【正文】 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(shè)計采用 6264 擴展 8KB 的數(shù)據(jù)存儲器。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。 EPROM 是用電信號編程，用紫外線擦除的只讀存儲器芯片。 如圖43 所示。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。 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。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，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。 Q7～ Q0：八位數(shù)據(jù)輸出線。 如圖 42 所示。 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。 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(shè)計采用兩片 2764擴展 16K的程序存儲器。 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。到外部 ROM取指令時， PSEN 自動向外發(fā)送負脈沖信號。 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。外部接復位電路。 XTAL2： 內(nèi)部晶體振蕩電路的反相器輸出端。 Vss： 電源接地端 。因為受芯片引腳數(shù)量的限 制，有很多引腳具有雙功能。共 40 只引腳。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 。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)。專用型是針對某種特定產(chǎn)品而設(shè)計的 , 例如用于洗衣機的單片機。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(jié)構(gòu) ,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 。而哈佛結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)。諾伊曼結(jié)構(gòu) , 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(jié)構(gòu)。按結(jié)構(gòu)形式分 , 單片機有兩種基本的 結(jié)構(gòu)形式 : 普林斯頓結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。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。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。單片機作為微型計算機的一個重要分支 ,應(yīng)用面很廣 , 發(fā)展很快。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)。 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。 第 4 章 機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計 單片機概述 隨著現(xiàn)代技術(shù)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。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。 （ 2）、 根據(jù)機床的加工精度要求，選擇進給軸的脈沖當量，如 。 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(shè)計參考資料表 73 不步進電動機技術(shù)指標查得電動機各項參數(shù)： 序號 型號 步距角 最大凈轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)計基礎(chǔ)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(jié) 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。 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(zhuǎn)子齒數(shù) k—— 與通電方式有關(guān)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(shè)計采用功率式電動機。三相六拍的步距角則為 176。 反轉(zhuǎn) A→ AC→ C→ CB→ B→ BA→ A。對于三相反應(yīng)式步進電機來說，電流脈沖的施加有 3 種方式： (1)單相三拍方式， (2)雙相三拍方式 (3)三相六拍方式。 步進電機的控制 根據(jù)步進電機的工作原理，先按順序給步進電機的繞組施加有序的脈沖電流即可控制步進電機的轉(zhuǎn)動，從而進行數(shù)字到角度的轉(zhuǎn)換。 當某相繞組通電時，相應(yīng)的兩個磁極就分別形成 N— S 極，產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。此外各磁極上還有 5個均勻分布的矩形小齒。 步進電機的工作原理 三相反應(yīng)式步進電機定子上均勻分布有 6 個磁極，相鄰兩個磁極之間的夾角 60176。降低到 176。該設(shè)計方法也可用于其它并聯(lián)機器人機構(gòu)的設(shè)計 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 18 第 3 章 步進電動機的選擇及一級減速齒輪副的選擇 步進電機的特點 步進電機是工業(yè)過程控制及儀表控制主要控制元件之一。利用文中提出的綜合性能評價指標，期望該機器人綜合性能最優(yōu)，得到了極為夾角的最優(yōu)值。在位置分析的基礎(chǔ)上，得到了該機器人機構(gòu)的速度和力雅可比矩、誤差傳遞和末端柔度矩陣，利用這些映射矩陣，進而得到評價機器人機構(gòu)各項特性的性能評價指標。具體的裝配圖見附 錄。 Solid works 三維實體設(shè)計及實現(xiàn)流程 應(yīng)用該軟件是基于以上位置分析和空間分析的基礎(chǔ)上進行的。可以較驗是否滿足設(shè)計要求，比如在設(shè)置的幾何尺寸參數(shù)下能否滿足工作空間要求；可以進行軌跡規(guī)劃；可較驗機構(gòu)的奇異性；模擬機器人的實時控制等等。 表 21 尺寸 設(shè)計結(jié)果 參數(shù)名稱 參數(shù)值 評價指標 評價指標值 所需工作空間 11w ?? gdk 極位夾角 ?27?? gk? 連桿長度 ? gek 主動關(guān)節(jié)變量變化范圍 ? ?? ?, ,? ??? gvk gck 末端位移 ? ?? ?, , ??? ??? sk synk 并聯(lián)機構(gòu)活動空間及連桿尺寸的確定 由上述分析最終確定各項尺寸和參數(shù)如下： 表 22 本設(shè)計結(jié)果 并聯(lián)機構(gòu)運動學仿真概述 仿真是一種虛擬現(xiàn)實技術(shù)，有的仿真系統(tǒng)能增加對硬件支持要求較高的技術(shù)的流通，比如數(shù)控機床操作，有利于大家交流學習，還能避免操作失誤而造成的事故；有的仿真系參數(shù)名稱 參數(shù)值 評價指標 評價指標值 所需工作空間 100*100 gdk 極位夾角 ?27?? gk? 連桿長度 l=230 gek 主動關(guān)節(jié)變量變化范圍 ? ?? ?254,54 254,5421 ? ??xx gvk gck 末端位移 ? ?? ?204,1045,5 ??? ???yx sk synk 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 17 統(tǒng)能在完成一定定性，定量的分析后，使某些非線性參數(shù)的變化或者空間感較強的圖形比較直觀的呈現(xiàn)在人們面前，從而使設(shè)計明朗化，減少了一些錯誤的不可預見性；還有的仿真系統(tǒng)能在設(shè)計后期、產(chǎn)品成型初期對產(chǎn)品的工作性能進行較驗，從而避免因 設(shè)計不合理、達不到工作要求而直接生產(chǎn)所帶來的經(jīng)濟損失。由式 (14)、 (16)、 (18)、 (20)、 (22)、 (28)和 (30)可確定在最優(yōu)尺度下該機器人的各項性能評價指標的值。 圖 24 全域靈巧度評價指標 gdk 隨極為夾角 ? 的變化情況 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 15 圖 25 機器人所占面積與所需工作空間面積比 sk 隨極為夾角 ? 的變化情況 圖 26 綜合性能評價指標 synk 隨極為夾角 ? 的變化情況 最佳連桿長度的確定 極位夾角確定后，聯(lián)立式 (23)和式 (24)可得，在 ?27?? 時，連桿長度 ? ，這是在極位夾角最優(yōu)，且滿足所需工作空間條件下的連桿長 度值，但這是不是使綜合性能評價指標最小的連桿長度呢？取步長為 ，在 ? ?,? 范圍內(nèi)，繪制綜合性能指標 synk 和連桿長度 l 的關(guān)系曲線如圖 7所示，可見隨 l 的增長， synk 逐漸增大