【正文】 x —為電機(jī)的最高效率， 1 K —為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)， mMm∕A I0 —為電機(jī)的空載電流， A查電機(jī)參數(shù)表可知，以上3個參數(shù)的值分別為：85﹪, ∕A。代入公式（210）,計算得： Im=，電機(jī)處于安全運(yùn)行狀態(tài)。綜合以上的驗證結(jié)果，可以得出結(jié)論:選擇mxaon的這款直流電機(jī)是可以滿足系統(tǒng)要求的。2. 直流電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計1）驅(qū)動芯片IR2110簡介IR2110是美國IR（International Rectifier）公司推出的一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動的單片式集成驅(qū)動器。它把驅(qū)動高壓側(cè)和低壓側(cè)MOSFET或IGBT所需的絕大部分功能集成在一個高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的開關(guān)速度和極低的消耗。其特點在于，將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相位的低阻抗輸出驅(qū)動信號，可驅(qū)動同一橋臂上的兩路輸出，驅(qū)動能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快；工作電壓較高，可達(dá)600V；內(nèi)部設(shè)有欠壓封鎖；成本低、易于調(diào)試；電路芯片體積小，為DIP14封裝。高壓側(cè)驅(qū)動采用外部自舉電容上電，與其它IC驅(qū)動電路相比，在設(shè)計上大大減少了驅(qū)動變壓器和電容的數(shù)目，降低的了產(chǎn)品成本和減小了體積，提高了系統(tǒng)的可靠性。這種適用于驅(qū)動功率MOSFET,IGBT的自舉式集成電路再電源變換、電機(jī)調(diào)速等功率驅(qū)動領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。 IR2110管腳分布圖引腳1和7是兩路獨立的輸出，分別是LO（低端輸出）和HO（高端輸出），引腳3和6分別是Vcc（低端電源電壓）和VB（高端浮置電源電壓）,引腳9（VDD）是邏輯電路電源電壓，引腳2（COM）是低端電源公共端，引腳5和13分別是VS(高端浮置電源公共端)和VSS（邏輯電路接地端），引腳10(HIN)是高端邏輯輸入控制端，引腳11（SD）是輸出關(guān)閉端，引腳12(LIN)是低端邏輯輸入。IR2110浮置電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá)600V，工作頻率可達(dá)500kHz。兩路通道均帶有滯后欠壓鎖定功能。 IR2110典型應(yīng)用工作參數(shù)表 IR2110動態(tài)傳輸延遲時間參數(shù)表2）驅(qū)動電路設(shè)計，經(jīng)過光電藕合器隔離后轉(zhuǎn)變?yōu)?V的PWM信號，加載到IR2110D的HI、SD和LIN端，由IR2110轉(zhuǎn)換為同相位的MOSFET驅(qū)動信號。C9和C11為自舉電容，+12V經(jīng)DC負(fù)載、Q2L給C9充電，以確保Q2L關(guān)閉、QIH導(dǎo)通時，QIH管的柵極靠C9上足夠的儲能來驅(qū)動。對于自舉電容的選擇，一般用一個大電容和一個小電容并聯(lián)使用，在頻率為20kHz左右的工作狀態(tài)下。并聯(lián)高頻小電容用來吸收高頻毛刺干擾電壓。驅(qū)動大容量的1GBT，在工作頻率較低的情況下，要注意自舉電容電壓穩(wěn)定性問題，上管的驅(qū)動波峰頂如果出現(xiàn)下降的現(xiàn)象則要選取大的電容。，VB高于VS電壓的最大值為20V，為了避免VB過電壓損壞IR2110,電路中增加了穩(wěn)壓二極管D1。電路中D2的功能是防止QIH導(dǎo)通時高電壓串入VCC端損壞該芯片。IR2110的開通與關(guān)斷傳輸延遲時間基本匹配，開通傳輸延遲時間比關(guān)斷傳輸延遲時間長25ns（），這保證了功率管Q1H和Q2L在工作時不會發(fā)生同時導(dǎo)通，從而避免了直通故障的發(fā)生。為了更加安全，在電路中，功率管的柵極上分別串聯(lián)電阻RR8以及二極管DD2。功率器件的柵源極的驅(qū)動電壓一般高于TTL電平（5～20V），因此要在柵極增加保護(hù)電路，可以用穩(wěn)壓二極管限制了所加?xùn)艠O電壓。在我們的應(yīng)用中，實際檢測發(fā)現(xiàn)柵源極的電壓比器件的極限電壓小很多，因此沒有加入穩(wěn)壓二極管。功率器件QIH、Q2L在開關(guān)過程中會產(chǎn)生浪涌電壓，這些浪涌電壓會損壞元件，所以電路中采用穩(wěn)壓二極管D7，D9鉗位浪涌電壓。由于在橋式電路中存在寄生電感，同時直流電機(jī)又為感性負(fù)載，所以在功率管開關(guān)瞬間、電源短路以及通過電流關(guān)斷時，di/dt比較大，功率管會產(chǎn)生過沖電壓，會使VS端電壓低于COM端，該電壓不能低于4V，如果超出該極限電壓就會引起高端通道工作不穩(wěn)定。在設(shè)計印制電路板時，采取下列方法可以減小VS的過沖電壓：1）將功率MOSFET盡量緊密放置，并且在焊接功率器件時盡量使連線最短，以減少PCB布線長度和引腳間寄生電感的影響。2）IR2110盡可能靠近功率MOSFET放置3）連接兩功率管的走線采用加寬導(dǎo)線直接連接，除非迫不得已，盡量不要使用過孔，絕對不要有環(huán)路。4）在電源線與功率管之間加去耦電容（）。在電路的調(diào)試過程中，我發(fā)現(xiàn)遇到的很多問題都是由于自舉電容選擇不當(dāng)引起的，下是自舉電容選擇的幾條經(jīng)驗：1）PWM開關(guān)頻率高，自舉電容應(yīng)選較小值。2）盡量使自舉上電回路不經(jīng)大阻抗負(fù)載，否則應(yīng)為自舉電容充電提供快速充電通路。3）對于占空比調(diào)節(jié)較大的場合，特別是在高占空比時，Q2L開通時間比較短，自舉電容應(yīng)選小，否則，在有限時間內(nèi)無法達(dá)到自舉電壓。4）自舉電容的選擇應(yīng)綜合考慮PWM變化的各種情況，監(jiān)測引腳HO和VS腳波形進(jìn)行調(diào)試自舉電容是最好的方法。由于電機(jī)驅(qū)動電路板上的電流較大，為防止它干擾LPC2119控制板上的器件，必須用光耦將兩塊電路板進(jìn)行信號隔離。由于PWM的頻率選擇為30kHz,頻率較高，光耦必須選擇為高速光耦。本系統(tǒng)選用的是高速光耦6N137。 高速光耦6N137應(yīng)用原理圖在調(diào)試過程中，我發(fā)現(xiàn)經(jīng)過6N137變換后的PWM信號邊緣不是很陡，用這樣的信號驅(qū)動IR2110，引腳HO和LO的信號的邊緣有許多毛刺。所以，經(jīng)過6N137的PWM信號必須整形后，才能加到IR2110上。 在本系統(tǒng)中，PWM信號經(jīng)過6N137后，加到了反相器74HC04上，經(jīng)過這樣一個簡單的變換后，我們用示波器觀察了PWM信號變得很陡，原來引腳HO和LO的毛刺消失了，電路工作更加穩(wěn)定了。（四）機(jī)器人傳感器系統(tǒng)設(shè)計隨著機(jī)器人應(yīng)用范圍的推廣，要求機(jī)器人具有更高的智能，機(jī)器人的研究除了要求機(jī)器人本身的功能更強(qiáng)、反應(yīng)速度更快外，對其感受外界信息能力的要求也提高了。我們的機(jī)器人要求可以感知碰撞信息、準(zhǔn)確測量待抓取物體與機(jī)器人本體的距離信息和障礙物的距離等。安裝在我們的機(jī)器人上的傳感器電路由精密超聲檢測電路、碰撞開關(guān)電路和避碰超聲控制電路組成。精密超聲檢測電路通過LPC2119的ADC端口檢測精密超聲傳感器輸出的模擬電壓，依此確定待抓取的目標(biāo)物體距離小車的精確距離；通過檢測碰撞開關(guān)電路的164編碼器信息確定小車是否與障礙物發(fā)生碰撞，如發(fā)生碰撞則要做緊急處理；避碰超聲控制電路由AT89C2051和18路超聲波發(fā)射/檢測電路組成，完成的主要功能為18路超聲波的循環(huán)發(fā)射及檢測，并通過I2C電路將超聲波傳感器編號和回波時間發(fā)送給LPC2119。1. 精密超聲波采集電路設(shè)計移動機(jī)械手系統(tǒng)的主要任務(wù)是要抓取目標(biāo)物體。目標(biāo)物體的尋找和識別由視覺系統(tǒng)負(fù)責(zé)，當(dāng)視覺系統(tǒng)確定了待抓取的目標(biāo)物體，并且調(diào)整移動平臺對正目標(biāo)物體后，就要用精密超聲傳感器去測量目標(biāo)物體與移動平臺之間的準(zhǔn)確距離。本設(shè)計中應(yīng)用的精密超聲模塊是選用德國PEPPERL+FUCHS集團(tuán)生產(chǎn)的UB50018GM75。UB50018GM75的測量范圍是30～500mm，盲區(qū)范圍是0～30mm，工作電壓為15～30V直流電壓，輸入電壓：0（0～1V），1（4～30V），輸出電壓：0～10V，%。UB50018GM75帶有2個LED工作狀態(tài)指示燈，紅色LED點亮代表采集錯誤，閃爍代表精密超聲正處于TEACHIN工作模式中的暫停目標(biāo)探測狀態(tài)；黃色LED點亮代表目標(biāo)在測量范圍以內(nèi)，閃爍代表精密超聲正處于TEACHIN工作模式中的目標(biāo)探測狀態(tài)。其中(BN)代表棕色的線，是正電源線；（WH）代表白色的線，是TEACHIN接線；(GY)代表灰色的線，是同步控制信號線；(BK)代表黑色的線，是模擬信號輸出線；(BU)代表藍(lán)色的線，是地線。TEACHIN接地，當(dāng)測量距離在0～30mm時，(BK)線輸出0V；當(dāng)測量距離為30～500mm時，輸出0～10V電平；當(dāng)測量距離為500mm以上時，輸出電源電壓。當(dāng)TEACHIN引腳接正電源時情況相反。UB50018GM75的工作狀態(tài)可由(GY)引線上的同步控制信號控制。當(dāng)(GY)引線直接接到地線上時，精密超聲就一直處在工作狀態(tài)。在移動機(jī)械手系統(tǒng)中，絕大多數(shù)時間都在進(jìn)行目標(biāo)的搜索，僅僅是目標(biāo)物體找到并對正在平臺以后，才進(jìn)行距離的精確測量。所以應(yīng)用(GY)引線控制UB50018GM75在接近以后工作，其他時間處于停止?fàn)顟B(tài)。從節(jié)約能源的角度看，移動機(jī)器手系統(tǒng)采用蓄電池供電，精密超聲連續(xù)工作，必然消耗能量，加重電池的負(fù)擔(dān)，所以控制精密超聲啟動/停止是有必要的。當(dāng)啟動精密超聲時，要求(GY)引線上的同步控制信號的低電平持續(xù)時間大于1s，高電平時間大于100us，這樣，UB50018GM75就可以在同步信號的控制下循環(huán)的工作。，所以控制UB50018GM75時就需要做電平轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)中采用通用光耦PC87做電平轉(zhuǎn)換。其中，INPUTINPUT2和OUTPUT連接LPC2119的相應(yīng)引腳。 精密超聲傳感器測量原理圖移動機(jī)械手系統(tǒng)在進(jìn)行過程中，極有可能與設(shè)置的障礙物發(fā)生碰撞，在實驗室環(huán)境下，障礙物都是小而輕的物體，即使碰撞也不會對機(jī)器人系統(tǒng)造成傷害；如果在現(xiàn)實環(huán)境中，那么障礙物就是未知的了，在這種情況發(fā)生碰撞，如不緊急處理，就可能造成機(jī)器人系統(tǒng)車體的損壞或電機(jī)的燒毀，這是我們必須避免的。本系統(tǒng)使用12路碰撞開關(guān)構(gòu)成碰撞傳感器模塊。由于碰撞主要來自前進(jìn)方向上，所以將碰撞開關(guān)均勻布置分布在移動平臺的前部和后部，從而感知來自前后的碰撞信息。碰撞開關(guān)咋結(jié)構(gòu)上等同于普通開關(guān)，只是它有一個較長的觸須，當(dāng)觸須與其他物體發(fā)生碰撞時，開關(guān)閉合，而平時斷開。將碰撞開關(guān)的一端接地，另一端通過電阻上拉到+。通過2片74HC148構(gòu)成164編碼電路