【正文】 電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。 無刷直流電機為了減少轉(zhuǎn)動慣量，通常采用 “ 細長 ” 的結(jié)構(gòu)。這種新型無刷電機稱為電子換向式直流電機，它克服了第一代無刷電機的缺陷。 無刷電機是指無電刷和換向器 (或集電環(huán) )的電機，又稱無換向器電機。 RE0～ RE2（ 8～ 10引腳）： RE 是一 個輸入 /輸出可編程的雙向 3 線端口。 RA0～ RA5（ 27 引腳）： RA 是一個輸入 /輸出可編程的雙向 5線端口。 （ 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、數(shù)字信號處理器或微處理器的并行數(shù)據(jù)連接，進行高速的數(shù)據(jù)傳輸和交換。 （ 11）捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制 CCP1 和 CCP2 模塊： PIC16F877 片內(nèi)包含兩個幾乎完全相同的 CCP 模塊，與 TMR1 和 TMR2 配合可以實現(xiàn)輸入捕捉、輸出比較和賣出調(diào)制輸出功能。 （ 7）定時器 TMR1 模塊：是一個 16 位寬的可編程的定時器，也可作為計數(shù)器使用，并且可以與捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制 CCP 模塊配合實現(xiàn)捕捉和比較功能。 （ 3）端口 RC模塊：是一個具有 8 條引腳的輸入 /輸出可編程的端口。程序、數(shù)據(jù)以及外部的所有信息都是通過單片機的 I/O 端口讀入單片機的。 中央處理器是單片機的核心，它包括運算器、控制器和寄存器 3個主要部分。 當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取 α ＝ 。 總彎矩 M= 22 vH MM ? =153400 N 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 25 圖 34 從動軸受力圖 圖 35從動軸的力及彎矩圖 在 V 面上： xF? =0， xrF1 + xrF2 = 3rF + rF ； （ 34） AM? =0， xrF1 102+ xrF2 2254 156=0 （ 35） 由（ 34）（ 35）得 xrF1 =， xrF2 =， Mv = （ 2）從動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1)確定軸的各段直徑： ①初估軸的最小直徑 mind : mmnPAd 2 7 1 5 33 ????? (33) 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 24 查表取 A=115 考慮軸上開鍵槽，對軸強度有削弱計算值放大 4%～ 5%，得 mmd ? ，取 mmd 101 ? ② 2d 軸段 21 dd? 有定位軸肩 mmhdd )14~()2~(210212 ?????? dh )~(? 取 mmd 132 ? ③ 3d 其上安裝有滾動軸承，考慮實際工作情況，軸承需承受一定沖擊載荷，選取深溝球軸承， 選 擇軸承代號 180302：軸承內(nèi)徑 15mm，外徑 42mm。 （ 1）估算軸頸 ①選擇軸的材料：選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理， σb=610MPa， σs=360MPa。 ②初步估算軸外伸端直徑 按扭轉(zhuǎn)強度計算： d 30 npA? 式中： d— 計算截面處軸的直徑， mm； n— 軸的轉(zhuǎn)速， r/min； p— 軸傳遞的額定功率， kw；A0— 按 [τ] 定的系數(shù)。 主軸的材料選用 45鋼，正火處理，查表 195[12]硬度 170～ 217 HBS,抗拉強度ap MP588?? (1)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 1)確定軸的各段直徑： ①初估軸的最小直徑 mind : mmnPAd 5 0 00 2 8 1 5 33 ????? (31) 查表取 A=115 考慮軸上開鍵槽，對軸強度有削弱計算值放大 4%～ 5%，得 mmd ? ，取 mmd ? ② 2d 軸段 21 dd? 有定位軸肩 mmhdd )~()2~( ?????? dh )~(? 取 mmd 72 ? ③ 3d 其上安裝有滾動軸承，考慮實際工作情況，軸承需承受一定沖擊載荷， 選取深溝球軸承， 表 32軸承選擇列表 選擇軸承代號 2021088：軸承內(nèi)徑 8mm，外徑 16mm。 軸的設(shè)計，從節(jié)省材料、減少質(zhì)量的角度來說，各橫截面強度相等是最好，最理想青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 20 的；從加工工藝的角度來說，軸的形狀卻是越簡單越好，簡單的軸制造時省工，熱處理不易變形，并有可能減少應(yīng)力集中。軸的結(jié)構(gòu)形式的影響因素很多，必須針對不同情況進行具體的分析。 7) 由圖 935 查表的接觸疲勞壽命系數(shù) K , 21 ?? HNHN K 8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù) ?HS ? ? 2111 /582 mmNZS NHH L im bH ?? ?? ? ? 222lim2 / 4 4 mmNZS NH bhH ?? ?? 。/274。大帶輪基準(zhǔn)直徑 dd2=55mm，采用孔板式結(jié)構(gòu)，基準(zhǔn)圖見零件工作圖。 mm TIII= 106PIII/nIII= 106 =綜合考慮電動機和傳動裝置尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，可見第 2 方案比較適合，則選 n=1500r/min 。 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 11 3 機器人 機械部分 的設(shè)計 與 計算 電動機的選擇與計算 已知驅(qū)動輪直徑 D=120mm, V=按工作要求和條件，選用直流無刷電機，電壓 12V. 電動機功率的選擇： 機器人的設(shè)計負重為 35 公斤，動摩擦因數(shù)為 ， F=35*10*, T=Fr=*=，考慮到機器人會攜帶上位機等設(shè)備，所以取 T=3N/m， WP = WKWTn w *39550 ?? 電動機類型的選擇： Y 系列三相異步電動機 電動機功率選擇： （ 1）傳動裝置的總功率： η 總 =η 帶 η 2 軸承 η 齒輪 η 聯(lián)軸器 η 滾筒 = = (2)電機所需的工作功率： P 工作 =FV/1000η 總 = = 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 12 =58W 確定電 動機轉(zhuǎn)速： 計算滾筒工作轉(zhuǎn)速： n 筒 =60 1000V/π D =60 1000 120 =150r/min 按手冊推薦的傳動比合理范圍，取圓柱齒輪傳動一級減速器傳動比范圍 I’a=3~6。系統(tǒng)工作時，圖像預(yù)處理模塊首先對原始的輸入圖像進行縮小、邊緣檢測、等預(yù)處理。當(dāng)移動機器人需要做出某種動作時，車載機只須將期望動作翻譯為一個電機指令序列，發(fā)布給運動控制器，運動控制器就可以按部就班地控制機器人予以完成。 :兩個電機同時在現(xiàn)有速度基礎(chǔ)上減小一個數(shù)量級，實現(xiàn)減速。它的體積小、質(zhì)量輕、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件 ，同時單片機的成本比 PLC 略微低廉，綜合考慮 本次設(shè)計 選擇單片 機控制。 PLC 的特點： 可靠性高，抗干擾能力強 ； 硬件配套齊全，功能完善，適用性 強 ； 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 ； 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小，維護方便，容易改造 ； 體積小，重量輕，能耗低 。 PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同， 由 CPU、儲存器、電源構(gòu)成。視覺傳感器通常因其精確性、易用性、豐富功能及合理成本而成為最佳選擇。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。但是紅外傳感器在測距和探障過程中易受可見光的影響，特別在一些光線較強以及環(huán)境溫度基本一樣的條件下，其性能下降迅速，此外，使用紅外傳感器還需預(yù)先設(shè)定好軌跡，不宜于移 動機器人的自主移動。 按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。因此我們 選擇 了此方案。但干電池電量有限，使用大量的干電池給系統(tǒng)調(diào)試帶來很大的不便，因此，我們放棄了這種方案。優(yōu)點是可以在原地轉(zhuǎn)動；在不平的路面上性能穩(wěn)定，牽引力大。 最終方案：本次設(shè)計使用直流無刷電機 運動方式的選擇 方案 1： 輪式 機構(gòu) 方案 2：履帶式結(jié)構(gòu) 優(yōu)缺點的比較： 方案 1 輪式 結(jié)構(gòu) 是一個馬達作為動力，通過變速箱驅(qū)動后輪；另一個馬達轉(zhuǎn)動導(dǎo)向輪來決定行駛方向。但步進電機并不能象普通的直流電機， 交流電機 在常規(guī)下使用。 方案 3 步進電機 是將電 脈沖 信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。同步電動機主要用來發(fā)電。 方案 2 交流電機分為同步電機與異步電機。 步進電機適用于中、小型機床和速度精度要求不高的地方。 交流 電機 、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、動態(tài)響應(yīng)好； 、調(diào)速范圍廣、響應(yīng)頻率高。 不能得到電機的較低轉(zhuǎn)速。 產(chǎn)生方波電壓和電流的變頻器比產(chǎn)生正弦波電壓和電流的變頻器簡單，選用無刷直流電機更好。 10．仿人和仿生技術(shù)：這是機器人技術(shù)發(fā)展的最高境界，目前僅在某些方面進行一些基礎(chǔ)研究 。 8．微型和微小機器人技術(shù)（ micro/miniature robotics） :這是機器人研究的一個新的領(lǐng)域和重點發(fā)展方向。 5．機器人遙控及監(jiān)控技術(shù)，機器人半自主和自主技術(shù)，多機器人和操作者之間的協(xié)調(diào)控制，通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機器人遙控系統(tǒng)，在有時延的情況下，建立預(yù)先顯示進行遙控等。 3．多傳感系統(tǒng)：為進一步提高機器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器的使用是其問題解決的關(guān)鍵。主要研究內(nèi)容集中在以下 10 個方面： 青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 4 1．工業(yè)機器人操作機結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)：探索新的高強度輕 質(zhì)材料，進一步提高負載 /自重比，同時機構(gòu)向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。 Roomba 是目前世界上銷量最大、最商業(yè)化的家用機器人。同年 ,他還預(yù)言 :我要讓機器人擦地板 ,做飯 ,出去幫我洗車 ,檢查安全 。 1973 年世界上第一次機器人和小型計算機攜手合作 ,就誕生了美國CincinnatiMilacron 公司的機器人 T3。 Shakey 可以算是世界第一臺智能機器人 ,拉開了第三代機 器人研發(fā)的序幕。 20 世紀(jì) 60 年代中期開始 ,美國麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、英國愛丁堡大學(xué)等陸續(xù)成立了機器人實驗室。人們試著在機器人上安裝各種各樣的傳感器 ,包括 1961 年恩斯特采用的觸覺傳感器 ,托莫維奇和博尼 1962 年在世青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 3 界上最早的 靈巧手 上用到了壓力傳感器 ,而麥卡錫 1963 年則開始在機器人中加入視覺傳感系統(tǒng) ,并在 1965 年 ,幫助 MIT 推出了世界上第一個帶有視覺傳感器 ,能識別并定位積木的機器人系統(tǒng)。隨后 ,成立了世界上第一家機器人制造工廠 Unimation 公司。明斯基提出了他對智能機器的看法 :智能機器 能夠創(chuàng)建周圍環(huán)境的抽象模型 ,如果遇到問題 ,能夠從抽象模型中尋找解決方法 。 1954 年美國人喬治 1942 年美國科幻巨匠阿西莫夫提出 機器人三定律 。恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中 ,根據(jù) Robota(捷克文 ,原意為 勞役、苦工 )和 Robotnik(波蘭文 ,原意為 工人 ),創(chuàng)造出 機器人 這個詞。它能按照人給的 “宏指令 ”自選或自編程序去適應(yīng)環(huán)境，并自動完成更為復(fù)雜的工作。 機器人的研究意義 由于工業(yè)機器人具有一定的通用性和適應(yīng)性，能適應(yīng)多品種中、小批量的生產(chǎn)， 70年代起，常與數(shù)字控制機床結(jié)合在一起，成為柔性制造單元或柔性制造系統(tǒng)的組成部分。比如說日本，戰(zhàn)后以后開始進行汽車的工業(yè)，那么這時候由于它人力的缺乏，它迫切需要一種機器人來進行大批量的制造，提高生產(chǎn)效率降低人的勞動 強度，這是從社會發(fā)展需求本身的一個需求。此后被歐洲各國語言所吸收而成為專門名詞。 ：控制部分采用 AT89C51 型號單片機進行接受命令和產(chǎn)生驅(qū)動信號，電機的驅(qū)動部分采用 L293D 控制芯片，芯片利用接受到的單片機發(fā)出的信號來控制電機的轉(zhuǎn)速。 論文內(nèi)容包括四個部分：簡要介紹了移動機器人研究 背景、意義、 現(xiàn)狀 及發(fā)展前景，視覺導(dǎo)航 履帶 式移動機器人 小車 的設(shè)計原理及方案，機械 部分的 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 ，控制系統(tǒng)設(shè)計 和 視覺系統(tǒng)設(shè)計 。論文詳細地介紹了移動機器人 機械部分的結(jié)構(gòu) 設(shè)計 。 3. 傳感器部分：