【正文】 識別傳感器） 顏色值或顏色 模擬量輸出 010V 最大顏色選擇度 導(dǎo)向光束（紅色） 響應(yīng)時間，典型值： 100μ s 自 檢功能 獨(dú)立放大器， 1 種顏色自學(xué)功能 物體尺寸 5 mm 信號強(qiáng)度 010V 距離： 5200mm 白色光源 達(dá)到 32 色自學(xué)功能的 FSK 存儲卡 任選附件 防護(hù)等級 IP 65 光源，自適應(yīng)顏色傳感器和放大器 接口電路 計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳送有并行和串行兩種方式。 未經(jīng)調(diào)制的傳感器可以用來檢測小的物體或動作非?？斓奈矬w，這些 場合要求的響應(yīng)速度都非常快?，F(xiàn)在，多數(shù)的色標(biāo)傳感器都是使用經(jīng)調(diào)制的各 種顏色的可見光ＬＥＤ發(fā)射器。當(dāng)三色值在設(shè)定的允許偏差范圍內(nèi) ，就會產(chǎn)生一個交換輸出。 26 傳感器的確定 顏色傳感器， 通過一種特殊的三色方式發(fā)揮作用。根據(jù) PWM 控制信號的占空比來決定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。 該應(yīng)用電路是 Motorola 68332CPU 與 LMD18200 接口例子，它們組成了一 個單極性驅(qū)動直流電機(jī)的閉環(huán)控制電路。本文中將介紹單極性可逆驅(qū)動方式。雙極性驅(qū)動是指在一個 PWM 周期里，電動機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。 典型應(yīng)用 LMD18200 典型應(yīng)用電路如圖 3 所示。如果過電流持續(xù)時間較長，過熱保護(hù)將關(guān)閉整個輸出。電流檢測輸出引腳 8 可以接一個對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。 可在引腳 11 外接電容形成第二個充電泵電路，外接電容越大，向開關(guān) 管柵極 輸入的電容充電速度越快，電壓上升的時間越短，工作頻率可以更高。 23 各引腳的功能如下 24 25 LMD18200 工作原理： 內(nèi)部集成了四個 DMOS 管，組成一個標(biāo)準(zhǔn)的 H 型驅(qū)動橋。 （ 2） 典型應(yīng)用 l 驅(qū)動直流電機(jī)、步機(jī)電機(jī) l 伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)位置與轉(zhuǎn)速 l 應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng) l 應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng) l 應(yīng)用于電腦打 印機(jī)與繪圖儀 （ 3） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說明 LMD18200 外形結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，內(nèi)部電路框圖 2 如圖所示。下面介紹 LMD18200 芯片的結(jié) 構(gòu)、原理及其典型應(yīng)用。同一芯片上集成有 CMOS 控制電路和 DMOS 功率器件，利用它可以與主處理器、電機(jī)和增量型編碼器構(gòu)成一個完整的運(yùn)動控制系統(tǒng)。但大多數(shù)場合，單片機(jī) I/O 口的驅(qū)動能力是不夠的，必須通過各種驅(qū)動電路的開關(guān)電路來提高驅(qū)動能力。所以，用低電平輸出可獲得 比高電平輸出更大的驅(qū)動能力。 P0 口的驅(qū)動能力較大，當(dāng)其輸出高電 平時，可提供 400 m A的電流；當(dāng)其輸出低電平（ ）時，則可提供 的灌電流，如低電平允許提高，灌電流會相應(yīng)加大。 用單片機(jī)控制各種各樣的高壓、大電流負(fù)載，如電 動機(jī)、電磁鐵、繼電 器、燈泡等時，不能用單片機(jī)的 I/O 線來直接驅(qū)動。開關(guān)量 22 的輸出接口實(shí)質(zhì)上是利用計(jì)算機(jī)做“弱電”控制“強(qiáng)電”。如開關(guān)觸電 的閉合和斷開，指示燈的亮和滅，繼電器和接觸器的吸合和釋放，馬達(dá)的啟 動和停止，晶閘管的通和斷，閥門的打開和關(guān)閉等，我們稱為開關(guān)量。 圖 41 89c51 引腳圖 驅(qū)動芯片的選擇 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，還要處理另一 類數(shù)字量，即開關(guān)信號、脈沖信號。 EA ：為訪問外部程序存儲器控制信號，低電平有效。 ALE：當(dāng)訪問外部存儲器時， ALE 一每機(jī)器周期兩次的信號輸出，用于 鎖存出現(xiàn)在 P0 口的低 8 位地址。 2) 引腳及其功能 a) 電源及時鐘引腳 VCC：接 +5V 電源正端； VSS：接 +5V 電源地端； X1：接外部晶體振蕩器的一端； X2：接外部晶體振蕩器的另一端。 h) 特殊功能寄存器 共有 21 個，用于對片內(nèi)的個功能的部件進(jìn)行管理、控制、監(jiān)視?？捎脕磉M(jìn)行串行通訊，擴(kuò)展并行 I/O 口，甚至與多個單片機(jī)相連構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)，從而使單片機(jī)的功能更強(qiáng)且應(yīng)用更 廣。 e) 定時器 /計(jì)數(shù)器 片內(nèi)有 2 個 16 位的定時器 /計(jì)數(shù)器， 具有四種工作方式。 c) 程序存儲器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲 器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器 的容量不夠，則需用擴(kuò)展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴(kuò)至 64k 字節(jié)。 （ 3） 單片機(jī)硬件結(jié)構(gòu) 1) 89C52 系列單片機(jī)基本配置如下： a) 微處理器 該單片機(jī)中有一個 8 位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括 了運(yùn)算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)， 還可以進(jìn)行位變量的處理。 4) 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。 3) 控制功能強(qiáng)。單片機(jī)把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采 用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了計(jì)算機(jī)的可靠性與抗 干擾能力。 （ 2） 單片機(jī)特 點(diǎn) 1) 優(yōu)異的性能價格比。 軸 承 的 壽 命 ： 16 17 18 19 4 軟件 電路部分設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 （ 1） 單片機(jī)的概念 單片機(jī)是將計(jì)算機(jī)的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 在機(jī)械手的設(shè)計(jì)中，通常使用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承和 推力球軸承的組合件。可用下式進(jìn)行計(jì)算 此公式也用來計(jì) 算齒輪等圓形零件的轉(zhuǎn)動慣量 14 i 由電機(jī)軸到絲杠一級齒輪減速器的傳動比， 15 （ 10） 滾動軸承 滾動軸承的類型、尺寸和公差等級均已制定有國家標(biāo)準(zhǔn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中只需 根據(jù)工作條件選擇合適的軸承類型，尺寸和公差等級等，并進(jìn)行軸承的組合結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)。需要提高分辨率時，可利用 90 度相位差的 A、 B 兩路信號進(jìn)行倍頻或更換高分辨率編碼器。 增量式編碼器特點(diǎn)： 增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計(jì)數(shù)起點(diǎn)任意設(shè)定，可實(shí)現(xiàn)多 圈無限累加和測量。為此，在工控中就 有每次操作先找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。 解決的方法是增加參考點(diǎn)，編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè) 備的記憶位置。 旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知 道其位置，當(dāng)編碼 器不動或停電時，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn) 13 換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移 的大小。 前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸 式兩種 ．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是 “１”還是“０”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。送出不同的正脈沖寬度是，就可以得到不同的控制效果。 12V 和 24V 電源供電。 尺寸： 36mm。其主要技術(shù)參數(shù)如下： 轉(zhuǎn)速： 秒／ 60 度。甚至小伺服馬達(dá)在重負(fù)載時也會拉低放大器的電壓，所以整個系統(tǒng)的電源供應(yīng)的比例必須合理。 （ 5）伺服馬達(dá)的控制 標(biāo)準(zhǔn)的微型伺服馬達(dá)有 三條控制線，分別為：電源、地及控制。 （ 3） 伺服電機(jī) 一個伺服電機(jī)內(nèi)部包括了一個小型直流馬達(dá)；一組變速齒輪組；一個反饋可調(diào) 電位器；及一塊電子控制板。由于三臺電機(jī)不是同時控制，因此不存 在相互間的干擾，從而增強(qiáng)了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 為了設(shè)計(jì)的方便，控制方式采用點(diǎn)位控制。電機(jī)選擇相對較為簡單，由于步進(jìn)電機(jī)有步距角誤 差，機(jī)械手在齒輪傳動和擺動時會進(jìn)一步放大該誤差，因此選擇伺服電機(jī)驅(qū)動。其中，液壓裝置體積太過龐大，需要專門配置一套液壓系統(tǒng)，且對密封性要 求高，不宜在高溫、低溫下工作。通過電磁閥的通斷來控制工件的抓取和放下，操作方 便。但是本次設(shè)計(jì)要求的工件為直徑 2cm厚1cm 的圓形鐵片，抓取精度要求高，操作難度較大。剩下絲桿傳動和齒輪傳動，從零件的加工方面考慮， 最終確定了加工較為簡單的齒輪傳動。 本設(shè)計(jì)要求傳動方式為電機(jī)的轉(zhuǎn)動帶動機(jī)械手臂的上下、左右移 動，即圓周 運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，首先排除了帶傳動。 10 由于本設(shè)計(jì)中精度要求較高，首先排除了極坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式，而且它們 還存在平衡問題，直角坐標(biāo)式靈活性差，不利于提高工作效率。 這三種方法各有所長，各種驅(qū)動方式的特點(diǎn)見表： 8 9 方便 較復(fù)雜 表 21 三種驅(qū)動方式的特點(diǎn)對照 機(jī)械手驅(qū)動系統(tǒng)各有其優(yōu)缺點(diǎn)，通常對機(jī)械手的驅(qū)動系統(tǒng)的要求有： （ 1） 驅(qū)動系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高； （ 2） 反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動慣量比要大，能夠進(jìn)行頻 繁地起、制動，正、反轉(zhuǎn)切換； （ 3） 驅(qū)動盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要?。? （ 4） 安全可靠； （ 5） 操作和維護(hù)方 便； （ 6） 對環(huán)境無污染，噪聲要??； （ 7） 經(jīng)濟(jì)上合理。 機(jī)械手的驅(qū)動方式 該機(jī)械手一共具有三個獨(dú)立的運(yùn)動關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動，一共 需要 三個動力源。 抓取機(jī)構(gòu) 抓取機(jī)構(gòu)是機(jī)械手執(zhí)行工作的裝置，可安裝夾持器、工具、傳感器等。 5) 示教再現(xiàn)機(jī)械手 這類機(jī)械手能夠按照記憶裝置存儲的信息來復(fù)現(xiàn)由 人示教的動作，其示教動作可自動地重復(fù)執(zhí)行。 3) 可變程序操作機(jī)械手 它與固定程序機(jī)械手基本相同，但其工作次序等 信息易于修改。 （ 4）按信號輸入方式分 1) 人操作機(jī)械手 是一種由操作人員直接進(jìn)行操作的具有幾個自由度的 機(jī)械手。 2) 液壓驅(qū)動 液壓驅(qū)動的機(jī)械手具有很大的抓起能力，可抓取質(zhì)量達(dá)上百 公斤的物體，油壓可達(dá) 7MPa，液壓傳動平穩(wěn)，動作靈敏，但對密封性 要求較高，不宜在高溫或低溫現(xiàn)場工作，需配備一套液壓系統(tǒng)。早期多采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動，后來發(fā)展了直流伺服電動機(jī)，現(xiàn)在交流伺服電動機(jī)的應(yīng)用也得到了 迅速發(fā)展。機(jī)器人在空間的整個運(yùn) 動過程都要控制，末端執(zhí)行器在 空間任何位置都可以控制姿態(tài)