《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人設(shè)計(jì)【全套的圖紙】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人設(shè)計(jì)【全套的圖紙】（35頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 1 頁 共 35 頁目錄第 1 章. 緒論.31.1 智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要意義.31.2 國內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展史.31.2.1 國外機(jī)器人的發(fā)展歷史.31.2.2國內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展歷史.41.3 服務(wù)機(jī)器人的特點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù).41.4 本論文的主要研究內(nèi)容.51.5 本章小結(jié).5第第 2 2 章章. .物體檢測與報(bào)警機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)物體檢測與報(bào)警機(jī)器人的總體設(shè)計(jì) .62.1 概述.62.2 主要組成.62.2.1 頭部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu).62.2.2 主體部.72.2.3 電機(jī).72.3 主要技術(shù)參數(shù).82.4. 電機(jī)的選型.82.4.1 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的組成.82

2、.4.2 步進(jìn)電機(jī)的選型比較.92.4.3 步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算.102.5 蝸輪蝸桿傳動的選型設(shè)計(jì).122.6 電機(jī)的效核.152.7 軸的較核及聯(lián)件的選型.162.7.1. 蝸桿軸的較核.162.7.2. 蝸桿軸上軸承的選型.202.7.3. 蝸輪軸的較核.222.7.4. 蝸輪軸上軸承的選型.262.7.5. 鍵的較核.282.7.6. 聯(lián)軸器的選型.282.8 本章小結(jié).28第第 3 3 章章. . 驅(qū)動機(jī)構(gòu)及其控制方式驅(qū)動機(jī)構(gòu)及其控制方式 .293.1. 概述.293.2 步進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng).293.2.1 步進(jìn)電機(jī)的工作特性.293.2.2 步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng).313.3 本章

3、小結(jié).32結(jié)束語結(jié)束語 .32第 2 頁 共 35 頁致致 謝謝 .33參考文獻(xiàn) .34移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 3 頁 共 35 頁第第 1 1 章章. . 緒論緒論本章提要. 本章從闡述智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的意義出發(fā),簡要地回顧智能機(jī)器人的發(fā)展歷史和當(dāng)前的技術(shù)水平。在此基礎(chǔ)上,對于智能檢測報(bào)警機(jī)器人這一產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù),以及開發(fā)現(xiàn)狀,也作了進(jìn)一步介紹。1.11.1 智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要意義智能機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的重要意義全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706智能機(jī)器人是具有感知,思維和行動能力的機(jī)器,是機(jī)構(gòu)學(xué)、自動控制、計(jì)算機(jī)、人工自能、光電技術(shù)、傳感技術(shù)、通訊技術(shù)

4、、仿真技術(shù)等多種學(xué)科和技術(shù)的綜合成果，它從一個側(cè)面反映了一個國家科技發(fā)展的水平。更重要的是,作為新一代生產(chǎn)和服務(wù)的工具,它在國民生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域都占有更廣泛,更重要的位置,這對于人類開辟新的產(chǎn)業(yè),提高生產(chǎn)和生活水平具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。因此智能機(jī)器人技術(shù)作為科技技術(shù)的一個分支,受到了世界各國的普遍重視。發(fā)展智能機(jī)器人技術(shù)將對一個國家產(chǎn)生巨大的影響，主要集中在以下幾個方面：1. 發(fā)展工業(yè)智能機(jī)器人可以增強(qiáng)一個國家的生產(chǎn)制造能力2. 發(fā)展特種智能機(jī)器人可增強(qiáng)國家的可持續(xù)發(fā)展能力3. 發(fā)展智能機(jī)器人技術(shù)可以提高國防實(shí)力第 4 頁 共 35 頁1.21.2 國內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展史國內(nèi)外機(jī)器人的發(fā)展史1

5、.2.11.2.1 國外機(jī)器人的發(fā)展歷史國外機(jī)器人的發(fā)展歷史美國是機(jī)器人的誕生地，早在 1962 年就研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人，比起號稱機(jī)器人王國的日本起步至少要早五六年。經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，美國現(xiàn)已成為世界上的機(jī)器人強(qiáng)國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)?？v觀它的發(fā)展史，道路是曲折的，不平坦的。 由于美國政府從 60 年代到 70 年代中的十幾年期間，并沒有把工業(yè)機(jī)器人列入重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，只是在幾所大學(xué)和少數(shù)公司開展了一些研究工作。對于企業(yè)來說，在只看到眼前利益，政府又無財(cái)政支持的情況下，寧愿錯過良機(jī)，固守在使用剛性自動化裝置上，也不愿冒著風(fēng)險，去應(yīng)用或制造機(jī)器人。加上，當(dāng)時美國失業(yè)率高達(dá) 66

6、5，政府擔(dān)心發(fā)展機(jī)器人會造成更多人失業(yè)，因此不予投資，也不組織研制機(jī)器人，這不能不說是美國政府的戰(zhàn)略決策錯誤。70 年代后期，美國政府和企業(yè)界雖有所重視，但在技術(shù)路線上仍把重點(diǎn)放在研究機(jī)器人軟件及軍事、宇宙、海洋、核工程等特殊領(lǐng)域的高級機(jī)器人的開發(fā)上，致使日本的工業(yè)機(jī)器人后來居上，并在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用上及機(jī)器人制造業(yè)上很快超過了美國，產(chǎn)品在國際市場上形成了較強(qiáng)的競爭力。 進(jìn)入 80 年代之后，美國才感到形勢緊迫，政府和企業(yè)界才對機(jī)器人真正重視起來，政策上也有所體現(xiàn)，一方面鼓勵工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人，另一方面制訂計(jì)劃、提高投資，增加機(jī)器人的研究經(jīng)費(fèi)，把機(jī)器人看成美國再次工業(yè)化的特征，使美國的機(jī)器人

7、迅速發(fā)展。 盡管美國在機(jī)器人發(fā)展史上走過一條重視理論研究，忽視應(yīng)用開發(fā)研究的曲折道路，但是美國的機(jī)器人技術(shù)在國際上仍一直處于領(lǐng)先地位。其技術(shù)全面、先進(jìn)，適應(yīng)性也很強(qiáng)。具體表現(xiàn)在： （1）性能可靠，功能全面，精確度高； （2）機(jī)器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多、應(yīng)用廣，水平高居世界之首； （3）智能技術(shù)發(fā)展快，其視覺、觸覺等人工智能技術(shù)已在航天、汽車工業(yè)中廣泛應(yīng)用； （4）高智能、高難度的軍用機(jī)器人、太空機(jī)器人等發(fā)展迅速，主要用于掃雷、布雷、偵察、站崗及太空探測方面。1.2.21.2.2國內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展歷史國內(nèi)機(jī)器人的發(fā)展歷史我國已在“七五”計(jì)劃中把機(jī)器人列入國家重點(diǎn)科研規(guī)劃內(nèi)容，撥巨款在沈陽建

8、立了全國第一個機(jī)器人研究示范工程，全面展開了機(jī)器人基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)元器件研究。十幾年來，相繼研制出示教再現(xiàn)型的搬運(yùn)、點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、裝配等門類齊全的工業(yè)機(jī)器人及水下作業(yè)、軍用和特種機(jī)器人。目前，示教再現(xiàn)型機(jī)移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 5 頁 共 35 頁器人技術(shù)已基本成熟，并在工廠中推廣應(yīng)用。我國自行生產(chǎn)的機(jī)器人噴漆流水線在長春第一汽車廠及東風(fēng)汽車廠投入運(yùn)行。1986 年 3 月開始的國家 863 高科技發(fā)展規(guī)劃已列入研究、開發(fā)智能機(jī)器人的內(nèi)容。就目前來看，我們應(yīng)從生產(chǎn)和應(yīng)用的角度出發(fā)，結(jié)合我國國情，加快生產(chǎn)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的實(shí)用型機(jī)器人和某些特種機(jī)器人。1.31.3 服

9、務(wù)機(jī)器人的特點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)服務(wù)機(jī)器人的特點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù)前面主要介紹了本課題的技術(shù)平臺智能機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r,在這一節(jié)中主要從產(chǎn)品的角度出發(fā),介紹智能檢測報(bào)警機(jī)器人所屬的服務(wù)機(jī)器人這一大范疇的特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。它對于該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)具有指導(dǎo)性的意義。智能檢測機(jī)器人從其產(chǎn)品的功能上劃分,是屬于近年來剛剛興起的服務(wù)機(jī)器人的范疇。關(guān)于服務(wù)機(jī)器人的定義目前還并不統(tǒng)一;簡單地說,它是指一種能夠自主或半自主運(yùn)行,且為人類健康,安全和設(shè)備運(yùn)行提供服務(wù)的智能機(jī)器。因此,服務(wù)機(jī)器人存在自身的一些特點(diǎn),主要集中在以下三方面:(1)任務(wù)要求.服務(wù)機(jī)器人的主要職能是自主或半自主地為人類提供服務(wù)或安全保障。它涉及到探測,報(bào)警等多種

10、功能,顯然其任務(wù)具有多樣性和靈活性的特點(diǎn)。因此,為了實(shí)現(xiàn)特定的任務(wù),服務(wù)機(jī)器人的開發(fā)必須更重視載體尺寸、重量、能量供給、導(dǎo)航、避障等多方面的功能,同時配備相應(yīng)的完成任務(wù)的工具。(2)工作環(huán)境.機(jī)器人的工作環(huán)境一般分為兩類:結(jié)構(gòu)化環(huán)境和非結(jié)構(gòu)化環(huán)境.工業(yè)機(jī)器人通常面對的是結(jié)構(gòu)化環(huán)境,而服務(wù)機(jī)器人通常在非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中工作。不過在環(huán)境中,機(jī)器人與人或環(huán)境設(shè)施可能經(jīng)常發(fā)生互動即所謂的突發(fā)事件。因此,機(jī)器人必須具有靈活能力;換而言之,環(huán)境是隨時變的。因此,服務(wù)機(jī)器人的工作環(huán)境更為復(fù)雜,受外界的影響,干擾更多。(3)機(jī)械結(jié)構(gòu).機(jī)械結(jié)構(gòu)通常指機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)。任務(wù)和工作環(huán)境決定了機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式。按照其本

11、體結(jié)構(gòu)的運(yùn)動能力,可將服務(wù)機(jī)器人分為靜止式和移動式兩類。最常見的服務(wù)機(jī)器人是移動式的,其中以輪式結(jié)構(gòu)最為廣泛。 雖然針對不同的應(yīng)用場合和服務(wù)對象,服務(wù)機(jī)器人在形式,功能等方面存在著較大的差別,但在設(shè)計(jì)和開發(fā)服務(wù)機(jī)器人的過程中,也存在一些共性的地方服務(wù)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)可歸納為以下幾個方面: 環(huán)境的表示 環(huán)境感知和信號處理 控制系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu) 復(fù)雜任務(wù)和服務(wù)的實(shí)時規(guī)劃 適應(yīng)于作業(yè)環(huán)境的機(jī)械本體結(jié)構(gòu) 研制低功耗,長時間工作的功能部件 這些關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展直接影響到服務(wù)機(jī)器人作為一個行業(yè)的應(yīng)用前景。雖然以前服務(wù)機(jī)器人一度被認(rèn)為是一個幾乎不可獲利的行業(yè),但隨著近年來,家用服務(wù)機(jī)器人和娛樂機(jī)器人市場開拓所獲得

12、的巨大成功,人們的觀念正在發(fā)生變化。美國,日本和歐洲的一些大公司也紛紛進(jìn)入了服務(wù)機(jī)器人的市場。第 6 頁 共 35 頁1.41.4 本論文的主要研究內(nèi)容本論文的主要研究內(nèi)容本論文主要以智能檢測報(bào)警機(jī)器人這一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)為中心,詳細(xì)敘述了該產(chǎn)品的各個環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)思想,設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)過程。通過將現(xiàn)代智能機(jī)器人領(lǐng)域的一些成熟技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的產(chǎn)品開發(fā)中,達(dá)到獲得直接的,感性認(rèn)識的目的;同時也以具體應(yīng)用為基礎(chǔ),對這一領(lǐng)域中的一些焦點(diǎn)的前沿問題作了進(jìn)一步的研究。整個論文主要闡述了以下兩個方面的問題：(1) 智能檢測報(bào)警機(jī)器人系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)規(guī)劃和設(shè)計(jì)(2) 以步進(jìn)電機(jī)為主要驅(qū)動部件的機(jī)器人驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1

13、.51.5 本章小結(jié)本章小結(jié)本章以智能檢測報(bào)警這一產(chǎn)品的開發(fā)為平臺,闡述了發(fā)展智能機(jī)器人技術(shù)的重要意義,并著重介紹了與該產(chǎn)品相關(guān)的機(jī)器人技術(shù)發(fā)展。由于智能檢測報(bào)警機(jī)器人從產(chǎn)品的角度出發(fā),是屬于服務(wù)機(jī)器人的范疇,本章也同時針對服務(wù)機(jī)器人在開發(fā)和設(shè)計(jì)過程中存在的一些共性問題,作了進(jìn)一步的闡述。在此基礎(chǔ)上,對整個課題的研究內(nèi)容和設(shè)計(jì)任務(wù),作了具體的規(guī)劃。第 2 章.物體檢測與報(bào)警機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)本章提要 本章主要介紹了智能檢測報(bào)警機(jī)器人的產(chǎn)品要求,功能分析和性能特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上提出了該產(chǎn)品的總體原理和具體功能模塊的實(shí)現(xiàn)思路,從而對其形成一個完整的設(shè)計(jì)方案。2.12.1 概述概述隨著社會的進(jìn)步和發(fā)展,

14、人們的學(xué)習(xí)和工作越來越繁重,于是怎樣更大程度地將人們從煩瑣的日常事務(wù)中解脫出來,就成為了新一代服務(wù)機(jī)器人所追求的目標(biāo),而智能化正是這一目標(biāo)的集中體現(xiàn)。本文介紹的智能檢測報(bào)警機(jī)器人初步實(shí)現(xiàn)了無人情況下的自主工作方式,它結(jié)構(gòu)獨(dú)特,靈活,且自備電源,由機(jī)載單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時的控制,由一個步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)頭部系統(tǒng)的驅(qū)動，在頭部轉(zhuǎn)動的過程中,它通過頭部攜帶的超聲波檢測裝置,檢測周圍的事物,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有移動物體時便報(bào)警,達(dá)到其看守防盜的目的。該機(jī)的優(yōu)勢在于其局部的自主化和智能化,它可以無需人的操控而自主的進(jìn)行檢測,并且在遇到移動物體時能夠?qū)崟r的報(bào)警。移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 7 頁 共 35 頁

15、2.22.2 主要組成主要組成2.2.12.2.1 頭部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)頭部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 如圖 2-1 所示,該機(jī)構(gòu)為蝸輪蝸桿傳動,將蝸桿軸由聯(lián)軸器直接連接到電機(jī)上,由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。蝸輪通過軸與機(jī)器人頭部相連接,從而使得蝸輪的轉(zhuǎn)動帶動機(jī)器人頭部的旋轉(zhuǎn)。 圖 2-1 機(jī)器人頭部旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)2.2.22.2.2 主體部主體部 機(jī)器人的底部呈圓盤狀采用地腳螺栓將其固定在地上,分軀干,上端蓋(與頸部一體)兩塊直接澆鑄出來然后通過螺釘連接,頭部同樣也分為兩個半球直接澆鑄出來然后通過螺栓連接在一起。圖 2-2 機(jī)器人主體圖第 8 頁 共 35 頁2.2.32.2.3 電機(jī)電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī),由步進(jìn)電機(jī)直接帶動蝸桿轉(zhuǎn)動。因?yàn)?/p>

16、通過控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸入就可直接控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度,因此選用步進(jìn)電機(jī)較合適,脈沖的輸入便由單片機(jī)控制。2.32.3 主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)1.設(shè)機(jī)器人頭部每秒鐘轉(zhuǎn)動 6 度,因?yàn)槲佪喭ㄟ^軸直接與機(jī)器人頭部相連,所以蝸輪的轉(zhuǎn)速,要求蝸輪蝸桿的使用壽命為 25000，機(jī)器人頭部的質(zhì)量21 /minnrh, (包含摩擦阻力)5mkg10LFN2.機(jī)器人的外型尺寸為:頭部直徑;頸部高,粗;軀干20cm5hcm10cm40cm40cm60cm;底盤大直徑 100cm,小直徑 60cm,高 40cm2.4.2.4. 電機(jī)的選型電機(jī)的選型驅(qū)動機(jī)構(gòu)是智能檢測報(bào)警機(jī)器人的主要執(zhí)行部件之一,它是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人

17、頭部轉(zhuǎn)動的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此,驅(qū)動機(jī)構(gòu)的性能直接影響到系統(tǒng)的工作特性和功能的實(shí)現(xiàn),具有重要的意義。2.4.12.4.1 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的組成驅(qū)動機(jī)構(gòu)的組成. . 智能檢測報(bào)警機(jī)器人的驅(qū)動機(jī)構(gòu)由以下三部分組成:(一) 核心驅(qū)動部件-步進(jìn)電機(jī); (二) 蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng); (三) 機(jī)器人頭部移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 9 頁 共 35 頁圖 2-4 驅(qū)動機(jī)構(gòu)的組成其總體工作過程如下:由單片機(jī)產(chǎn)生一定頻率的驅(qū)動脈沖信號,通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī);步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動通過蝸輪蝸桿傳動(減速)帶動頭部轉(zhuǎn)動;從而改變超聲波的發(fā)射方向,起到檢測周圍運(yùn)動物體的檢測報(bào)警功能。假設(shè)由單片機(jī)產(chǎn)生的驅(qū)動脈沖

18、信號的頻率為;步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的分頻數(shù)為qf;步進(jìn)電機(jī)的步距角為;蝸輪蝸桿的齒數(shù)為和;機(jī)器人頭部的直徑為;則整K1z2zD個傳動過程可以定量計(jì)算如下: (2-1)21zIz (2-2)KZZfIKfqq21 (2-3) 2Dv將式 2-2 代入 2-3 中得 (2-4)12122qqzDDvffz KIK其中 為機(jī)器人頭部的線速度;為蝸輪蝸桿的減速比。vI由式 2-4 可以看出,機(jī)器人的頭部轉(zhuǎn)動速度正比于單片機(jī)的輸出脈沖頻率。在實(shí)際的系統(tǒng)中,由于機(jī)器人要檢測移動物體。因此,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度比較低,頭部的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為。1 /minnr第 10 頁 共 35 頁2.4.22.4.2 步進(jìn)電機(jī)的選型比較步

19、進(jìn)電機(jī)的選型比較步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移的電氣機(jī)械。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角與輸入的電脈沖數(shù)成正比,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與單位時間內(nèi)脈沖數(shù)成正比,轉(zhuǎn)矩是由磁阻作用所產(chǎn)生的,旋轉(zhuǎn)方向則取決于脈沖的順序。因此,步進(jìn)電機(jī)一定要與脈沖控制聯(lián)系起來才能運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)歸納如下:(1) 步進(jìn)電機(jī)只能在一定脈沖電源供電下才能運(yùn)行(2) 步進(jìn)電機(jī)的角位移量與輸入脈沖嚴(yán)格成正比,因此,電機(jī)轉(zhuǎn)動一周后沒有累積誤差,具有良好的跟隨性(3) 由步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動控制器組成的開環(huán)控制系統(tǒng),既簡單又可靠(4) 步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速與位置控制性能良好(5) 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快,自啟動能力強(qiáng)(6) 輸出力矩較大,屬于力矩型電機(jī)當(dāng)然,

20、步進(jìn)電機(jī)也存在一些缺點(diǎn):(1) 效率較低，輸入功率有很大一部分轉(zhuǎn)為熱能消耗(2) 步進(jìn)電機(jī)存在低頻震蕩,失步和高頻失步等缺陷(3) 步進(jìn)電機(jī)自身噪聲和振動較大2.4.32.4.3 步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算如圖 2-4 所示,機(jī)器人頭部轉(zhuǎn)動的阻力 F=10N,轉(zhuǎn)速,頭部載荷平穩(wěn),1 /minnr在常溫下工作。(1).選擇電動機(jī)的容量電動機(jī)所需工作功率為: wdPP工作機(jī)所需功率為: KW1000wFvP 傳動裝置的總效率為: 22123 按機(jī)械傳動和摩擦副的效率概率值表,確定各部分效率:雙頭蝸桿傳動=0.75,聯(lián)1軸器效率=0.99,滾動軸承傳動效率(一對)=0.99。23所需電動機(jī)

21、的功率為:WFvPd41. 099. 099. 075. 01000026. 010100022移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 11 頁 共 35 頁因載荷平穩(wěn),電動機(jī)額定功率大于即可。edPdP(2).計(jì)算傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù) 0 軸(電機(jī)軸) 00.41dPPW 015.5 /minmnnr 0000.4195509550252.6 .15.5PTN mmn 1 軸(蝸桿軸) WPPP4 . 099. 099. 041. 03200101 010115.515.5 /min1nnri mmNnPT5 .2465 .154 . 095509550111 2 軸(蝸輪軸)

22、WPPP3 . 099. 075. 04 . 03111212 121215.51 /min15.5nnri mmNnPT286513 . 095509550222 3 軸(機(jī)器人頭部軸) WPPP297. 099. 03 . 0222323 232311 /min1nnri mmNnPT4 .28361297. 095509550333表 2 各軸的運(yùn)動和動力參數(shù)第 12 頁 共 35 頁功率/P W轉(zhuǎn)矩/(.)TN mm軸名輸入輸出輸入輸出轉(zhuǎn)速/( /min)n r傳動比i效率電機(jī)軸0.41252.615.5蝸桿軸0.40.396246.548.515.5蝸輪軸0.30.297286528

23、36.41機(jī)器人頭部軸0.290.2872836.4 2807.991115.510.980.740.99由于要求機(jī)器人的頭部轉(zhuǎn)速為，所以根據(jù)蝸輪蝸桿的傳動比可算出16 /ns步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 sn935 .1562根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,可以選擇步距腳為的步進(jìn)電機(jī),每秒鐘給個脈沖,這樣就可以331達(dá)到電機(jī)的需求轉(zhuǎn)速。再根據(jù)上面所算的數(shù)據(jù),故可選擇 70BF003 磁阻式步進(jìn)電機(jī)。其數(shù)據(jù)見下表：型號相數(shù)額定電壓靜態(tài)電流步距角 最大靜轉(zhuǎn)矩空載啟動頻率質(zhì)量70BF003327V3A3/1.5 0.882N.m1600PPs1.2kg2.5 蝸輪蝸桿傳動的選型設(shè)計(jì)(1) 初步選型根據(jù)表 34.1-13 圓柱蝸

24、桿蝸輪參數(shù)的匹配(摘自 GB/T10085-1988).初選 ZA 型蝸桿,其中心距;傳動比;模數(shù);蝸桿分度圓直徑60amm15.5i 2.5m ;蝸桿頭數(shù);蝸輪齒數(shù);蝸輪變位系數(shù);蝸輪分度圓直徑125dmm12Z 231Z 20 x ;蝸桿直徑系數(shù)2122295dadx mmm1/10qdm由和查表 34.1-15 得1zq111836蝸輪的轉(zhuǎn)矩 2122/2/1/2/1ZZFnvFTLmL 又;1LFN12z 231z (電機(jī)選型中計(jì)算得)23 .TN m移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 13 頁 共 35 頁選擇蝸桿材質(zhì) 40cr,淬火硬度45HRc;蝸輪圈材質(zhì) ZcuSn

25、10Pb1 金屬模鑄造,在表 34.1-21 中查得220HPbMPasmndvvs1 . 0cos106/cos/4111 查表 34.1-8 得1.0sZ 71105 . 7250005 .15/5 .156000/6000hinN 從圖 34.1-9 查得時N 7105 . 71.35nZ 其許用接觸應(yīng)力為MPaZZnsHPbHP29735. 10 . 1220 注: :滑動”速度”影響系數(shù); :壽命系數(shù)sZnZ(2) 接觸強(qiáng)度驗(yàn)算 確定 K 值 sv 0.1/m s11K 取 7 級精度 21K 取 ( 圖 34.1-6 )100%JC 31K 取 ( 表 34.1-18 )30 C4

26、1K 工作平穩(wěn) ( 表 34.1-19 )51K 154321KKKKKKMPadKTdH25/3195/15150/15150122 MPaMPa83.5335. 04 .155接觸強(qiáng)度足夠(3) 彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算 確定和2YFP (表 34.1-24);20.410Y (圖 34.1-9);1.0NY 第 14 頁 共 35 頁 (表 34.1-23);50FPbMPaMPaYNFPbFP500 . 150 21222000/(cos )FKTd d mY )31.11cos41. 05 . 29525/(312000 2.550MPaMPa 彎曲強(qiáng)度足夠(4) 該蝸桿傳動(軸交角)的幾何尺寸

27、計(jì)算90表 1 蝸桿蝸輪幾何尺寸名稱代號公式結(jié)果中心距a122(2)/2addx m60mm蝸桿頭數(shù)1z由實(shí)際需要確定2蝸輪齒數(shù)2z21ziz31齒行角a或20 xa20na20模數(shù)mcosnxmmm2.5mm傳動比i12/nn15.5蝸輪變位系數(shù)2x122cosddaxm0蝸桿直徑系數(shù)q1/qdm10蝸桿軸向齒距xPxPm7.9mm蝸桿導(dǎo)程zP1zPmz15.7mm蝸桿分度圓直徑1d1dmq25mm移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 15 頁 共 35 頁蝸桿齒頂圓直徑1ad*111122aaaddhdh m30mm蝸桿齒根圓直徑1fd*111122()ffaddhdh mc19

28、mm頂隙c*cc m0.5mm漸開線蝸桿基圓直徑1bd11tan/tanbbdd11.9mm蝸桿齒頂高1ah*1aahh m2.5mm蝸桿齒根高1fh*1()fahhc m3mm蝸桿齒高1h111afhhh5.5mm蝸桿導(dǎo)程角11tan/mzd111836蝸桿齒寬1b112121.2(120.1 )3.4(130.1 )zbz mzz m2時，時，b40mm蝸輪分度圓直徑2d221222dmzadx m95mm蝸輪齒頂圓直徑2ad2222addha100mm蝸輪齒根圓直徑2fd2222fddhf89mm蝸輪齒頂高2ah*22()aahm hx1.25mm蝸輪齒根高2fh*22()fahm hx

29、c4.25mm蝸輪齒高2h222afhhh5.5mm蝸輪齒寬2b210.65abd19.5mm蝸輪齒厚1s按蝸桿節(jié)圓處軸向齒槽寬確定e x第 16 頁 共 35 頁2.62.6 電機(jī)的效核電機(jī)的效核 該伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件輸出軸所承受的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為,等效慣量轉(zhuǎn)矩為,meqTT慣則電機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為: meqTTT慣 考慮到機(jī)械的總傳動效率時,則 meqTTT慣（）/蝸輪軸的慣量:2232111)015. 0(06. 0)2015. 0(14. 31085. 74141RmJ25.106 . 0mkg蝸輪的慣量: 222214Jm R23.1015. 0mkg蝸桿軸的慣量: 233341RmJ

30、 24.1078. 0mkg所以 23321.10234. 0mkgJJJJ總即等效轉(zhuǎn)動慣量為: 23.10234. 0mkgJJ總慣則: mmNT.4 . 0慣由于總傳動效率為 0.75，所以: (2550.4)/0.75340.5 .meqTTTN mm慣（）/若選用 75BF003 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī),其最大靜轉(zhuǎn)矩。當(dāng)采用三相max882 .jTN mm六拍通電方式,為保證帶負(fù)載能正常啟動和定位停止,電動機(jī)的啟動和制動轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足下列要求: qTqTT 查表 3.7 可知,。因?yàn)?故該電機(jī)可以max/0.87qjTTmmNTq.34.767qTT使用。移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器

31、人第 17 頁 共 35 頁2.72.7 軸的較核及聯(lián)件的選型軸的較核及聯(lián)件的選型2.7.12.7.1 蝸桿軸的較核蝸桿軸的較核(1) 求蝸桿軸上的轉(zhuǎn)矩 250 .TN mm蝸桿(2) 求作用在蝸桿上的力 圓周力,徑向力,軸向力的大小如下：tFrFaF NdTFt20025. 025. 02211 NFFntr4 . 7costan NFFta95. 3tan(3) 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理，初估軸的最小直徑，查表取可得115A mmnPAd4 . 35 .150004. 01153311min所以取10dmm圖 2-5 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)圖(4) 軸的強(qiáng)度較核 求軸的載

32、荷 1 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖(見圖 2-6)，軸的支承跨距。120Lmm根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖,扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖(見圖 2-6)。從軸的結(jié)構(gòu)第 18 頁 共 35 頁圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出,截面的當(dāng)量彎矩最大,是軸的危險截面。截面處CC的,及的數(shù)值如下：HMVMMTcaM 支反力 水平面 1201022tHFRN 210HRN 垂直面 17.452aVarrF dRMFFN 210.05VrVRFRN 彎矩和 水平面 HMVMmmNRMHH.600601 垂直面 mmNRMVV.447601 合成彎矩 M22748.2 .HVMMMN mm 扭矩 T T=250.N

33、mm 當(dāng)量彎矩 caMmmNMca.1 .763移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 19 頁 共 35 頁圖 2-6. 軸的計(jì)算簡圖 較核軸的強(qiáng)度 2 軸的材料為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理，由表 4-1 查得 則2650/BN mm,即。取，軸的計(jì)算應(yīng)力為: 0.09 0.1B258 65/N mm2 60/N mm第 20 頁 共 35 頁 23/56. 1171 . 01 .763mmNWMcaca 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,該軸滿足強(qiáng)度要求。(5)精確較核軸的疲勞強(qiáng)度 判斷危險截面 1危險截面應(yīng)該是應(yīng)力較大,同時應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面。從受載情況觀察,截面 C 上的最大,但應(yīng)力集中不大,而且

34、這里的軸徑最大,故截面 C 不必較核,從應(yīng)caM力集中對軸的疲勞強(qiáng)度削弱程度觀察,截面 4 的應(yīng)力集中最嚴(yán)重且受扭矩的作用,分析可知危險截面為 4 截面(左側(cè))。 計(jì)算危險截面應(yīng)力 2截面左側(cè)彎矩為 MmmNM.4 .24912020602 .748截面上的扭矩為 T250 .TN mm抗彎截面系數(shù) 3335 .337151 . 01 . 0mmdW抗扭截面系數(shù) 333675152 . 02 . 0mmdWT截面上的彎曲應(yīng)力 2249.40.74/337.5bMN mmW截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 22500.37/675TTN mmW彎曲應(yīng)力幅 20.74/abN mm彎曲平均應(yīng)力 0m扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的

35、應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等,即 20.370.185/22amN mm 確定影響系數(shù) 3軸的材料為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理，由表 4-1 查得, 2600/BN mm,。21275/N mm21140/N mm軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù),，根據(jù), kk/1/150.067r d ,由表 4-5,經(jīng)插值后可得,。/17/151.13D d 1.58k1.25k移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 21 頁 共 35 頁尺寸系數(shù),，根據(jù)軸截面為圓截面查圖 4-18 得,。0.880.9表面質(zhì)量系數(shù),，根據(jù)和表面加工方法為精車,查圖 4-2600/BN mm19,得。0.88材料彎曲扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù)

36、,，取,0.10.05由上面結(jié)果可得2 .23501 . 074. 058. 12751makS1 .582185. 005. 0185. 025. 11401makS22218.1caS SSSS查表 4-4 中的許用安全系數(shù)S值,可知該軸安全。2.7.22.7.2 蝸桿軸上軸承的選型蝸桿軸上軸承的選型 根據(jù)蝸桿軸的軸徑初選深溝球軸承型號為:軸承代號基本尺寸/mm安裝尺寸/mm基本額定載荷/ KN極限速度( /min)r質(zhì)量kg61802d=15D=24B=5minmaxmax17220.3aaasdDr2.11.3rorCC220000.008其中 Y=2.3,e=0.191. 計(jì)算軸承的

37、支反力 (1). 水平支反力 12201022tHHFRRN (2). 垂直支反力 1(600.5)/120VrmaRFd F3.3N 23.3VRN第 22 頁 共 35 頁 (3). 合成支反力 2211110.5HVRRRN 210.5RN圖 2-7. 軸承受力圖2. 軸承的派生軸向力由式 5-9 可得: NYRS3 . 23 . 22/5 .102/11 NYRS3 . 23 . 22/5 .102/223. 軸承所受的軸向載荷 因 由式 5-102213.952.36.25aaKSFSNS 1223.952.36.25aaAKSFSN移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 2

38、3 頁 共 35 頁 222.3ASN4. 軸承的當(dāng)量動載荷 因查表 5-12 111/6.25/10.50.60.19ARe 110.56,2.3XY 由式 5-7 得 NAYRXPr3 .2025. 63 . 25 .1056. 011111 因查表 5-12 222/2.3/10.50.210.19ARe 110.56,2.3XY 由式 5-7 得 NAYRXPr17.113 . 23 . 25 .1056. 0222225. 軸承壽命 因，故應(yīng)按計(jì)算,由表 5-9,表 5-10,查得。按式 5-5 得12rrPP1rP1,1ptff hpfcfnLrprth9310631016108

39、. 4)3 .20121001(5 .156010)(6010故可得該軸承絕對滿足要求。2.7.32.7.3 蝸輪軸的較核蝸輪軸的較核. .1. 蝸輪軸上的轉(zhuǎn)矩為 2865 .TN mm2. 求作用在蝸輪上的力 3.95taFFN20atFFN 7.4rrFFN 3 確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理，按式 4-2 初估軸的最小直徑。查表取，115A 可得 mmnPAd7 . 710003. 01153322min第 24 頁 共 35 頁所以取10dmm圖 2-8. 蝸輪軸的結(jié)構(gòu)圖4. 軸的強(qiáng)度較核 求軸的載荷 1 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖.軸的支承跨距.40Lm

40、m 根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖,扭矩圖和當(dāng)量彎矩圖(見圖 2)，從軸的結(jié)構(gòu)圖和當(dāng)量彎矩圖中可以看出,截面的當(dāng)量彎矩最大,是軸的危險截面。截面處CC的,及的數(shù)值如下：HMVMMTcaM 支反力 水平面 13.951.97522tHFRN 21.975HRN移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 25 頁 共 35 頁 垂直面 18.352aVarrF dRMFFN 210.95VrVRFRN 彎矩和 水平面 HMVMmmNRMHH.5 .39201 垂直面 mmNRMVV.167601 合成彎矩 M22171.6 .HVMMMN mm 扭矩 T T=2865.N mm 當(dāng)量彎矩 ca

41、MmmNTMMca.5 .172722 較核軸的強(qiáng)度 2 軸的材料為 45 鋼,調(diào)質(zhì)處理，由表 4-1 查得 則2650/BN mm,即。取，軸的計(jì)算應(yīng)力為: 0.09 0.1B258 65/N mm2 60/N mm 23/22. 4171 . 05 .1727mmNWMcaca 根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知,該軸滿足強(qiáng)度要求。5. 精確較核軸的疲勞強(qiáng)度 判斷危險截面 1危險截面應(yīng)該是應(yīng)力較大,同時應(yīng)力集中較嚴(yán)重的截面。從受載情況觀察,截面 C 上的最大,但應(yīng)力集中不大,而且這里的軸徑最大,故截面 C 不必較核,從應(yīng)caM力集中對軸的疲勞強(qiáng)度削弱程度觀察,截面 4 的應(yīng)力集中最嚴(yán)重且受扭矩的作用,分析可

42、知危險截面為 4 截面(左側(cè))。 計(jì)算危險截面應(yīng)力 2截面左側(cè)彎矩為 MmmNM.9 .424010206 .171截面上的扭矩為 T2865 .TN mm抗彎截面系數(shù) 3335 .337151 . 01 . 0mmdW抗扭截面系數(shù) 333675152 . 02 . 0mmdWT截面上的彎曲應(yīng)力 242.90.13/337.5bMN mmW第 26 頁 共 35 頁截面上的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 228654.25/675TTN mmW彎曲應(yīng)力幅 20.13/abN mm彎曲平均應(yīng)力 0m扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的應(yīng)力幅與平均應(yīng)力相等,即 24.252.125/22amN mm 確定影響系數(shù) 3軸的材料為 45 鋼,調(diào)

43、質(zhì)處理，由表 4-1 查得, 2600/BN mm,。21275/N mm21140/N mm軸肩圓角處的有效應(yīng)力集中系數(shù),，根據(jù), kk/1/150.067r d ,由表 4-5,經(jīng)插值后可得,。/17/151.13D d 1.58k1.25k尺寸系數(shù),，根據(jù)軸截面為圓截面查圖 4-18，得,。0.880.9表面質(zhì)量系數(shù),，根據(jù)和表面加工方法為精車,查圖 4-2600/BN mm19,得。0.88材料彎曲,扭轉(zhuǎn)的特性系數(shù),，取,。0.10.05由上面結(jié)果可得9 .133801 . 013. 058. 12751makS7 .50125. 205. 0125. 225. 11401makS22

44、50.7caS SSSS查表 4-4 中的許用安全系數(shù)S值,可知該軸安全。移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 27 頁 共 35 頁2.7.42.7.4 蝸輪軸上軸承的選型蝸輪軸上軸承的選型 根據(jù)蝸輪軸的軸徑為了便于安裝初選角接觸球軸承型號為:軸承代號基本尺寸/mm安裝尺寸/mm基本額定載荷/ KN極限速度( /min)r質(zhì)量kg7002cd=15D=32B=9minmaxmax17290.3aaasdDr6.253.42rorCC240000.0281. 計(jì)算軸承的支反力 (1) 水平支反力 123.951.97522tHHFRRN (2) 垂直支反力 1(200.5)/40Vr

45、maRFd F27.45N227.45VRN (3) 合成支反力 2211127.5HVRRRN227.5RN2. 軸承的派生軸向力 NYRS98. 53 . 22/5 .272/11 NYRS98. 53 . 22/5 .272/223. 軸承所受的軸向載荷 因由式 5-10221205.9825.98aaKSFSNS 122205.9825.98aaAKSFSN 225.98ASN4. 軸承的當(dāng)量動載荷 因查表 5-12 111/25.98/27.50.940.19ARe 110.56,2.3XY第 28 頁 共 35 頁 由式 5-7 得 NAYRXPr2 .7598.253 . 25

46、.2756. 011111圖 2-9. 軸承受力圖 因查表 5-12 222/5.98/27.50.220.19ARe110.56,2.3XY 由式 5-7 得 NAYRXPr2 .2998. 53 . 25 .2756. 0222225. 軸承壽命 因，故應(yīng)按計(jì)算,由表 5-9,表 5-10,查得。按式 5-5 得12rrPP1rP1,1ptff hpfCfnLrprth93106310161095. 0)2 .75121001(16010)(6010故可得該軸承絕對滿足要求。移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 29 頁 共 35 頁2.7.52.7.5 鍵的較核鍵的較核蝸輪軸鍵

47、的較核 PPdklT2式中：T傳遞扭矩， 13TN m d軸徑， 15dmm 鍵與輪轂的接觸高度， k6322hkmm 鍵的工作長度， l1266lLbmm32 3 1022.215 3 6PMPa 許用應(yīng)力查表 2-21 得 P MPaP120所以，鍵的校核通過P P2.7.62.7.6 聯(lián)軸器的選型聯(lián)軸器的選型1.凸圓聯(lián)軸器軸徑 10mm ,許用轉(zhuǎn)矩 10N.m ,許用轉(zhuǎn)速 1400r/min故根據(jù)給出的參數(shù)直接選用2.套筒聯(lián)軸器 軸徑 8mm ,許用轉(zhuǎn)矩 71N.m ,許用轉(zhuǎn)速小于 250r/min同樣根據(jù)給出的參數(shù)直接選用.2.82.8 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章主要介紹了智能檢測報(bào)警機(jī)器

48、人的大體結(jié)構(gòu),詳細(xì)計(jì)算了機(jī)器人”機(jī)”方面的主要參數(shù)并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了具體設(shè)計(jì)。第 3 章. 驅(qū)動機(jī)構(gòu)及其控制方式本章提要 本章介紹智能檢測報(bào)警機(jī)器人驅(qū)動機(jī)構(gòu)的組成及其運(yùn)動分析,對步進(jìn)電機(jī)詳細(xì)論述其工作原理,性能指標(biāo)和控制方式。第 30 頁 共 35 頁3.1.3.1. 概述概述 步進(jìn)電機(jī)具有控制簡便,定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在許多領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛的應(yīng)用，鑒于傳統(tǒng)的脈沖系統(tǒng)移植性不好,本論文提出了微機(jī)控制系統(tǒng)代替脈沖發(fā)生器和脈沖分配器,用軟件的方法產(chǎn)生控制脈沖,通過軟件編程可以任意設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,旋轉(zhuǎn)角度,轉(zhuǎn)動次數(shù)和控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以簡化控制電路,降低生產(chǎn)成本,提高系統(tǒng)的運(yùn)

49、行效率和靈活性。3.23.2 步進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)3.2.13.2.1 步進(jìn)電機(jī)的工作特性步進(jìn)電機(jī)的工作特性 (1) 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性所謂靜態(tài)轉(zhuǎn)矩是指電機(jī)不改變通電狀態(tài),轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時的工作狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與其轉(zhuǎn)子的位置密切相關(guān),其關(guān)系如圖 3-1 中,靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性曲線所示。在靜態(tài)空載的情況下,相應(yīng)的定,轉(zhuǎn)子是對齊的,這時電機(jī)無力矩輸出。若轉(zhuǎn)子受到一負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用,電機(jī)將會偏轉(zhuǎn)一個角(稱為失調(diào)角),這時轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩和cTmT負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等,使轉(zhuǎn)子重新處于平衡狀態(tài).轉(zhuǎn)子反向偏轉(zhuǎn)將會產(chǎn)生正向力矩,正向cT偏轉(zhuǎn)將會產(chǎn)生反向力矩。因?yàn)?步進(jìn)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程為: (3-1

50、) 212sdLTI sd當(dāng)定轉(zhuǎn)子磁極對齊時,電感為最大;當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極處在定子磁極之間,電感最小。sLsL假設(shè)電感在兩個位置之間的變化為正弦函數(shù),即,則式 3-1 可sL0cos()sLLLp改為: (3-2)211sin()2sTI Lp移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 31 頁 共 35 頁 圖 3-1 步進(jìn)電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩特性這正與前面的分析相同,說明是靜轉(zhuǎn)矩是隨失調(diào)角的正弦函數(shù)變化。(2) 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)矩頻特性步進(jìn)電機(jī)在連續(xù)運(yùn)行時(同步狀態(tài)下),需要足夠的轉(zhuǎn)矩來克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩和加減速的慣量。步進(jìn)電機(jī)在不同的速度下,所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩(失步轉(zhuǎn)矩)是不同的,其關(guān)系常用動態(tài)矩頻特性來描

51、述(如圖 3-2)。圖 3-2 步進(jìn)電機(jī)的力矩-頻率特性第 32 頁 共 35 頁由矩頻特性曲線圖可見,隨著電機(jī)運(yùn)行頻率的提高,輸出轉(zhuǎn)矩逐漸下降。這是因?yàn)?在低頻時,相繞組的沖放電是充分的,而當(dāng)頻率逐漸上升后,由于電感的沿時特性,使相繞組的電流波形嚴(yán)重失真,達(dá)不到額定值,從而使輸出轉(zhuǎn)矩明顯減小。動態(tài)矩頻特性是選用適合的步進(jìn)電機(jī)的重要指標(biāo)之一。一般情況下,在已知功況的條件下(最大,最小負(fù)載力矩),就可以通過電機(jī)的動態(tài)矩頻特性曲線,找出其所能正常工作(不失步)的極限頻率范圍。動態(tài)矩頻特性不僅與步進(jìn)電機(jī)本身的性能有關(guān),同時,在很大程度上也受外部驅(qū)動電路的特性影響。(3) 啟動頻率步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟

52、動,不失步地進(jìn)入正常運(yùn)行所允許的最高啟動頻率，稱為啟動頻率。步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率受轉(zhuǎn)子負(fù)載慣量的影響很大,一般隨慣量的增大而急劇地減小。步進(jìn)電機(jī)的啟動頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其最高運(yùn)行頻率,而且若電機(jī)除了慣量負(fù)載之外,還帶有摩擦轉(zhuǎn)矩等轉(zhuǎn)矩負(fù)載,其啟動頻率將進(jìn)一步降低。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,為了使電機(jī)能正確地從靜止?fàn)顟B(tài)啟動到高頻工作狀態(tài)或反之,必須使用軟件或硬件的方法,使電機(jī)的速度逐漸的上升或下降,避免速度的突然跳變。(4) 單步運(yùn)行與振蕩步進(jìn)電機(jī)在高速連續(xù)運(yùn)行時,盡管每次繞組電流切換會引起瞬時的力矩波動,但系統(tǒng)慣量通常足以維持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。但在單步運(yùn)行時,情況有所不同，單步運(yùn)行時,由于驅(qū)動脈沖到來,轉(zhuǎn)子受到了一

53、個突然的沖擊力作用移動到了下一個位置,但由于慣性的作用,轉(zhuǎn)子會沖過平衡位置,然后在電磁力矩的作用下被拉回并再一次超過平衡位置,形成一個振蕩過程。因此,在需要頻繁啟動和急停的精確定位系統(tǒng)中,必須通過增加阻尼的方法,來減輕單步振蕩所帶來的不利影響。3.2.23.2.2 步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)是指控制器(單片機(jī))根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序或是實(shí)時計(jì)算產(chǎn)生的參數(shù),直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由于系統(tǒng)的輸出值對輸入沒有影響,因而不能補(bǔ)償外界的擾動,負(fù)載變化和系統(tǒng)元件參數(shù)變化引起的誤差。當(dāng)然,開環(huán)控制系統(tǒng)也存在它特有的優(yōu)勢,如結(jié)構(gòu)簡單,成本低,系統(tǒng)響應(yīng)快,不存在穩(wěn)定性問題。由于步進(jìn)電機(jī)自身

54、所具有的獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),它成為了開環(huán)控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件。圖 3-3 步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 33 頁 共 35 頁3.33.3 本章小結(jié)本章小結(jié) 本章具體介紹了機(jī)器人頭部驅(qū)動的實(shí)現(xiàn)和步進(jìn)電機(jī)的控制,在此具體介紹了步進(jìn)電機(jī)的硬件和軟件兩種控制方式。結(jié)束語智能檢測報(bào)警機(jī)器人是智能機(jī)器人應(yīng)用于服務(wù)行業(yè)的一個代表性的產(chǎn)品,它初步實(shí)現(xiàn)了無人干預(yù)下的局部自主工作方式,具有自能化,高效性等特點(diǎn)。充分體現(xiàn)了人們對未來高效,舒適,安全生活的一種要求。正是產(chǎn)品的構(gòu)思,設(shè)計(jì)的整個過程,給了我一個將機(jī)械,電子,自動控制,檢測等多方面知識綜合運(yùn)用的機(jī)會。在完成這一課題的過程

55、中,我主要進(jìn)行了以下研究。針對機(jī)器人頭部的運(yùn)動方式,設(shè)計(jì)了蝸輪蝸桿的傳動方式,由步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動。將步進(jìn)電機(jī)的高精度,數(shù)控性等特點(diǎn)充分體現(xiàn)在智能檢測報(bào)警機(jī)器人的驅(qū)動系統(tǒng)中。有關(guān)于智能檢測報(bào)警機(jī)器人的進(jìn)一步研究重點(diǎn),可以總結(jié)為以下幾個方面:1. 從機(jī)器人的移動出發(fā)目前我設(shè)計(jì)的智能檢測報(bào)警機(jī)器人,還只是固定式的,這樣就大大縮小了機(jī)器人檢測的范圍。因此,為了提高機(jī)器人的測量范圍,需將機(jī)器人設(shè)計(jì)成移動式的。2. 從能源的角度出發(fā)目前,在開發(fā)同類依靠自身攜帶電源工作的機(jī)器人產(chǎn)品中,都存在一個共同的問題,即電源的能量/體積比不夠經(jīng)濟(jì)。為了滿足長時間的工作,機(jī)器人的體積往往因其電源而變的很大。為此,需要不斷的

56、研究新的供電電源,.如太陽能電池,或鎳鋅電池等。3. 從產(chǎn)品的推廣服務(wù)性機(jī)器人的最終定位,必然是針對滿足人的需要。它與人處于共同的工作和生活空間中,替代和幫助人完成一系列的工作,因此安全性,友善性和操作的簡單性就顯得尤為突出。在設(shè)計(jì)時應(yīng)注意:產(chǎn)品的外形易于被大眾接受,要向?qū)櫸锘?1擬人化方向發(fā)展;操作的表面應(yīng)該實(shí)用,美觀。2以上的幾個方面是在我看來,有關(guān)智能檢測報(bào)警機(jī)器人進(jìn)一步發(fā)展的研究重點(diǎn)。智能機(jī)器人只有在其智能化,小型化,多用途等方面不斷改善和提高才能最終真正實(shí)現(xiàn)安全,自主地替代人的勞動,成為人們必不可少的生活助手。第 34 頁 共 35 頁致 謝在論文即將完成之際，我謹(jǐn)懷誠摯的心情向指導(dǎo)

57、老師王明軍老師致以崇高的敬意和深深的謝意，感謝他在我完成課題過程中給予的幫助和指導(dǎo)。老師的淵博學(xué)識和對事業(yè)的執(zhí)著追求精神及對學(xué)生的愛護(hù)期待之心都將永遠(yuǎn)銘記在心，并鼓勵著我在今后的人生道路上不斷拼搏進(jìn)取。最后，向所有關(guān)心、理解、支持及幫助過我的老師、同學(xué)、朋友及親人致以誠摯的謝意。由于本人水平有限、時間的倉促，論文難免有不足和錯誤之處，懇請各位老師批評、指正，再次表示感謝。移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人移動物體檢測報(bào)警機(jī)器人第 35 頁 共 35 頁參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1. 肖興明主編. 機(jī)電控制及自動化. 中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 2003 年2. 唐大放主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)(2). 中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2

58、004 年3. 王洪欣等編著. 機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)(1). 中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2004 年4. 秦曾煌主編. 電工學(xué). 高等教育出版社,2005 年5. 張建民等編著. 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)(第二版). 高等教育出版社,2006 年6. 余夢生,吳宗澤主編. 機(jī)械零部件手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社,1996 年7. 趙負(fù)圖主編. 機(jī)電控制集成電路手冊. 化學(xué)工業(yè)出版社,2003 年8. 阮乃忠主編. 常用機(jī)械電氣控制手冊. 福建科學(xué)技術(shù)出版社,2003 年9. 朱孝錄主編. 齒輪傳動設(shè)計(jì)手冊. 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 年10. 卜炎主編. 實(shí)用軸承技術(shù)手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社,2004 年11. 沙占友

59、主編. 集成化智能傳感器原理與應(yīng)用. 電子工業(yè)出版社,2004 年12. 方建軍,何廣平編著. 智能機(jī)器人. 化學(xué)工業(yè)出版社,2004 年13. 高峰編著. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)用技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社,2004 年14. 楊寧主編. 單片機(jī)與控制技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社,2005 年15. 張忠夫主編. 機(jī)電傳動與控制. 機(jī)械工業(yè)出版社,2004 年16. 甘學(xué)溫等編著. 集成電路原理與設(shè)計(jì). 北京大學(xué)出版社,2006 年17. 張義和編著. 電路設(shè)計(jì)大全. 中國鐵道出版社,2004 年18. 肖景和編著. 數(shù)字集成電路應(yīng)用精粹. 人民郵電出版社,2002 年19. 趙負(fù)圖主編. 數(shù)字邏輯集成電路手冊. 化學(xué)工業(yè)出版社,2005 年20. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(新版). 機(jī)械工業(yè)出版社,2004 年21. (美)丹尼斯.克拉克,邁克爾.歐文斯著. 宗生華,張慧慧譯. 機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制. 科學(xué)出版社,2004 年.