【導讀】機器人技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)成為當代十分活躍和被廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一，等科學技術(shù)，是各學科先進技術(shù)的高度集成。機器人的研究水平已成為。衡量一個國家科技發(fā)展水平的重要標志之一。機器人是機電一體化產(chǎn)品，即是一個完整的機械電子系統(tǒng)。自然領(lǐng)域的復(fù)現(xiàn)和延伸。計算機將來自各傳感器的檢測信息集中、儲存并進行處理，然后。按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出各種指令，指揮和控制整個系統(tǒng)的運行。力是機器人的能源，它與人的內(nèi)臟作用相似。動力功能，并驅(qū)使執(zhí)行器運行。傳感器是機器人感知外界的器官，其功。的物理量，傳到計算機，信息處理后根據(jù)需要做出反應(yīng)。器人完成抓取物件和擴大行走范圍的環(huán)節(jié)，它和人的四肢作用類似。機器人競賽是近年來國際上迅速開展起來的機器人技術(shù)對抗活動，亞洲廣播電視聯(lián)盟亞太地區(qū)機器人大賽（簡稱ABU-ROBOCON，2021年第一屆ABU-ROBOCON在日本舉辦以來已經(jīng)成功舉辦了七屆，在“非典”橫行的2021年也沒有中斷。每年的ABU-ROBOCON決賽由亞

　　

【正文】 ]，節(jié)省空間。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 電機與帶輪之間 力矩在平面里構(gòu)成一個平衡力系，如 圖 52 所示。帶輪的選型計算將在下一節(jié)詳細介紹，在這里先假設(shè)帶輪的減速比為 1：1，帶輪的傳動效率為 80%。 圖 52 提升電機受力 已知轎子與旅客機器人共 11kg，考慮某些環(huán)節(jié)自動轎夫機器人和手動轎夫機器人會承擔不同重量， 取負載為 8kg。根據(jù)公式， 1 2 3T T T T? ? ? （ 51） 21 ta n ( 39。)2dTF ???? （ 52） 其中 T ——驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 1T ——螺紋力矩 2T 、 3T ——軸承摩擦力矩 F——軸向載荷 電機軸 驅(qū)動力矩 阻力矩 帶輪 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 ? ——螺紋升角 2d ——螺桿中徑 39。? ——當量摩擦角 根據(jù)前文計算 39。 ? ? ， ?? 考慮軸承摩擦力矩可以忽略，絲杠驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 T= 21 ta n ( 39。)2dTF ????= Nm? （ 53） 取 傳 動 效 率 80% ， 電 機 需 要 的 輸 出 轉(zhuǎn) 矩 為 / 80% m N m? ? ?。 對快速電機選型時，按照 LaP P P??即勻速運動時負載功率與加速度功率之和來確定額定容量。 Ⅰ 確定 LP 提升距離為 ，設(shè)計目標為 2s 到達， 則可算出速度為 /v m s? 按照前文假設(shè)，帶輪減速比取 1： 1，電機轉(zhuǎn)速與絲杠一致，故 電機轉(zhuǎn)數(shù)為 2400n rpmL??? （ 54） 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 角速度為 24 00 / 60 12 5. 67 /rad s? ? （ 55） 電機空載轉(zhuǎn)速一般應(yīng)為負載轉(zhuǎn)速的 ~ 倍，求出電機空載轉(zhuǎn)速 0 120 0 168 0n rpm? ? ? 30 . 1 7 7 1 2 5 . 6 7 2 8 . 5 8 1 09 7 3 9 7 3 0 . 8LL TP k W?? ??? ? ? ?? Ⅱ 確定 aP 絲杠重 ,D 取大徑 16mm。設(shè)加速時間為 T= ，那么 22 0 .0 0 8 6375a aGDT N mt?? ? ? ? （ 56） 同樣，按照圖 3－ 5 中的加速度功率計算公式，可知 31 .1 5 1 0937aa TP kW? ?? ? ? （ 57） Ⅲ 確定 P P P W? ? ? （ 58） 考慮到摩擦，振動等原因，選取安全系數(shù) S=，得 ? ，取提升電機功率 50PW? 。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 傳動系統(tǒng)的計算及選型 前文介紹了提升電機和絲杠布置在同側(cè)，這就需要附加一級傳遞裝置。常見的傳動方式有齒輪傳動，帶傳動，鏈傳動，帶傳動又分為 V帶傳動，圓帶傳動和同步帶傳動。 圖 53 齒輪 圖 54 鏈輪 圖 55 同步帶輪 考慮電機和絲杠布置在同側(cè)，中心距受電機和絲杠外徑限制，如用齒輪傳動齒輪半徑不可能做的很小。這樣必然會導致機構(gòu)重量上升，這課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 將不利于比賽。玉帶傳動相比，鏈傳動也顯得較重，所以我們選擇了帶傳動。由于 V帶傳動和圓帶傳動屬于摩擦傳動，可能會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象 [30]，不適合作微調(diào)。 綜合上訴因素，我們選擇了同步帶作為傳動。 根據(jù)前文計算，電機轉(zhuǎn)速需要達到 2400rpm，對于一般 24V 直流電機要求過高，不易選到合適的產(chǎn)品。 經(jīng)過市場調(diào)查，評估性價，我們選擇 了一款 50W 的電機，額定轉(zhuǎn)速為 1200rpm。 經(jīng)計算，我們需要的減速比 2400 21200i?? 現(xiàn)有圓弧齒 3M 帶型的同步帶輪，齒數(shù) 32。為控制提升機構(gòu)占用空間，我們使用它作大輪。故小輪齒數(shù)為 16。 考慮電池電壓下降后電機轉(zhuǎn)速會隨之降低，需留下余量。如果小輪取 12 齒，節(jié)圓周長為 12*3=36mm 節(jié)圓直徑為 36 ? ? mm 與絲杠軸徑相差太小 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 故小輪取 14 齒，其節(jié)圓周長為 14*3=42mm 節(jié)圓直徑為 42 ? ? mm 可行 查表得，當小輪轉(zhuǎn)速為 2400rpm，小輪齒數(shù) 1z 為 14 時， 3M (6mm寬 )同步帶的基本額定功率為 ，大于我們要求的 50w，故可行。 根據(jù)要求，我們需要的小輪轉(zhuǎn)速為 2400rpm，選取 3M 型圓弧齒同步帶，大輪 32 齒，小輪 14 齒。設(shè)計軸間距約為 45mm。查得帶長公式： 2120 0 1 2 0()2 ( )24ddL a d d a? ?? ? ? ? （ 59） 0a ——軸間距 1d ， 2d ——小帶輪，大帶輪節(jié)圓直徑 計算得 1 1 4 * 3 1 3 .3 6d m m??? 2 3 2 * 3 3 0 .5 6d m m??? 代入式（ 59）得 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 0 ? （ 510） 取帶長pL=162mm，得帶齒數(shù)為 54 齒。實際軸間距 mm （ 511） 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 第 6 章 傳感器的選用與安裝 為了讓機器人知道轎子的狀態(tài)，我們需要在抬轎機構(gòu)上安裝一些傳感器實現(xiàn)反饋控制。下面介紹一下抬轎機構(gòu)上各傳感器以及他們的安裝。 對射式光電開關(guān) 對射式光電開關(guān)也叫光電對管。 由于自動轎夫機器人和手動轎夫機器人要時刻知道絲杠所處的位置，據(jù)此來決定采取何種動作。為了實現(xiàn)檢測，我們選擇了光電對管作為位置傳感器。 由于光電對管使用簡單，準確性和穩(wěn)定性較高，所以在自動轎夫機器人和手動轎夫機器人上大量采用 了光電對管來檢測我所需要知道的信息 [31]。光電對管傳感器如圖 61 所示 圖 61 光電對管 光電對管原理是其內(nèi)部有一個紅外發(fā)射管和接收管，當凹槽內(nèi)有遮擋時接收管就無法接收到發(fā)射信號，無遮擋時輸出低電平，有遮擋時輸出高電平。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 利用光電對管對升降的位置進行定位的原理如圖所示，在承載機器人的豎直方向在需要定位的位置固定光電對管，在升降的平臺上連接一個遮擋片，在升降過程中，由于遮擋片的遮擋，當傳感器的輸出為高電平就表示到達了對應(yīng)傳感器的位置。我們可以用它對絲杠進行限位，要求絲杠在特定的高度停下也可以用它作反 饋。 圖 62 光電對管安裝示意圖 考慮光電對管質(zhì)量較輕，不受外力作用，且往往需要改變他的安裝位置來調(diào)節(jié)絲杠的停止高度，所以我們選擇了簡單易行的膠粘方式固定。這樣在需要時我們也可以方便的拆下并重新安裝。 旋轉(zhuǎn)電位器 為了保持轎子時刻保持水平狀態(tài)，并保證制動轎夫機器人可以跟隨手動轎夫機器人起轎、落轎，我們需要一種傳感器來檢測轎子和自動機器人之間的角度。為此我們選用 了旋轉(zhuǎn)電位器 [32]。 光電對管 擋片 光電對管安裝位置 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 63 電位器 旋轉(zhuǎn)電位器是一種轉(zhuǎn)動變阻器，根據(jù)分壓原理，當旋轉(zhuǎn)電位器旋轉(zhuǎn)時，我們可以通過檢測電壓的變 化得到轎子和自動轎夫機器人之間的角度，再通過提升機構(gòu)的升降來調(diào)節(jié)轎子直到水平。 對于電位器的安裝，我們選擇了與正常狀況相反的安裝方式：固定電位器輸入軸，旋轉(zhuǎn)電位器本體。我們設(shè)計了一根軸代替原先的單向腳輪的輪軸，將電位器的輸入軸插入轉(zhuǎn)軸中，用緊定螺栓固定。再把電位器本體用螺紋連接與轎子的鎖死機構(gòu)固定，這樣我們就可以得到想要的轎子與自動轎夫機器人的角度信息了 [33]。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 64 電位器安裝示意圖 圖 65 轉(zhuǎn)軸工程圖 旋轉(zhuǎn)編碼器 為了減小操作手的壓力，我們希望可以讓手動轎夫機器人在速度上大體 與自動轎夫機器人一致，實現(xiàn)同步。這就需要檢測手動轎夫機器人電位器 鎖死機構(gòu) 轉(zhuǎn)軸 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 與轎子之間的相對移動，這個檢測我們選擇用旋轉(zhuǎn)編碼器配上一個小輪子實現(xiàn)。 旋轉(zhuǎn)編碼器的工作原理是用光電方法把被測角位移轉(zhuǎn)換成為數(shù)字代碼形式表示的電信號的轉(zhuǎn)換部件。如下圖所示，光源 1 發(fā)出的光線，經(jīng)柱面鏡 2 變成一束平行光或聚光，照到碼盤 3 上。碼盤上的碼道上分布有規(guī)則的亮區(qū)和暗區(qū)，通過亮區(qū)的光線經(jīng)狹縫 4 形成很窄的光束照到光電元件 5 上，光電元件的排列與碼道一一對應(yīng)，光電元件的各種輸出信號的組合，反映出相應(yīng)編碼的數(shù)字量 [34]。 圖 66 旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理圖 圖 67 旋轉(zhuǎn)編碼器碼盤原理 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 我們在旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入軸上連接一個小輪子，是小輪子與轎子摩擦，這樣通過輪子周長折算，我們就可以知道轎子與手動轎夫機器人的相對位移。由于轎子和手動轎夫機器人之間的夾角也會變化，為了讓輪子可以較好地接觸轎子，我們設(shè)計了一個轉(zhuǎn)動副，使輪子靠重力懸掛。其安裝如圖 68。 圖 68 旋轉(zhuǎn)編碼器安裝示意圖 旋轉(zhuǎn)編碼器 輪子 轉(zhuǎn)動軸 支架