【正文】 每個點陣塊為一個字符位，字符間距和行距為一個點的寬度。 8 或 5179。 綜合這兩步的結(jié)果，可確定按鍵所在的行和列，從而識別所按的鍵。 一：鍵盤的工作原理 鍵盤是一種行列矩陣結(jié)構(gòu)，如下圖： 圖 46 鍵盤工作原理圖 鍵盤采用線反轉(zhuǎn)法具體步驟： 將行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并是輸出線輸出畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 全為零，則行線中電平由高到低所在的行為按鍵所在行。 以單片機為核心的機器人控制系統(tǒng)的研制 機器人控制核心的研制 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 89C51 作為控制核心需進行擴展，本機器人自由度有 5 個，需四個步進電機和兩個直流電機，而控制脈沖有 89C51 輸出，這樣 89C51 原由的 I/O 口不夠用，需進行擴展，我們采用擴展 8255A 芯片。當(dāng)差值的絕對值小于直流電機位置容許誤差時，停止轉(zhuǎn)動。 我們用軟件實現(xiàn)電機閉環(huán)伺服控制，由單片機輸出脈沖信號，啟動PWM 功率放大電路，驅(qū)動直流電機轉(zhuǎn)動?？紤]到結(jié)構(gòu)特點，減少 手部、腕部的質(zhì)量，直流電機與其直接相連，直流電機采用直接驅(qū)動方式。 前面介紹了直流電機的驅(qū)動電路和辨向電路，這里加上控制核心單片機，就形成了直流電機的閉環(huán)控制系統(tǒng)。它由外加電阻Rext 和外加電容 Cext 決定，可以大致按以下公式計算： Tw=Rext*Cext*Ln2 其中 ： 電容 C 單位為法拉 Tw 單位為秒 將第一路方波信號同時送入 74LS221 的上升沿觸發(fā)端 A 和下降沿觸發(fā)端B 可以得到兩路窄脈沖（其中脈沖寬度由外接電阻，電容調(diào)節(jié)） e 上 ， e 下，將 e 上、 e 下分別與第二路方波信號 Uf 進行與非運算，輸出分別送入兩個計數(shù)器，進行計數(shù)，這樣當(dāng)碼盤正向運動時，計數(shù)器 1 有脈沖，而計數(shù)器 2 沒有脈沖輸入；當(dāng)反向運動時，計數(shù)器 1 無脈沖輸入而計數(shù)器 2 有脈沖輸入，由此達到辨向的目的。當(dāng)沒有外加信號時，輸出 Q 為低電平；在出發(fā)脈沖的作用下，輸出 Q 為高電平，并停留一段時間自動返回低電平。據(jù)此可以判別碼盤的轉(zhuǎn)動的方向。這種辨別碼盤轉(zhuǎn)動方向的電路稱為辨向電路，原理如圖： 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 圖表 1 辨向電路原 理圖 從碼盤輸出的兩路信號 Ue,Uf 在相位上互差 90 度。 光電碼盤的選擇和辯向電路的研制， ：光電碼盤的選擇 教學(xué)機器人演示系統(tǒng)中，對位置精度要求不高，直流電機反饋選用從長春光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的分辨率 2020 的光電碼盤器作為位置反饋元件，其輸出為 TTL 電平 ， 5V方波脈沖信號，所需電源電壓 +5V輸出波形為： 第二路信號第一路信號 辨向電路的研制 光電碼盤直接安裝在直流電機的主軸上，在直流電機轉(zhuǎn)動的過程中，即有正轉(zhuǎn)也有反轉(zhuǎn)，這樣光電碼盤輸出的脈沖信號即有正轉(zhuǎn)的也有反轉(zhuǎn)的 。 當(dāng)輸入信號 A， B 為 00 或 11 時， A? =1， B? =1，即高電平，此時兩路全截止，兩達林頓管基極軍無電流通過而截止，此時電機繞組無電流通過，即停止。A B 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 當(dāng)輸入信號 A， B 為 0， 1 時， A? =1， B? =0，此時 B? 路 光偶導(dǎo)通R3 電阻有電流通過， a 點電位升高，達林頓管 N1 飽和導(dǎo)通， P1 截止， +45V電壓幾乎全加在直流電機上，使直流電機正轉(zhuǎn)。下面介紹工作原理： 光電偶合管前部分的 數(shù)字電路邏輯功能為 A? = AB ， BAB?? ， 真值表如圖： 表格 1 直流電機控制信號邏輯電路真值表 1111111110000010B39。 恒流源上的限流電阻計算為： R=U? ?*N /I 其中 N 恒流源上二極管個數(shù) I 設(shè)計的工作電流 為二極管壓降 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 這里用的二極管為 IN4007，根據(jù)電機所需的工作電流，可適當(dāng)選取二極管個數(shù) N 及限流電阻 Re. 本電路選取 N=3， Re=～ 1? ，這樣單向電壓可達， 步進電機開環(huán)控制的研制 機器人三個自由度及手爪開合驅(qū)動采用了步進電機開環(huán)控制，其核心采用8051 單片機，步進電機驅(qū)動所需的環(huán)形脈沖直接由 8051 輸出口輸出，省掉環(huán)形分配器，控制框圖如下 行脈沖發(fā)出環(huán) 機器人相應(yīng)自 由 度步進電機步進電機驅(qū)動 電 路單片機 圖 43 步進電機開環(huán)控制框圖 雙極型 PWM直流力矩電機的驅(qū)動電路的研制 雙極型 PWM 功放電路如下圖 N1， P1 為達林頓管， N1 為 NPN 型 TIP31C，最大電流 3A，最大耗散功率為 40W，耐反電壓 100V， P1 與 N1 管參數(shù)相同，但為 PNP 型 TIP32B， 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA1D a t e : 1 7 J u n 2 0 05 S he e t o f F i l e : F : \黃亞東 \圖 \電路圖 .D D B D r a w n B y:127 41 4 A127 41 4 A2317 40 1 A2317 40 1 AR1R2T L P 5 2 1T L P 5 2 1+ 5VT I P 3 1CP N PT I P 3 2BN P NM O T O RR3R6R4T1T2+ 30 V0 3 0 VR5直流電源 圖 44 雙極型 PWM 功率放大器原理圖 D1， D2 為泄放二極管，用以保護 N1， P1 不被擊穿。 恒流源型功率放大電路原理圖 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA1D a t e : 1 7 J u n 2 0 05 S he e t o f F i l e : F : \黃亞東 \圖 \電路圖 .D D B D r a w n B y:D 1 2I N 5 4 04M O T O RB U 4 08N7R 1 410B U 4 08N8R 1 81 00R 1 53 00N9B U 3 26D 1 0I N 4 0 07D9I N 4 0 07D 1 1I N 4 0 07R 1 71R 1 61 00R 1 351U2 圖 42 恒流源型功率放大電路原理圖 ：電路元件和參數(shù)的確定 與續(xù)流二極管串聯(lián)的電阻 RD的對電流的波形的下降沿影響很大，小則電機繞組的電流泄放時間長，電流波形下降沿邊差，增大 RD 能改善下降沿，但開關(guān)管承 受的反電壓回增大，容易將開關(guān)管擊穿，因此 RD 也不應(yīng)過大，一般取 50～ 100? ，我們?nèi)?51? ，功率 10W，泄放二極管為 IN5404，前置放大管采用 BU408，耐反電壓 PCEO＞ 400V，最大電流 TCM =5A，耗散功率PCM=60W，相配電阻 Re1為 300? ， R2 為 10? 。這種 電路不太復(fù)雜，安裝、調(diào)試簡單，改變電阻 Re，增減串聯(lián)二極管個數(shù)，可以很方便的改變工作電流，以適用不同步進電機。教學(xué)機器人控制精度要求不高，工作頻率在幾百赫茲左右，工作電流在 15A，不聯(lián)系工作。 5 度 （ 4）相電流 2。 5 度 （ 4）相電流： 3 安 （ 5）電壓： 27V （ 6）最大靜轉(zhuǎn)距： 腕部旋轉(zhuǎn)此部分需電機長工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，選用直流力矩電機60LY003 參數(shù) （ 1）連續(xù)堵轉(zhuǎn)電壓：： 30V （ 2）連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流 1。 4）螺母結(jié)構(gòu)，選用電機 75BFOO3其性能參數(shù) （ 1）相數(shù)： 3 （ 2）分配方式 3 向 6 拍 （ 3）步距角 1。如圖：畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 手爪回轉(zhuǎn)手爪開合腕部升降臂部伸縮臂部回轉(zhuǎn)腕部回轉(zhuǎn)碼盤反饋直流電機步進電機步進電機步進電機步進電機直流電機直流電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)動器步進電機驅(qū)動器直流電機驅(qū)動器顯示單片機控制核心鍵盤 圖 41 機器人控制框圖 其中各部分驅(qū)動電機的性能參 數(shù) 臂部旋轉(zhuǎn)：機械傳動機構(gòu)為蝸輪蝸桿，傳動比為 1： 62，選用電機90BF003 性能參數(shù) （ 1） 相數(shù)： 3 （ 2） 分配方式 3 向 6 拍步距角 1。 鍵盤及顯示方式的確定 為完成教學(xué)演示實驗，使學(xué)生能夠輸入機器人的運動位置參數(shù)，控制機器人實現(xiàn)期望的功能，能顯示機器人的運動及位置狀態(tài)，所以控制系統(tǒng)需要鍵盤和顯示器，為降低成本和設(shè)計簡單，采用普通按鍵做鍵盤，采用 LCD作為顯示器。增量式光電編碼盤，可以實現(xiàn)直接輸出數(shù)字脈沖信號，在軟件伺服系統(tǒng)中，適合做反饋元件。而步進電機在控制精度不太高的情況下，完全可以采用開環(huán)控制，本系統(tǒng)電機控制的速度、位置等要求精度不高，為降低成本，采用開環(huán)控制方式。我們采用單片機分時控制方式，用一個單片機控制機器人的個自由度的運動，雖然控制精度要求不高，運動畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 速度較慢，但可以實現(xiàn)機器人基本運動的要求，能滿足為學(xué)生開設(shè)實驗的要求。為滿足教學(xué)實驗，我們選用步進電機和直流電機兩種步進電機在臂部旋轉(zhuǎn)、臂部伸縮、腕部 升降、手爪開合 ，而腕部旋轉(zhuǎn)采 用直流電機，利用光電碼盤做反饋元件，實現(xiàn)閉環(huán)控制、手部回轉(zhuǎn)采用直流電機。 驅(qū)動方式的確定 機器人驅(qū)動方式主要有液壓、氣動和電動三種，前兩種所需輔助器件多，不易實現(xiàn)。本機器人演示系統(tǒng)是為 服務(wù)的，機器人主要用于完成工件的搬運、裝配等教學(xué)演示任務(wù)，對手爪的運動軌跡沒有嚴(yán)格的要求，因此采用點位控制方式。 )= Nm 所以驅(qū)動力矩 M 慣 =η 慣）摩（ MM ??= ）（ ?? = 據(jù)此 ,我們選用步進電機為 90BF003 型 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 第 4章 控制系統(tǒng)設(shè)計 教學(xué)機器人控制方案的確定，主要以教學(xué)為目的，以控制簡單，成本底為原則，根據(jù)機器人的機械結(jié)構(gòu)制定適當(dāng)?shù)目刂品桨浮?() =+=(Nm) (2)計算摩擦力矩 M 摩 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 總 圖 36 摩擦力矩的計算 如上圖所示可先求出臂部結(jié)構(gòu)的重心位置 ,在求各部分軸承的支反力 ,由圖可以知 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 L=???????????512505604120318022401iMiMMMMM =110341 2505604120318022401 ???? ????????? MMMMM 以 O2 為支點求支反力 N1 N1= l lMg? ? = 110 ?? =42(N) 可知 N2=N1=42NN,而軸承所受正壓力約為 200N 所以摩擦力矩 M 摩 =2f (N1 D1+N2D2)= (42179。 (ω /△ t)=(J1+J2+J3+J4+J5+J6)179。 179。 =+= Kgm2 畢業(yè)設(shè)計說明書論文 1961660126 課件之家的資料精心整理好資料 J5=J c5+M5ρ 52= RM 3(125 2+L2)+M5ρ 52= (122 ?2+)+2179。 (+)+3179。 = J3=J c3+M3ρ 32=179。 4179。 (+)+1179。 (Nm) 所以電機驅(qū)動最小力矩為 T 驅(qū) =T1+T2=+=( Nm) 根據(jù)實際需要和整體布局 ,要選大點的電機使臂部平衡 ,綜合選擇90BF003 型步進電機 . 臂部回轉(zhuǎn)運動的計算 臂部回轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動力矩應(yīng)根據(jù)啟動時產(chǎn)生的慣性力矩與回轉(zhuǎn)不見支撐處的摩擦力矩計算 ,且啟動過程 中不是等加速運動 ,故最小驅(qū)動力比理論大些所以 .M 驅(qū) =(M 慣