【導讀】機器人尤其是并聯(lián)機器人的設計是機器人領域復雜而困難的課題。機構的運動空間的關系。并聯(lián)機器人由于結構的限制不容易實現(xiàn)靈活工作空間，針對這一。特性，文中提出了并聯(lián)機器人的靈活度和靈活空間等性能指標的概念?？臻g模型是實現(xiàn)機器人機構計算機輔助設計的有效途徑，因此本論文的研究對。的科學意義和明顯的應用價值。

　　

【正文】 動，脈沖的頻率需要提高一倍，對驅動開關管的開關特性要求較高。 步進電動機及減速齒輪的選擇 ： 步距角 a mkza /360 ?? 式中 m—— 步進電動機的相數(shù) z—— 步進電動機轉子齒數(shù) k—— 與通電方式有關的系數(shù)（當通電方式為單拍時 k=1； 當通電方式為雙拍時 k=2） 步進電動機包括永磁式電動機和功率式電動機，由于功率式電動機有點明顯，故本設計采用功率式電動機。根據(jù)機床加工精度選取軸的脈沖當量為 。 計算齒輪減速比 齒輪減速比公式 ： i=φ P/360δ 式中 φ —— 步距角 P—— 絲杠螺距 （ mm） 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 20 δ —— 脈沖當量 （ mm/脈沖） 有課程設計參考資料表 73 不步進電動機技術指標查得電動機各項參數(shù)： 序號 型號 步距角 最大凈轉矩 最高空載啟動頻率 相數(shù) （ N*cm） （ setp/s） 10 55BF003 外形尺寸 外徑 長度 軸徑 重量 （ mm） （ mm） （ mm） （ N） 55 72 6 由上表可取步距角 a=3； 又由絲杠的螺距是 P=2mm， 則由齒輪減速比公式： i=φ P/360δ 得 ： i=3 2/360 ≈ 又由上表可得相數(shù) m=3， k 取兩拍即 k=2， 則由 公式 mkza /360 ?? 得 ： z=360/mak =360/3 3 2 =20 故步進電動機的轉子齒數(shù) Z1=20 傳動比的公式 ： i=Z2/Z1 即： Z2=i Z1 = 20 =30 一級減速齒輪副的 選擇 由電機軸和絲杠的軸徑綜合考慮取兩減速齒輪的模數(shù) m=1，并采用直齒圓柱齒輪， 分度圓直徑 d1=mz1 =20 d2=mz2 =30 齒頂高 ha=ha*m =1 1 =1 齒根高 hf=（ ha*+c*） m =（ 1+） 1 = 由機械原理及設計基礎表 42得： 頂隙 ： c=c*m = 1 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 21 齒頂圓直徑： da1=d1+2ha =20+2 =22 da2=d2+2ha =30+2 =32 齒根圓直徑： df1=d12hf = = da2=d22hf = = 小結 對于步進電動機的選用原則，主要有下列幾點： （ 1）、 在選擇步進電動機時，首先要確定步進電動機的類型。數(shù)控機床上大多采用功率式步進電動機，反應式步進電動機（如 110BF、 130BF、 150BF）其價格低于永磁式反應電動機，但性能上不如永磁式電動機。 （ 2）、 根據(jù)機床的加工精度要求，選擇進給軸的脈沖當量，如 。 （ 3） 、根據(jù)所選步進電動機的步距角、絲杠的螺距以及所要求的脈沖當量來計算減速齒輪的降速比。采用減速齒輪可比較容易的配置出所要求的脈沖當量、減小工作臺以及絲杠折算到電動機軸上的慣量，同時增大工作臺的推力。但采用減速齒輪會帶來額外的傳動誤差，使機床的快速移動速度降低，并且其自身又引入附加的轉動慣量。 第 4 章 機器人控制系統(tǒng)的設計 單片機概述 隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展 , 單片機已經(jīng)發(fā)展成為一個品種多樣、功能豐富的開發(fā)工具。它主要應用于工業(yè)控制領域和各種儀器設備 。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 22 單片 機的發(fā)展情況 當國內(nèi)從 80 年代起開始了單片機的熱潮 ,二十多年過去了 , 單片機從研究所走出來 , 成為日常生活中的一個不可缺少的部件。硬件方面日趨多樣化 ,4 位、 8 位、 16 位、 32 位等型號共同并存 , 在不同的領域存在 , 如家電、玩具、工業(yè)設備、儀器、通訊等。軟件方面發(fā)展主要為匯編語言、 C 語言、嵌入式操作系統(tǒng)。速度、穩(wěn)定性特別要求的場合較多采用匯編語言和 C語言。單片機作為微型計算機的一個重要分支 ,應用面很廣 , 發(fā)展很快。自單片機誕生至今 ,已發(fā)展為上百種系列的近千個機種。目前 , 單片機正朝著高性能和多品種方 向發(fā)展趨勢將是進一步向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。 單片機的結構 單片機的基本組成 ,是由中央處理器 (CPU) 、只讀存貯器 (ROM) 、讀寫存貯器 (RAM) 、輸入 /輸出口 (I/O) 等等組成。此外 , 里面還有一個時鐘電路 , 使單片機在進行運算和控制時 , 都能有節(jié)奏地進行。另外 , 還有“中斷系統(tǒng)” , 當單片機控制對象的參數(shù)到達某項需要加以干預的狀態(tài)時 , 就可傳達給 CPU 使 CPU 采取適當?shù)膽洞胧?。按結構形式分 , 單片機有兩種基本的 結構形式 : 普林斯頓結構和哈佛結構。普林斯頓結構 , 也稱馮諾伊曼結構 , 是一種將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起的存儲器結構。程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置 , 因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同 , 如英特爾公司 (Intel) 的 8086 和 MCS51 就采用了此結構。而哈佛結構是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結構。中央處理器 (CPU) 首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內(nèi)容 , 解碼后得到數(shù)據(jù)地址 , 然后到相應的數(shù)據(jù)存儲器中讀取數(shù)據(jù) , 進行下一步操作 ( 通常是執(zhí)行 ) 。程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開 , 可以使指令和數(shù)據(jù)有不同的數(shù)據(jù)寬度 ,目前較多的單片機采用改進的哈佛結構 ,如 Microchip 公司的 PIC16 芯片的程序指令是 1位寬度 , 而數(shù)據(jù)是 8位寬度 。 單片機的應用 單片機的品種繁多 , 按應用范圍分為通用型和專用型。專用型是針對某種特定產(chǎn)品而設計的 , 例如用于洗衣機的單片機。通用型單片機有總線型和非總線型或者 8 位和 16 位之分 ,總線型設有并行地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線的引腳 , 便于擴展外圍器件。非總線型沒有有總線引腳 , 芯片體積小 , 要擴展可通過 I/O 口 , 因此非線型更適合中小系統(tǒng)。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 23 芯片的選取原則和片腳結構 單片機具有集成度高，功能強，通用性好的優(yōu)點，特別是具有體積小，重量輕，能耗低，價格便宜，而且可靠性高，抗干擾能力強和使用方便等獨特優(yōu)點。它很容易使機電一體化產(chǎn)品智能化，小型化，過程控制自動化，再不顯著增加產(chǎn)品的體積，能耗及成本的情況下，大大增加其功能，提高其性能 。 系列單片機 8031 MCS51 系列單片機采用雙列直插封裝（ DIP）方式。共 40 只引腳。 如圖 41 所示。因為受芯片引腳數(shù)量的限 制，有很多引腳具有雙功能。 (1)、 主電源引腳 VCC： 芯片工作電源端，接 ＋ 5V。 Vss： 電源接地端 。 (2)、時鐘振蕩電路引腳 XTAL1： 內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器輸入端。 XTAL2： 內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器輸出端。 (3)、控制信號引腳 RST —— RST為復位信號輸入端。外部接復位電路。 ALE—— ALE為地址鎖存允許信號。 在不訪問外部存儲器時 ， ALE以時鐘振蕩頻率的 1／ 6的固定頻率輸出，用示波器觀察 ALE引腳上的脈沖信號是判斷單片機芯片是否正常工作的一種簡便方法。 PSEN — 外部程序存儲器 ROM的讀選通信號。到外部 ROM取指令時， PSEN 自動向外發(fā)送負脈沖信號。 EA —— 為訪問程序存儲器的控制信號。 由 RD和 WR信號作為擴展數(shù)據(jù)存儲和 I/O的讀選通，寫選通信號。 (4)、 并行 I／Ｏ 端口引腳 P0口（ ～ ）； P1口（ ～ ）； P2口（ ～ ）； P3北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 24 口（ ～ ）。 8031內(nèi)部無程序存儲器，需要外接 EPROM作為外部程序存儲器，本設計采用兩片 2764擴展 16K的程序存儲器。（見本部分 5） 8031還必須有復位和時鐘電路 。 8031 受芯片引腳數(shù)量的限制 ， P0 口兼用數(shù)據(jù)線和低八位地址線。為了將它們分離出來，需要在單片機外部增加地址鎖存器，從而構成與一般 CPU 相類似的片外三總線，地址鎖存器一般采用 74LS373，所以本設計也采用此芯片。 如圖 42 所示。 74LS373 是一種帶有三態(tài)門的 8D 鎖存器，對其引腳說明如下 ： D7～ D0：八位數(shù)據(jù)輸入線。 Q7～ Q0：八位數(shù)據(jù)輸出線。 G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號，高電平有效。當該信號為高 電平時，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。當該信號為低電平時，三態(tài)門打開，鎖存器中的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當該信號為高電平時，輸出線為高阻態(tài)。 八 譯碼器 常用的存儲器地址的分配方法有兩種，線選法和譯碼法。根據(jù) 8031 引腳數(shù)目和兩種方法的優(yōu)缺點，本設計采用譯碼法。此方法是最常用的存儲器地址分配的方法，能有效的利用存儲器空間，適合于大容量多芯片的存儲擴展。 本設計中譯碼器芯片采用 74LS138，有三個數(shù)據(jù)輸入端，經(jīng)譯碼產(chǎn)生八種狀態(tài)。 如圖43 所示。引腳功能如下： 1E 、 2E 、 E3：使能端， 1E 、 2E 低電平有效， E3 高電平有效 A、 B、 C：譯碼器的輸入端 0Y ～ 7Y ：譯碼器的輸出端，可用作片選信號 2764 是 EPROM 的典型芯片之一，也是 27 系列產(chǎn)品之一，型號名稱“ 27”后面的數(shù)字表示其位存儲容量。 EPROM 是用電信號編程，用紫外線擦除的只讀存儲器芯片。在芯片外殼上的中間位置有一個圓形窗口，通過這個窗口照射紫外線，就可擦除原有的信息。采用雙列直插封裝方北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 25 式，共 28只引腳，功能如下： A0～ A12： 地址線引腳，用來進行單元的選擇； D0～ D7： 數(shù)據(jù)線引腳； CE： 片選輸入線，低電平有效； OE： 輸出允許控制端，低電平有效； PGM： 編程時，加編程脈沖的輸入端，低電平有效； Vpp： 編程時，編程電壓（ +12V 或 25V）的輸入端； Vcc： +5V，芯片的工作電壓； GND： 數(shù) 字地； NC： 無用端。 2764 一般有五種工作方式，為讀出，編程，編程校驗，未選中和編程禁止，由 CE、OE、 PGM 的狀態(tài)組合來確定。 數(shù)據(jù)存儲器 8031 內(nèi)部有 128 字節(jié)的 RAM 作為數(shù)據(jù)存儲器，不能滿足控制系統(tǒng)的要求，本設計采用 6264 擴展 8KB 的數(shù)據(jù)存儲器。 6264 時單片機系統(tǒng)中常用的靜態(tài) RAM 芯片之一，它采用CMOS 工藝，用單一 +5V 電源供電 ,典型存儲時間為 200ns，采用雙列直插封裝方式，共 28只引腳，功能如下： A0～ A12： 地址輸入線 ； D0～ D7： 雙線三態(tài)數(shù)據(jù)線； CE： 片選信號輸入線 ，低電平有效，并且 CS 當為高電