【文章內(nèi)容簡介】 模數(shù)：m 齒數(shù)：z壓力角α=20176。齒寬系數(shù)：Ψ=名稱符號計(jì)算公式小齒輪大齒輪齒寬bdΨ109齒距pp=π m齒頂高h(yuǎn)aha=m11齒根高h(yuǎn)fhf=齒高h(yuǎn)h=分度圓直徑dd=mz2080齒頂圓直徑dada=m(z+2)2282齒根圓直徑dfdf=m()中心距aa=(z1+z2) 50 減速箱軸的確定軸是減速器的主要零件之一，軸的結(jié)構(gòu)決定軸上零件的位置和有關(guān)尺寸。按彎扭合成強(qiáng)度條件初步計(jì)算軸的各段直徑，軸計(jì)算載面的直徑為式中　—軸計(jì)算載面上的彎矩，Nmm。 —軸計(jì)算載面上的轉(zhuǎn)矩，Nmm。 —將轉(zhuǎn)矩折合成當(dāng)量彎矩的折算系數(shù)，若扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力按脈動循環(huán)變化時(shí)，；—軸材料的許多彎曲應(yīng)力，MPa?！　?當(dāng)所在計(jì)算載面軸段開有鍵槽時(shí)，由上式算得的直徑應(yīng)增大3%～5%（開一個(gè)鍵槽）或7%～10%（開兩個(gè)鍵槽），然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑.通過如果減速器輸入軸通過聯(lián)軸器與電動機(jī)軸相聯(lián)接，則外伸段軸徑與電動機(jī)軸徑不得相差很大，否則難以選擇合適的聯(lián)軸器，也就是說，減速器輸入軸軸端直徑和電動機(jī)軸直徑必須在所選取聯(lián)軸器轂孔最大與最小直徑允許范圍內(nèi)。為此，可取減速器輸入軸軸端直徑　　　　　　　　　　　　　　 mm式中　　—減速器輸入軸軸端直徑，mm；　　　　—電動機(jī)軸直徑，mm。減速器傳動中心距為已知，可取減速器從動軸危險(xiǎn)截面直徑 式中　　—減速器從動軸危險(xiǎn)截面直徑，mm；　　　　—該級傳動的中心距，mm。綜合實(shí)際情況，最后選擇軸1最小軸徑7mm，軸2最小軸徑9mm。將運(yùn)轉(zhuǎn)的軸【13】與軸座之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，從而減少摩擦損失的一種精密的機(jī)械元件，叫滾動軸承（rolling bearing）。滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。　　內(nèi)圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體脫落，引導(dǎo)滾動體旋轉(zhuǎn)起潤滑作用。：圖31球軸承適于承受輕載荷，滾子軸承適于承受重載荷及沖擊載荷。當(dāng)滾動軸承受純軸向載荷時(shí)，一般選用推力軸承；當(dāng)滾動軸承受純徑向載荷時(shí)，一般選用深溝球軸承或短圓柱滾子軸承；當(dāng)滾動軸承受純徑向載荷的同時(shí)，還有不大的軸向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承及調(diào)心球或調(diào)心滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起，這在極高軸向載荷或特別要求有較大軸向剛性時(shí)尤為適宜。根據(jù)機(jī)器人的要求及經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的原則，本文決定選擇深溝球軸承.4 視覺移動機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PIC16F877單片機(jī)是將中央處理器（CPU）、隨機(jī)存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、定時(shí)器芯片和一些輸入輸出接口電路集成的一個(gè)芯片上的微控制器。中央處理器是單片機(jī)的核心，它包括運(yùn)算器、控制器和寄存器3個(gè)主要部分。存儲器按工作方式可分為、隨機(jī)存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。RAM可以隨機(jī)地被CPU讀寫，斷電后存儲的內(nèi)容消失；ROM種的信息只能讀不能寫。輸入輸出接口是單片機(jī)的重要組成部分。程序、數(shù)據(jù)以及外部的所有信息都是通過單片機(jī)的I/O端口讀入單片機(jī)的。單片機(jī)計(jì)算的所有結(jié)果也都通過I/O輸出到顯示部分或者控制外部其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PIC16F877芯片上集成有：（1）端口RA模塊：是一個(gè)只有6條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（2）端口RB模塊：是一個(gè)具有8條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（3）端口RC模塊：是一個(gè)具有8條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（4）端口RD模塊：是一個(gè)具有8條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（5）端口RE模塊：是一個(gè)具有3條引腳的輸入/輸出可編程的端口。（6）定時(shí)器TMR0模塊：是一個(gè)8位寬的可編程的定時(shí)器，也可作為計(jì)數(shù)器使用。（7）定時(shí)器TMR1模塊：是一個(gè)16位寬的可編程的定時(shí)器，也可作為計(jì)數(shù)器使用，并且可以與捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP模塊配合實(shí)現(xiàn)捕捉和比較功能。（8）定時(shí)器TMR2模塊：是一個(gè)8位寬的可編程的定時(shí)器，也可作為計(jì)數(shù)器使用，并且可以與捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP模塊配合實(shí)現(xiàn)捕捉和比較功能。（9）EEPROM數(shù)據(jù)存儲模塊：是2568的電可擦寫的存儲器，儲存的內(nèi)容掉電也不會丟失。（10）A/D轉(zhuǎn)換器模塊：具有8個(gè)輸入通道和10位分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用來將外部的各種模擬物理量變換為便于單片機(jī)內(nèi)部處理的數(shù)字量。（11）捕捉/比較/脈寬調(diào)制CCP1和CCP2模塊：PIC16F877片內(nèi)包含兩個(gè)幾乎完全相同的CCP模塊，與TMR1和TMR2配合可以實(shí)現(xiàn)輸入捕捉、輸出比較和賣出調(diào)制輸出功能。輸入捕捉功能可以用于測量信號周期、頻率、脈沖等；輸出比較功能可以用于生產(chǎn)寬度不同的正負(fù)方波脈沖信號，以驅(qū)動可控硅、續(xù)電器等；脈寬調(diào)制輸出功能用來產(chǎn)生周期和脈沖可調(diào)的周期性方波信號，以驅(qū)動可驅(qū)動可控硅、步進(jìn)電機(jī)等。（12）通用同步/異步發(fā)生器USART模塊：用于實(shí)現(xiàn)二線式串行通信，可以定義為兩種工作方式，即全雙工異步方式和半雙工同步方式。（13）主同步串行端口MSSP模塊：具有SPI和IC兩種工作模式，用來與具有SPI和IC串行端口的外接器件或者其他單片機(jī)進(jìn)行通信。（14）并行從動端口PSP模塊：可以用來與其他具有開放總線的單片機(jī)、數(shù)字信號處理器或微處理器的并行數(shù)據(jù)連接，進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)傳輸和交換。 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的精密執(zhí)行元件，由于步進(jìn)電機(jī)具有控制方便、體積小等特點(diǎn)，所以在數(shù)控系統(tǒng)、自動生產(chǎn)線、自動化儀表、繪圖機(jī)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。微電子學(xué)的迅速發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的普及與應(yīng)用，為步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用開辟了廣闊前景，使得以往用硬件電路構(gòu)成的龐大復(fù)雜的控制器得以用軟件實(shí)現(xiàn)，既降低了硬件成本又提高了控制的靈活性，可靠性及多功能性。市場上有很多現(xiàn)成的步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)構(gòu)，但價(jià)格都偏高。應(yīng)用SGS公司推出的L297和L298兩芯片可方便的組成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，并結(jié)合AT89C52單片機(jī)進(jìn)行控制，即可以實(shí)現(xiàn)用相對便宜的價(jià)格組成一個(gè)性能不錯(cuò)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專用設(shè)備步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾十千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的各項(xiàng)輸人端，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)分器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱為硬環(huán)形分配器?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小， 或15度；混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相： 。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛 步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)：1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的35%，且不累積。2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏8090度完全正常。3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4．步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。L298是ST公司生產(chǎn)的一款高電壓、大電流，小功率電機(jī)驅(qū)動芯片。該芯片內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)、繼電器、線圈等電感性負(fù)載。采用標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號控制。具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作:有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作:可以外接檢測電阻，將變化量反饋抬控制電路。其具有以下電氣特性：(1)電源驅(qū)動電壓Vs可達(dá)5V～46V，～7V。(2)～VSS，輸入低電壓為O～。(3)峰值驅(qū)動電流可達(dá)3A，正常工作電流為2A，總驅(qū)動電流可達(dá)4A。(4)響應(yīng)速度快(5)提供過溫保護(hù)，工作溫度范圍可達(dá)25℃～130℃正常工作溫度為13℃～35℃。溫度過高或溫度過低時(shí)，芯片均會停止工作，防止其損壞。(6)L289采用的是15腳的Mluitwatt15封裝。LM298典型應(yīng)用如圖31所示。圖41 LM298典型應(yīng)用LM7805【14】是三端固定穩(wěn)壓器。有5V，6V，9V，12V，15V，18V和24V七種不同的固定輸出電壓，廣泛用于各種電子設(shè)備中。其穩(wěn)壓器均有內(nèi)部過流、熱過載和輸出晶體管安全區(qū)保護(hù)功能，電路安全可靠。雖然穩(wěn)壓器按國定的穩(wěn)壓設(shè)計(jì)，但外部接少量元件，即可做成可調(diào)穩(wěn)壓器或可調(diào)穩(wěn)流器使用。5 移動機(jī)器人的視覺算法所謂圖像采集【15】是指機(jī)器人視覺系統(tǒng)獲取數(shù)字視頻圖像的過程,目前用于獲取圖像的視覺傳感器主要有ccd和cmos兩種，它們都是通過接受外界的激勵(lì)而產(chǎn)生響應(yīng)，然后把模擬的響應(yīng)轉(zhuǎn)換為電信號，從而獲取客觀世界的圖像。CCD與CMOS傳感器是被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管(photodiode)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而其主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同?！　CD傳感器中每一行中每一個(gè)象素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個(gè)像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出；而在CMOS傳感器中，每個(gè)像素都會鄰接一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。 CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會直接由晶體管放大輸出，但CCD傳感器為被動式采集，需外加電壓讓每個(gè)象素中的電荷移動，而此外加電壓通常需要達(dá)到12~18V；因此，CCD傳感器除了在電源管理電路設(shè)計(jì)上的難度更高之外(需外加 power IC)，高驅(qū)動電壓更使其功耗遠(yuǎn)高于CMOS傳感器的水平。CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)。由于在本次設(shè)計(jì)中道路信息比較簡單，只有黑白兩種顏色，因此選用了一款市場上非常常見的型號為203CA的CMOS攝像頭。 機(jī)器人可以直接從視覺設(shè)備中采集數(shù)字圖像，但是多數(shù)圖像都是彩色圖像。雖然這種彩色圖像包含著大量的有用信息，但是在實(shí)現(xiàn)圖像的邊緣直線提取時(shí)，需要處理的彩色圖像不僅存儲量大，而且由于在處理的過程中需要計(jì)算三個(gè)不同的分量，所以處理速度相當(dāng)緩慢。因此，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，常把彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，也就是所謂的彩色圖像灰度化。 彩色圖像灰度化實(shí)際上是將三通道的圖像信息處理成為單通道圖像的數(shù)據(jù)處理過程。在灰度圖像中，每個(gè)像素點(diǎn)只需要一個(gè)字節(jié)就可以存放一個(gè)灰度值，灰度值的范圍為0到255，灰度級數(shù)為256級，所以存儲量和計(jì)算量都不是很大。 彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像的公式如下所示：f(x,y)=R+G+B 其中：RGB表示彩色圖像的三個(gè)不同分量,f(x,y)為得到的灰度圖像的灰度值。其效果圖如下圖51,52。圖51 原圖圖52 灰度圖圖像的平滑處理主要的目的是去除圖像中的噪音，有目的地突出或者抑制圖像中的整體或局部特性，改