【正文】 解決了所有問(wèn)題，具體結(jié)構(gòu)如下圖 310。浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19 圖 310軸與電機(jī)的連接采用的是用緊定螺釘，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸有一缺口與之能很好地配合，緊定螺釘是為了更好地保證后輪軸的軸向與徑向的固定，平穩(wěn)傳遞扭矩，使行走系統(tǒng)工作可靠。后輪軸有一個(gè)凸起的臺(tái)階，安裝時(shí)一端頂住車(chē)殼，設(shè)計(jì)的目的是為了防止后輪在軸向的竄動(dòng)，同時(shí)也保證了后輪與車(chē)殼之間保持一定的距離，防止后輪卡在車(chē)殼上。后輪軸末端銑成上下平面，用來(lái)起到和鍵槽配合同樣的作用，能夠傳送較大的扭矩。后輪中間相應(yīng)的也切出與其相同形狀的孔，目的是為了更好的傳送扭矩，軸中穿孔，與后輪之間采用盤(pán)頭螺釘加螺母固定。前輪是一個(gè)圓輪，安裝在前輪軸上，前輪軸采用螺釘固定在車(chē)架，前輪一段做成圓盤(pán)形狀，用以防止前輪徑向竄動(dòng)，提高精度，使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。另一段和前輪連接，同樣采用了緊定螺釘使軸和前輪固定。在一般的履帶傳動(dòng)的機(jī)械中如坦克在前后輪之間會(huì)有輔助輪，而在這里卻沒(méi)有，這是為什么呢？因?yàn)榻?jīng)過(guò)實(shí)際的多次實(shí)驗(yàn)得出，在此設(shè)計(jì)中，前后輪之間的距離很短，不會(huì)產(chǎn)生履帶松弛現(xiàn)象，輔助輪在這沒(méi)有實(shí)際的意思，若加上輔助輪只會(huì)增加機(jī)構(gòu)的復(fù)雜和總體的重量，減弱了登月車(chē)的靈活性。由于設(shè)計(jì)中前后輪的安裝精度都較高，履帶在行走中受平衡力的作用不會(huì)跑掉。整個(gè)行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、安裝精度高、運(yùn)行可靠。能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，行走平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向靈活，順利完成行走、越障等動(dòng)作。浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20 母車(chē)行走機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)母車(chē)采用四輪驅(qū)動(dòng)，不再采用履帶帶動(dòng)。這樣設(shè)計(jì)的目的是使母車(chē)的驅(qū)動(dòng)能力比起子車(chē)更為強(qiáng)大， （因?yàn)橐瑫r(shí)帶動(dòng)兩輛車(chē)，所以必須要有強(qiáng)勁的動(dòng)力）左右兩排四個(gè)電機(jī)各控制一側(cè)輪子，當(dāng)左右排電機(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)，這時(shí)母車(chē)向前進(jìn)，反之，母車(chē)后退。當(dāng)左排電機(jī)正轉(zhuǎn)，右電機(jī)反轉(zhuǎn)或停轉(zhuǎn)時(shí)，這時(shí)母車(chē)向右轉(zhuǎn)向，反之，母車(chē)左轉(zhuǎn)。母車(chē)的主要功用是協(xié)助子車(chē)完成翻越障礙的動(dòng)作，母車(chē)通過(guò)車(chē)體的變形為子車(chē)的翻越障礙構(gòu)造坡面。]浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21第四章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 子車(chē)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)子車(chē)控制系統(tǒng)采用 80C51 為核心的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)控制，采用 12V/5V 直流電源供電，手柄線控方式操作。單片機(jī)印刷電路板安裝在子車(chē)上，手柄采用 3*4 矩陣式鍵盤(pán)，手柄通過(guò)7 根信號(hào)線和子車(chē)上的單片機(jī)系統(tǒng)保持通信。 子車(chē)上的行走部分控制電路設(shè)計(jì)方案子車(chē)行走部分采用履帶方式運(yùn)行，所以要通過(guò)控制左右直流永磁電動(dòng)機(jī)的不同速率來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)，后退，左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)?？刂品绞揭来螢椋鹤笥覂呻姍C(jī)同時(shí)正轉(zhuǎn)，子車(chē)前進(jìn)。左電機(jī)正轉(zhuǎn)，右電機(jī)反轉(zhuǎn)，子車(chē)向右轉(zhuǎn)。右電機(jī)正轉(zhuǎn)，左電機(jī)反轉(zhuǎn)，子車(chē)向左轉(zhuǎn)。左右電機(jī)同時(shí)反轉(zhuǎn)，子車(chē)后退。因此對(duì)應(yīng)這四種簡(jiǎn)單的不同的運(yùn)動(dòng)方式，需設(shè)置四個(gè)按鍵來(lái)操控，并傳送命令到單片機(jī)（MCU） ，MCU 經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后輸出四種不同的信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大后驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)分別運(yùn)動(dòng)。 子車(chē)的機(jī)械臂轉(zhuǎn)動(dòng)部分及機(jī)械手開(kāi)合部分電路設(shè)計(jì)方案子車(chē)的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，只需要控制機(jī)械臂電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)既可實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的上下運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手采用的是絲杠傳動(dòng)和四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)相結(jié)合的方法進(jìn)行開(kāi)合，因此只需要控制機(jī)械手電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)既可實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的開(kāi)合。因此對(duì)于機(jī)械臂和機(jī)械手來(lái)說(shuō)，只需分別在鍵盤(pán)上設(shè)置 2 個(gè)按鍵（上下，開(kāi)合）來(lái)操控，并傳送命令到單片機(jī)（MCU） ，MCU 經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后輸出 2 種不同的信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大后驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)分別運(yùn)動(dòng)。以上僅僅是初步的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，均可以采用常用的 H 橋電路進(jìn)行電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。倘若要實(shí)現(xiàn)子車(chē)加速，減速，則需要更復(fù)雜的設(shè)計(jì)．由文獻(xiàn)[19，311]可知直流永磁電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程為： （41）2URadnTKet????可知，改變串入電樞回路的電阻 Rad 或者電樞供電電壓 U，都可以得到不同的人為機(jī)械特性。從而在負(fù)載不變時(shí)，就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以達(dá)到速度調(diào)節(jié)的目的。浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22 子車(chē)變速控制兩種方案的比較根據(jù)這一原理，以下是我的兩種不同的設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)子車(chē)的變速運(yùn)動(dòng)。 方案一：改變電樞回路外串電阻值，控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)速率控制方法：采用逐級(jí)加上或切除電阻的方法，來(lái)達(dá)到減速或加速的目的。(如圖 41)但缺點(diǎn)是：，而且由于電阻在不同的溫度下有不同的電阻率，會(huì)影響變速的效果。，逐級(jí)切除電阻的方法由于需要數(shù)斷電阻來(lái)達(dá)到加速的目的，就需要設(shè)置 N 個(gè)開(kāi)關(guān)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加減電阻的控制，反映在 MCU 控制系統(tǒng)上就需要增加 N 個(gè) I/O 通道, 增加了硬件的負(fù)擔(dān)和成本，反映在控制手柄上就需要增加 N 個(gè)很多開(kāi)關(guān)量，使操作非常麻煩。，調(diào)速特性較差。前面提到，直流電動(dòng)機(jī)的電樞回路串接電阻后，可以得到人為的機(jī)械特性。 （如圖 42） ，并可以進(jìn)行啟動(dòng)控制和速度調(diào)節(jié)。圖 42 所示特性為串電阻調(diào)速的特性，從特性可以看出，在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tl 下，串入不同的電阻可以得到不同的轉(zhuǎn)速，如在電阻非別為 Ra，R1,R2,R3 的情況下，可以達(dá)到對(duì)應(yīng)于 A,C,D 和 E點(diǎn)的轉(zhuǎn)速 nA, nC, nD, nE. 在不考慮電樞電路的電感時(shí)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)的機(jī)電過(guò)程（如降低轉(zhuǎn)速）見(jiàn)圖中沿 ABC 的箭頭方向所示，即從穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 nA，調(diào)至新的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 nC，這種調(diào)速特性機(jī)械特性較軟，電阻愈大則特性愈軟，穩(wěn)定度就愈低；在空載和輕載時(shí)，調(diào)速范圍不大；實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速非常困難；。浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23MK1K2K3KnnR1 R2 R3 RnU圖 41浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）24R3RaR2R1ACDETl T0RanonA,nCnDnEn圖 42 電樞回路串電阻調(diào)速的特性 方案二：晶體管脈寬調(diào)制（PWM ）系統(tǒng)采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。PWM 控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率 [20]。PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì) 80 年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。直到進(jìn)入上世紀(jì) 80 年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM 控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM 控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。PWM 控制技術(shù)是在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，并對(duì)電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠(yuǎn)影響 PWM 電路，是 PWM 控制技術(shù)應(yīng)用較早也成熟較早的一類(lèi)電路，應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)就構(gòu)成廣泛應(yīng)用的直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) [21]。本方案采用的就是直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)由主電路和控制電路組成。主電路決定采用 H 型脈寬放大電路，控制電路決定采用單片機(jī)模擬 PWM 信號(hào)輸出。直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的基本主電路如圖 43 所示。三相交流電源經(jīng)過(guò)整流濾波變成電壓恒定的直流電壓，VT1~VT4 為四只大功率晶體三極管，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其中，處于對(duì)角線上的一對(duì)三極管的基極，因受到同一控制信號(hào)而同時(shí)導(dǎo)通或截止。若 VT1 和 VT4 導(dǎo)通，則浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）25電動(dòng)機(jī)電樞上加正向電壓；若 VT2 和 VT4 導(dǎo)通，則電動(dòng)機(jī)電樞上加反向電壓。當(dāng)它們以較高的頻率（一般為 2022Hz）交替導(dǎo)通時(shí)，電樞兩端的電壓波形如圖 43 所示，由于機(jī)械慣性的作用，決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的僅為此電壓的平均值。設(shè)矩形波的周期為 T，正向脈沖寬度為 t1，并設(shè) 為占空比。1tT??由圖 44 可求出電樞電壓的平均值 （42）[1()](21)(2)(1)UssUsavttt Us??????由公式（42）可知，在 T=常數(shù)時(shí)，認(rèn)為地改變正脈沖的寬度以改變占空比 ，即可改?變 Uav，達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng) ＝ 時(shí)，Uav＝0，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 0；當(dāng) 時(shí)，Uav 為正，?電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，且在 ＝1 時(shí)，Uav＝Us，正向轉(zhuǎn)速最高；當(dāng) 時(shí)，Uav 為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，?且在 ＝0 時(shí)，Uav=Us，反向轉(zhuǎn)速最高。連續(xù)地改變脈沖寬度，即可實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)?調(diào)速。UssssM 圖 43在電樞電感 La 中產(chǎn)生的自感電勢(shì) 的作用下，電樞電流 ia 沿回路 2（經(jīng)過(guò) V2 和diaLtV3）繼續(xù)從 B 流向 A，電動(dòng)機(jī)仍然工作在電動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)雖然 Ub2，Ub3 為正，但受到 V2和 V3 正向壓降的限制，VT2 和 VT3 在電源電壓 Us 和反電勢(shì) E 的作用下即可導(dǎo)通，電樞電流 ia 將沿著回路 3（經(jīng)過(guò) VT3 和 VT2）從 A 流向 B，電動(dòng)機(jī)工作在反接制動(dòng)狀態(tài)。在T T=t4（T＋ t1）期間，三極管的基極電壓又改變了極性，VT2 和 VT3 關(guān)斷，電樞電感 La所產(chǎn)生的自感電勢(shì)維持電流 ia 沿著回路 4（經(jīng)過(guò) V4 和 V1）繼續(xù)從 A 流向 B，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)。此時(shí)，雖然 Ub1 和 Ub4 為正，但是受到 V1 和 V4 正向壓降的限制，VT1和 VT4 也不能導(dǎo)通。假若在 t＝t3 時(shí)，反向電流（－ia）衰減到 0，那么在 t3t=t4 期間，在電源電壓 Us 作用下，VT1 和 VT4 就可以導(dǎo)通，電樞電流又沿著回路（經(jīng)過(guò) VT1 和VT4）從 B 流向 A,電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，如圖（ d）所示。浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26 若電動(dòng)即的負(fù)載重，電樞電流 ia 大，在工作過(guò)程中 ia 不會(huì)改變方向的畫(huà)，Ua?=24.2186。， ?=35.2186。?=24.2186。， ?=35.2186。vavUavtt1 TUaU 圖 44 圖 45主電路控制過(guò)程分析：圖中，四只晶體管分為兩組，VT1 和 VT4 為一組，VT2 和 VT3 為另一組。同一組中的兩只三極管同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)關(guān)斷，且兩組三極管之間可以是交替地導(dǎo)通和關(guān)斷。欲使電動(dòng)機(jī)M 向正方向旋轉(zhuǎn)，則要求控制電壓 Uk 為正，各三極管基極電壓的波形如圖 X 所示。當(dāng)電源電壓 Us電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)時(shí)，在 0=tt1 期間，Ub1 和 Ub4 為正，三極管 VT1 和 VT4 導(dǎo)通，Ub2 和 Ub3 為負(fù)，VT2 和 VT3 關(guān)斷。電樞電流 ia 沿回路 1（經(jīng)過(guò) VT1 和 VT4）從 B 流向浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27A，電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。 在 t1=t=T 期間，Ub1 和 Ub4 為負(fù)，VT1 和 VT4 關(guān)斷，Ub2 和 Ub3 為正，則盡管基極電壓 Ub1 與 UbUb3 的極性在交替地改變方向，而 VT2 和 VT3 總不會(huì)導(dǎo)通，僅是VT1 和 VT4 的導(dǎo)通或者截止，此時(shí)，電動(dòng)機(jī)時(shí)鐘都工作在電動(dòng)狀態(tài)。電流 i 的變化曲線如圖（ e）所示。當(dāng) EUs（如位能轉(zhuǎn)矩負(fù)載）使，在 0=tt1 期間，電流 ia 沿著回路 4（經(jīng)過(guò) V4 和V1）從 A 流向 B，電動(dòng)機(jī)工作在再生制動(dòng)狀態(tài)；在 t1=tT 期間，電流 ia 沿著回路 3（經(jīng)過(guò)VT3 和 VT2）從 A 流向 B，電動(dòng)機(jī)工作在反接制動(dòng)狀態(tài)。電流 ia 的變化曲線如圖（f）所示。由上面的分析可知，電動(dòng)機(jī)不論工作在什么狀態(tài)，在 0=tt1 期間電樞電壓 U 總是等于＋Us ，而在 t1=tT 期間總是等于—Us ，如圖（c）所示。根據(jù)公式 [1()](2)UssavtTttT???? （4—2） (2)(1)rrUs可知，電樞電壓 U 的平均值 Uav＝2r1 Us＝ ()tT?并定義雙極性雙極式脈寬放大器的負(fù)載電壓系數(shù)為 （4－3）12avtsT???即 Uav＝ Us （4－4）?可見(jiàn)， 可以在 1～0～+1 之間變化。以上兩式表明，當(dāng) t1＝T/2 時(shí)， ＝0，Uav＝0，電動(dòng)機(jī)停止不動(dòng)，但電樞電壓 U 的瞬時(shí)值不等于零，二十正負(fù)脈沖電壓的寬度相等，即電樞電路中流過(guò)一個(gè)交變的電流 ia，相似于圖（d）的電流波形。這個(gè)電流一方面增加了電動(dòng)機(jī)的空在損耗，但另一方面它可以使電動(dòng)機(jī)發(fā)生頻率微動(dòng)，可以減小摩擦，起著潤(rùn)滑作用。 欲使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，則使控制電壓 Uk 為負(fù)即可。浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）28t1 TUb1,4t圖 4－5 （a）ot1 TUb2,35t圖 4－5(b)ot1 TU5t圖 4－5(c)o+Ua5Ua5iat圖 4－5(e)o4 1 2 3 4 1浙江科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（