力矩為 。實際上車輪不是與地面呈線接觸，保證一定余量，選擇電機型號為 57BYG250BSASRM0152，靜力矩為 。下面是所選電機的外形尺寸。設(shè)計移動機器人車體是應(yīng)遵循以下幾個原則：（1）總體結(jié)構(gòu)應(yīng)容易拆卸，便于平時的試驗、調(diào)試、和修理。（2）在設(shè)計的移動平臺應(yīng)能夠給機器人暫時沒有安裝的傳感器、功能元件、電池等元件預(yù)留安裝位置，以備將來功能改進和擴展。車體是實現(xiàn)全方位移動機構(gòu)和機械手臂連接的部分，也是安裝其他元件的主體。它同樣是保證機器人具有良好的環(huán)境適應(yīng)能力的關(guān)鍵。本文設(shè)計的車體采用的是合金鋁框架式結(jié)構(gòu)，：第一層安裝機械手臂以及攝像頭，控制按鈕等；第二層是車體內(nèi)腔，空間較大可以安裝電池、集線器、裝配電路板等，同時可以在以后的具體設(shè)計中改變內(nèi)部格局，以達到最佳的使用效果；第三層安裝車輪旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。本結(jié)構(gòu)的空間分層設(shè)計使得機器人機構(gòu)緊湊，易于維護，而且提高了機器人控制系統(tǒng)的抗干擾能力。 車體結(jié)構(gòu)示意圖機器人是一種高度集成的機電一體化產(chǎn)品。它不是機械裝置和電子裝置的簡單組合，而是機械、電子、計算機等技術(shù)的有機融合。本文雖只設(shè)計機械本體部分，但設(shè)計過程要完全考慮各部分的因素。而移動機器人的移動機構(gòu)，它是移動機器人系統(tǒng)能否完成指定任務(wù)的基礎(chǔ)。本文在設(shè)計過程中圍繞平面內(nèi)任意角度移動以及可對前方 280mm 內(nèi)目標(biāo)進行抓取的這一思路展開設(shè)計。設(shè)計了可避免對電機軸形成彎矩的車輪旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化車輪的直徑與電機的匹配，使其車輪能夠在 ；設(shè)計了車輪旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，可使車輪實現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)向。. . . .. .3 機械手臂的設(shè)計機器人的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和移動關(guān)節(jié)兩種形式。本文中采用轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)形式，這種結(jié)構(gòu)簡單，控制容易。參考人的手臂，本文機械手臂設(shè)計成兩個擺動和一個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)。機器人的機械臂是由基座、手臂、手腕和末端執(zhí)行器組成。 機械手臂的模型末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)形式多樣，但總的設(shè)計都有以下幾點基本要求：（1）應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膴A緊力和驅(qū)動力，手指握力（夾緊力）大小要適宜，力量過大則動力消耗多，結(jié)構(gòu)龐大，不經(jīng)濟，甚至?xí)p壞抓取物體；力量過小則夾持不住或產(chǎn)生松動、脫落等現(xiàn)象。在確定握力時，除考慮抓取物體重量外，還應(yīng)考慮傳送或操作過程中所產(chǎn)生的慣性力和震動，以保證夾持安全可靠。 （2）手指應(yīng)具有一定的開閉范圍，手應(yīng)具有一定的開閉角度（手指從張開到閉合繞支點所轉(zhuǎn)過的角度）或開閉范圍（對平移型手指從張開到閉合的直線移動距離），以便于抓取或退出物體。（3）應(yīng)保證抓取物體在手指內(nèi)的夾持精度，應(yīng)保證每個被抓取的物體在手指內(nèi)都有準(zhǔn)確的相對位置（4）要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、效率高，在保證自身剛度、強度的前提下，盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，以便于減輕手臂的負(fù)載。. . . .. .機械中提供驅(qū)動的裝置和方式很多，如電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動等，各種驅(qū)動方式有其自身的特點，在工業(yè)機器人中液壓和氣壓驅(qū)動應(yīng)用很廣泛，有些機器人則同時采用多種驅(qū)動方式，這都視不同機器人的特點和要求所定。比較這些驅(qū)動方式的特點，叢中選擇適合移動機械手的驅(qū)動方式。電機驅(qū)動機械手可以避免電能變?yōu)閴毫δ艿闹虚g環(huán)節(jié)，效率比液壓和氣壓驅(qū)動要高。電機系統(tǒng)將電動機、測速機、編碼器以及制動器組裝在依次加工的課題里，使得整個電機系統(tǒng)體積小，可靠性和通用性也得到很大的提高。另外，電動機根據(jù)運行距離及電機的脈沖當(dāng)量算出脈沖數(shù)，將數(shù)據(jù)輸入計算機，可以達到非常高的位姿準(zhǔn)確度。而液壓和氣壓驅(qū)動系統(tǒng)組成機構(gòu)煩瑣，維護不方便，液壓源和氣壓源裝置體積大，對于移動機器人來說也是個無法實現(xiàn)的問題，對于移動機器人操作機械手臂所要求的位置精度，液壓和氣壓驅(qū)動也很難滿足。綜上所述，本文選擇電機驅(qū)動為機械手的驅(qū)動方式。傳動裝置是一種實現(xiàn)能量傳遞和兼有其它作用的裝置，它的主要作用有：能量的分配與傳遞；運動形式的改變；運動速度的改變。機械傳動是主要的傳動裝置，常用的有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動和蝸桿傳動等根據(jù)機械手結(jié)構(gòu)的實際情況選擇齒輪傳動。齒輪傳動是機械傳動中應(yīng)用最廣泛的一類傳動。它傳動效率高，在正常的潤滑條件下效率可達99%以上；傳動比恒定，齒輪傳動具有不變的瞬時傳動比，所以可應(yīng)用到高速傳動中；結(jié)構(gòu)緊湊，同等條件下其所占空間??；工作可靠、壽命長。手指的設(shè)計將采用平移運動的方式來夾持物體，這里將采用左右螺旋軸和齒輪副一起作為傳動機構(gòu)來完成末端機構(gòu)所要求達到的功能。采用這兩種結(jié)構(gòu)使整個末端執(zhí)行器體積小、質(zhì)量輕。不同的手指數(shù)量可以完成的動作以及動作復(fù)雜程度都不同，可以根據(jù)機械手必須完成的動作來確定機械手所需的最少手指數(shù)。一個手指能推、滾或滑動小物體，還可以用力操作開關(guān)等；兩個手指除具有一個手指完成的功能外，它還能抓住物體并可精確的控制物體的位置和取向；三個手指除了能完成兩個手指可完成的功能外，它還有在手中反復(fù)抓握物體的功能，如將物體拋入空中并在新的位置抓住物體；多個手指則具有更大的靈活性，如可以抓住和操作多個物體。對于本文的移動機器人，只需能夠抓住物體，控制物體的位置和取向，那么兩個手指就能滿足此工作要求，所以在結(jié)構(gòu)上將采用兩指結(jié)構(gòu)。從而兩手指相對于末端執(zhí)行器在左右螺旋軸的帶動下做平移運動，達到開合作用。工業(yè)機器人應(yīng)用的雙指機械式夾持器按其手爪的運動方式可分為回轉(zhuǎn)型和平移型。如圖 是兩種典型的機械夾持器結(jié)構(gòu)。本文選擇平移型夾持器的結(jié)構(gòu)，它與前者相比具有結(jié)構(gòu)簡單、控制容易的優(yōu)點。 。末端執(zhí)行器機械結(jié)構(gòu)采用超硬鋁合金材料，在保證一定的剛度的同時又降低了整體的重量。手指伸出長度為 50mm，開合范圍 444mm。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是這樣的，驅(qū)動電機經(jīng)齒輪1傳動齒輪2，驅(qū)動左右螺旋軸3使手指7進行開合運動。導(dǎo)向軸引導(dǎo)并固定手指的運動軌跡。