【正文】 普瑞德科．機(jī)器人控制器與程序設(shè)計(jì)[M]．北京：科學(xué)出版社，2004．44。多少個(gè)日日夜夜，老師們不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，老師的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。致謝畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了，我的感受是充實(shí)，十分的充實(shí)。本課題的設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步的改進(jìn)：在硬件方面，增加位置檢測(cè)傳感器形成閉環(huán)控制系統(tǒng)；在軟件方面，開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件有利于隨意改變小車的運(yùn)動(dòng)軌跡。AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是能在一位置自動(dòng)進(jìn)行貨物的裝載，自動(dòng)行走到另一位置，自動(dòng)完成貨物的卸載的全自動(dòng)運(yùn)輸裝置；AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般由機(jī)構(gòu)部分、傳感器組、控制部分以及信息處理部分構(gòu)成。BSUB：MOV A，R4 ；取減數(shù) CPL ；減數(shù)符號(hào)取反以進(jìn)行加法 MOV R4，ABADD：MOV A，R2 ；取被加數(shù) XRL A，R4 ；兩數(shù)異或 MOV C， ；兩數(shù)同號(hào)CY=0，兩數(shù)異號(hào)CY=1 MOV A，R2 CLR ；符號(hào)位清0 MOV R2，A MOV A，R4 CLR ；符號(hào)位清0 MOV R4，A JC JIAN ；兩數(shù)異號(hào)轉(zhuǎn)JIAN MOV A，R2 ADD A，R4 MOV R6，A RETJIAN：MOV A，R2 ；相減 CLR C SUBB A，R4 MOV R6，A JNB ，QWE MOV A，R6 CPL A ADD A，1 MOV R6，AQWE：RET益出子程序：R7中存放益出值。下面為圓弧插補(bǔ)程序，流程圖如圖315。圖314 控制系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)圖程序開(kāi)始：先設(shè)置函數(shù)和變量，并對(duì)各芯片進(jìn)行初始化；讀取預(yù)先設(shè)置軌跡的坐標(biāo)；對(duì)軌跡進(jìn)行插補(bǔ)；讀取上次的誤差，自動(dòng)導(dǎo)引小車啟動(dòng)；進(jìn)行軌跡的檢測(cè)；判斷第一段路徑走完沒(méi)有；NO則把檢測(cè)的實(shí)際軌跡和預(yù)先設(shè)置的軌跡相比較產(chǎn)生偏差，接著把偏差送給D/A轉(zhuǎn)換器，從而控制自動(dòng)導(dǎo)引小車沿預(yù)先設(shè)定的軌跡行走。為對(duì)AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車實(shí)施控制，需要對(duì)硬件進(jìn)行操作。AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車的引導(dǎo)原理是根據(jù)自動(dòng)導(dǎo)引小車行走的軌跡進(jìn)行編程，數(shù)字編碼器檢測(cè)出的電壓信號(hào)判斷其與預(yù)先編程的軌跡的位置偏差，控制器根據(jù)位置偏差調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)偏差進(jìn)行糾正，從而使自動(dòng)導(dǎo)引小車沿預(yù)先編程的軌跡行走。已知驅(qū)動(dòng)輪的半徑r = 70mm ,電機(jī)到車輪的減速齒輪的變比為62 : 1 ,電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周發(fā)出500個(gè)脈沖,從而可以得到脈沖當(dāng)量應(yīng)為2 * PI * 70/(500 * 62) ,。左、右輪的速度為 (319) (320) 控制軟件的設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器人的線速度和角速度的表達(dá)式(312) 和(316) ,可以計(jì)算狀態(tài)量x、y 和φ: （321） （322） (323) （324） (325)采用數(shù)值積分方法進(jìn)行近似檢測(cè): 將區(qū)間劃分成若干充分小的子區(qū)間， 則只要子區(qū)間相對(duì)于移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度選擇得充分小,或者控制周期比較短,則檢測(cè)精度可以達(dá)到使用的要求。小車在轉(zhuǎn)彎時(shí)以速度勻速轉(zhuǎn)彎；小車兩主動(dòng)輪之間的距離為B；小車兩主動(dòng)輪中心（假設(shè)小車質(zhì)量分布均勻）與轉(zhuǎn)彎圓心的距離即轉(zhuǎn)彎半徑為R；車輪半徑為r；兩輪的速度分別為；小車與行駛路面的摩擦系數(shù)為。已知車輪驅(qū)動(dòng)速度，求機(jī)構(gòu)本體移動(dòng)速度和旋轉(zhuǎn)角速度。C3637具有一個(gè)高速、帶寬為kHz、輸出低阻抗的誤差放大器，既可以作為一般的快速運(yùn)放，亦可作為反饋補(bǔ)償運(yùn)放。由允許電機(jī)最大電流決定。UC3637最具特色的是三角波振蕩器，三角波產(chǎn)生電路如圖312所示。在此采用PWM芯片UC3637和H功率橋放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，其UC3637原理如圖311所示，根據(jù)上述原則選擇切換頻率為30KHz。即應(yīng)使得 (34)其中為電內(nèi)阻。即 (33)其中J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為設(shè)定的位置誤差。即 (31)其中，為力矩常數(shù)，為PWM電源電壓，為電感，為電機(jī)靜摩擦力矩。采用PWM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，PWM具有較高的切換頻率，這有助于克服伺服電機(jī)的靜摩擦力矩，與其線性功率放大器相比，功耗低且效率高，因而在伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)運(yùn)用。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用PWM技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)。模擬電流輸出端，和有一個(gè)常數(shù)差：常數(shù)，此常數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)固定基準(zhǔn)電壓的滿量程電流。控制信號(hào)，低電平有效，和一起決定第二級(jí)數(shù)據(jù)鎖存是否有效。寫(xiě)信號(hào)1，作為第一級(jí)鎖存信號(hào)，必須和同時(shí)有效。為高電平時(shí)，選中數(shù)據(jù)輸入到8位輸入寄存器；當(dāng)為低電平時(shí)，選中數(shù)據(jù)輸入到4位輸入寄存器；片選信號(hào)，低電平有效，和輸入鎖存信號(hào)一起決定第一級(jí)數(shù)據(jù)鎖存是否有效。所謂直通方式，輸入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式，即信號(hào)均有效，數(shù)據(jù)被直接送入數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換。所謂雙緩沖方式，就是把DAC1208的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。所謂的單緩沖方式就是使DAC1208的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式。 圖38 DAC1208的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖39 DAC1208的引腳圖DAC1208內(nèi)部對(duì)輸入數(shù)據(jù)具有兩級(jí)緩存：8位輸入寄存器、4位輸入寄存器和12位DAC寄存器，這三個(gè)寄存器可以分別選通。1/2LSB時(shí)所需要的時(shí)間，當(dāng)輸出的模擬量為電流時(shí)，這個(gè)時(shí)間很短。線性度 指DAC的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想直線之間的最大偏移差。轉(zhuǎn)換精度 以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出。分辨率 指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。 圖37 8259A的級(jí)聯(lián) 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(digitalanalog converter),簡(jiǎn)稱為DAC。在8259A的主從式級(jí)聯(lián)方式中，中斷的優(yōu)先級(jí)設(shè)置類似于單片機(jī)的情況。主片的接高電平。本次設(shè)計(jì)采用兩片8259A進(jìn)行級(jí)聯(lián)：主片的引腳連接從片的中斷請(qǐng)求INT，如果某一個(gè)引腳下面沒(méi)有連接從片，則可以直接連接外部中斷請(qǐng)求；而主片、從片的中斷響應(yīng)信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)互相連在一起。它有兩個(gè)用處：當(dāng)作為輸入時(shí)，用來(lái)決定本片8259A是主片還是從片。在采用主從式級(jí)聯(lián)的多片8259A的系統(tǒng)中，主從片的對(duì)應(yīng)連接在一起。：接收設(shè)備的中斷請(qǐng)求。：片選信號(hào)，低電平有效。圖36 8259A引腳圖 ：讀信號(hào)，低電平有效，通知8259A將某個(gè)寄存器的內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上。INT：中斷請(qǐng)求，和CPU的INTR引腳相連，用來(lái)向CPU提出中斷請(qǐng)求。每一個(gè)8259A芯片都能直接管理8級(jí)中斷，最多可以用9片8259A芯片級(jí)連，由其構(gòu)成級(jí)連機(jī)構(gòu)可以管理64級(jí)中斷。8259A作為一種可編程中斷控制器，是一種集成芯片。 中斷的擴(kuò)展AT89C51單片機(jī)是使用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的8259A 中斷控制器來(lái)控制中斷的。在中斷服務(wù)程序中,這四個(gè)計(jì)數(shù)器分別對(duì)兩臺(tái)伺服電機(jī)的正/ 反脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù),所得到的計(jì)數(shù)值減掉上一次的計(jì)數(shù)值,就可以得到在這一時(shí)間周期內(nèi)的各路脈沖數(shù)。U6芯片中計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1用于左輪電機(jī)正反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，并處于工作方式3。8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖34所示；引腳如圖35所示。8253可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器可由軟件設(shè)定定時(shí)與計(jì)數(shù)功能，設(shè)定后與CPU并行工作，不占用CPU時(shí)間，功能強(qiáng)，使用靈活。本系統(tǒng)中使用了兩塊8253計(jì)數(shù)器,每塊芯片具有三個(gè)16 位計(jì)數(shù)器。編碼器的脈沖輸出為差動(dòng)形式,鑒向電路接收差動(dòng)形式的脈沖信號(hào),鑒向后輸入到8253計(jì)數(shù)器。其電路圖見(jiàn)圖33中的(a)所示。安裝在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的數(shù)字編碼器在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠產(chǎn)生相位相差90度的兩路脈沖信號(hào)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可以由鑒向電路對(duì)此兩路脈沖進(jìn)行鑒向后獲得，其原理如圖32所示。連接在電機(jī)上的數(shù)字編碼器在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)自行設(shè)計(jì)和制作的脈沖鑒向電路，可以得到電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向；來(lái)自鑒向電路的正反方向的脈沖信號(hào)進(jìn)入到兩塊8253計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和位移；經(jīng)過(guò)在AT89C51單片機(jī)上運(yùn)行的各種控制程序的適當(dāng)運(yùn)算以后，輸出的控制量經(jīng)過(guò)兩塊DAC1208轉(zhuǎn)換器變成模擬量，輸出到兩塊UC3637直流電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制器，通過(guò)H橋開(kāi)關(guān)放大器，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度或者力矩給定，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使整個(gè)AGV自動(dòng)導(dǎo)引小車能夠完成所設(shè)計(jì)的控制任務(wù)。4． 極限轉(zhuǎn)速校核 由 查圖155 查圖156 代入 滿足要求。1． 由上述給定條件試選軸承試選6206型軸承，查表1519 （脂潤(rùn)滑）2． 按額定動(dòng)載荷計(jì)算由式