模塊式六自由度機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 摘   要  近二十年來(lái)，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展非常迅速，各種用途機(jī)器人在各個(gè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。我國(guó)在機(jī)器人的應(yīng)用和研究方面與工業(yè)化發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，因此設(shè)計(jì)和研究各種用途的機(jī)器人特別是推廣機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用是有現(xiàn)實(shí)的意義。  典型的工業(yè)機(jī)器人例如噴裝配機(jī)器人、漆機(jī)器人、焊接機(jī)器人等大多是固定在加工設(shè)備旁邊或生產(chǎn)線作業(yè)的，本論文在參考大量的文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合了項(xiàng)目的要求，設(shè)計(jì)一種小型的、固定在 實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的串聯(lián)六自由度機(jī)器人。  首先，針對(duì)機(jī)器人設(shè)計(jì)要求提出了多個(gè)方案，并且對(duì)其進(jìn)行分析和比較， 選擇其中最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 ;然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，用 D 一 H 方法來(lái)建立坐標(biāo)變換矩陣，推算出運(yùn)動(dòng)方程的正解和逆解 ;用矢量積法推導(dǎo)速度雅可比矩陣，并計(jì)算包括腕點(diǎn)在內(nèi)的一些點(diǎn)的速度和位移 ;然后借助坐標(biāo)的變換矩陣進(jìn)行工作空間的分析。這些工作為移動(dòng)式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析提供了依據(jù)。  最后運(yùn)用已有的六自由度機(jī)械手及其手爪的三維造型和裝配，將模型導(dǎo)入進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了分析，并且對(duì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中使用的虛擬樣機(jī)技術(shù)做了嘗試，積累了經(jīng)驗(yàn)。  關(guān)鍵詞 :6自由度機(jī)器人；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；仿 真  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 n in is a in of so be a to of as on or on of of a of   of be on GV to a of of to  At  一 H of of of a to At do of of s s be in do In to in of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 目   錄  摘   要  . 1 . 2 目   錄  . 3 第一章  緒論  . 1 . 1 . 1 . 1 由度理論概述  . 2 . 2 . 3 第二章  運(yùn)動(dòng)學(xué)分析  . 4 . 4 . 4 . 4 意坐標(biāo)系的變換關(guān)系  . 9 . 11 構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析  . 11 構(gòu)尺寸參數(shù)  . 11 構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程  . 13 第三章  模塊式六自由度機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)  . 15 體控制方案設(shè)計(jì)  . 15 進(jìn)電機(jī)選取及控制設(shè)計(jì)  . 15 . 15 . 17 . 17 . 18 9. 21 介  . 21 小系統(tǒng)  . 21 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 統(tǒng)設(shè)計(jì)  . 22 第四章  模塊式六自由度機(jī)器人控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)  . 25 . 25  介  . 25 51 簡(jiǎn)介  . 25 真系統(tǒng)設(shè)計(jì)  . 25 真系統(tǒng)組成  . 25 . 25 行調(diào)試結(jié)果  . 26 結(jié)   果  . 26 參考文獻(xiàn)  . 28 致  謝  . 29 附錄：程序代碼  . 30 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 第一章  緒論  器人概述  機(jī)器人是種能夠進(jìn)行編程，并在 自動(dòng)控制下執(zhí)行移動(dòng)作業(yè)任務(wù)或某種操作的機(jī)械裝置。  機(jī)器人技術(shù)綜合了電子工程、機(jī)械工程、人工智能、及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種科學(xué)的最新研究成果，是典型的機(jī)電一體化技術(shù)代表，是在當(dāng)代科技發(fā)展最活躍領(lǐng)域。機(jī)器人的制造研究與應(yīng)用正受到越來(lái)越多的工業(yè)國(guó)家的重視。近十幾年來(lái)，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展非常迅速，各種工業(yè)機(jī)器人的在各個(gè)領(lǐng)域各種用途中獲得廣泛應(yīng)用。  塊式六自由度機(jī)器人概述  器人分類(lèi)  關(guān)于 機(jī)器人如何分類(lèi)， 在 國(guó)際上沒(méi)有制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，有的按控制方式分，有的按負(fù)載重量分，有的按應(yīng)用領(lǐng)域分 ， 有的按結(jié)構(gòu)分，有的按自由度分。一般的分類(lèi)方式 ： 多功能，有幾個(gè)自由度，操作型機(jī)器人 ， 能自動(dòng)控制，可固定或運(yùn)動(dòng)，可重復(fù)編程，用于相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng) 之 中 。 程控型機(jī)器人 ， 按預(yù)先要求的條件及順序，依次控制 工業(yè) 機(jī)器人的機(jī)械動(dòng)作 。 “示教再現(xiàn)型 ”機(jī)器人 ，可以 通過(guò)引導(dǎo) 或者 其它方式，首先 教會(huì)機(jī)器人 執(zhí)行 動(dòng)作，輸入工作程序，則機(jī)器人 可 自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行作業(yè)。感覺(jué)控制型機(jī)器人 ，通過(guò) 傳感器獲取的信息 來(lái) 控制機(jī)器人的動(dòng)作。數(shù)控型 的 機(jī)器人 ， 不必使機(jī)器人動(dòng)作 ，通過(guò)語(yǔ)言、數(shù)值等對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教，根據(jù)機(jī)器人示教后的信息進(jìn)行 工作 。適應(yīng)控制型機(jī)器人 ， 機(jī)器人能適應(yīng)變化 中 環(huán)境，控制自身的行動(dòng) 。 學(xué)習(xí)控制型機(jī)器人 ， 具有一定的學(xué)習(xí)功能，機(jī)器人能 “體會(huì) ”工作的經(jīng)驗(yàn)，并將所 “學(xué) ”的經(jīng)驗(yàn)用于 作業(yè) 中 。 智能 型 機(jī)器人 ， 以人工智能決定其機(jī)器人的行動(dòng)。  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 由度理論概述  自自度的概念 :工業(yè)機(jī)器人的空間機(jī)構(gòu)一般都為多關(guān)節(jié)，其運(yùn)動(dòng)副通常有轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副兩種。移動(dòng)關(guān)節(jié)是以移動(dòng)副相連的關(guān)節(jié)。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)是以轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的關(guān)節(jié)。在這些關(guān)節(jié)之中，單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)被稱(chēng)為主動(dòng)關(guān)節(jié)。主動(dòng)關(guān)節(jié) 的數(shù)目就是機(jī)器人的自由度。  由機(jī)械原理可知，機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)確定時(shí)必須所給定的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)目，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的自由度（ of of 其數(shù)目通常表示為 F。如果一個(gè)構(gòu)件組合體自由度 F>0，他就可以稱(chēng)為一個(gè)機(jī)構(gòu)，也就是表明各構(gòu)件間可有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)；如果 F=0，則表明它是一個(gè)結(jié)構(gòu)（ 即已退化成為一個(gè)構(gòu)件。機(jī)構(gòu)自由度分為平面的機(jī)構(gòu)自由度和空間的機(jī)構(gòu)自由度。一個(gè)原動(dòng)件只能提供一個(gè)獨(dú)立的參數(shù)。  塊式六自由度機(jī)器人的應(yīng)用  六自由度機(jī)器人是一種典型工業(yè) 機(jī)器人，在裝配、自動(dòng)搬運(yùn)、噴涂、焊接、等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中有廣泛應(yīng)用。固高科技 它既滿(mǎn)足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的要求，也是教學(xué)與科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的理想對(duì)象。   該機(jī)器人采用六關(guān)節(jié)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，各個(gè)關(guān)節(jié)以“精密諧波減速器 +絕對(duì)編碼器電機(jī)”為傳動(dòng)。在小臂處留有氣動(dòng)工具、安裝攝像頭等外部設(shè)備的接口，并且提供備用的電氣接口，方便用戶(hù)進(jìn)行功能的擴(kuò)展。   機(jī)器人控制方面，采用集成的 術(shù)、邏輯控制、圖像技術(shù)及具有專(zhuān)業(yè)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的 速高精度，性能可靠穩(wěn)定。  工業(yè)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。工業(yè)機(jī)器人一般是指在工廠車(chē)間的環(huán)境中，配合自動(dòng)化生產(chǎn)需要，代替人來(lái)完成零件或材料的加工、裝配、搬運(yùn)等操作的一種工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人定義為 :“一種可重復(fù)編程的、自動(dòng)定位控制、多自由度、多功能的操作機(jī)。能搬運(yùn)零件、材料或操持工具，用以完成各種作業(yè)?！? 操作機(jī)被定義為 :“具有與人的手臂有相似的動(dòng)作功能，可以在空間抓放物體或者進(jìn)行其它操作的機(jī)械裝置。”  一個(gè)典型的機(jī)器人系統(tǒng)由通訊接口、本體、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部分組成 。一般多自由度的串聯(lián)機(jī)器人具有 4 6 個(gè)的自由度，其買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 中 2 3個(gè)自由度用來(lái)決定末端執(zhí)行器在空間的位置，其余的 2 3個(gè)自由度用來(lái)決定了末端執(zhí)行器在空間的姿態(tài)。  要研究?jī)?nèi)容  通過(guò)查閱了大量的文獻(xiàn)資料，并且系統(tǒng)學(xué)習(xí)了機(jī)器人的技術(shù)知識(shí)，同時(shí)對(duì)國(guó)內(nèi)外的機(jī)器人，主要是對(duì)六自由度機(jī)器人的現(xiàn)狀有了比較詳細(xì)了解。在這個(gè)基礎(chǔ)上，結(jié)合了作者本人設(shè)想，和設(shè)計(jì)工作中需要解決的問(wèn)題，主要進(jìn)行以下幾項(xiàng)工作 :  (1) 調(diào)研收集分析有關(guān)六自由度機(jī)器人的資料，總結(jié)其機(jī)構(gòu)與工作特點(diǎn)；  (2) 找到合適六自由度機(jī)器人的機(jī)構(gòu)方案；  (3) 模 塊式六自由度機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)；  (4) 六自由度機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真；  (5) 利用動(dòng)力學(xué)分析軟件 六自由度機(jī)器人模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，對(duì)在設(shè)計(jì)中使用虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)行探索和嘗試。  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 第二章  運(yùn)動(dòng)學(xué)分析  述  多自由度機(jī)器人其實(shí)是具有多個(gè)關(guān)節(jié)空間機(jī)構(gòu)，為了描述在空間中末端執(zhí)行器的姿態(tài)和位置，可以建立一個(gè)坐標(biāo)系在每個(gè)關(guān)節(jié)上，利用坐標(biāo)系之間的關(guān)系去描述末端執(zhí)行器的位姿。  建立坐標(biāo)系的方法有很多種，常用的有 D 一 四參數(shù)法 )和矩陣變換法及五參數(shù)法等。  法 (四 參數(shù)法 )是由 提出的一種建立相對(duì)的位姿的矩陣方法。它用齊次變換來(lái)描述各個(gè)連桿相對(duì)于固定的參考系空間幾何關(guān)系，用一個(gè) 4而推導(dǎo)出了“基坐標(biāo)系”相對(duì)于“末端執(zhí)行器坐標(biāo)系”的等價(jià)齊次坐標(biāo)變換矩陣，它把一個(gè)矢量從一個(gè)坐標(biāo)系中轉(zhuǎn)換到另一個(gè)坐標(biāo)系中，每一個(gè)矩陣可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)作用：平移和旋轉(zhuǎn)。建立操作臂運(yùn)動(dòng)方程。本文中用的 D 一  動(dòng)學(xué)分析  間機(jī)構(gòu)位置的描述  描述  空間任一點(diǎn) A中可用（ 3 1）的位置矢量  點(diǎn) x、   點(diǎn)的位置描述  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 上述坐標(biāo)用（ 4 1）列陣表示，被稱(chēng)為三維空間點(diǎn) 如 : 齊次坐標(biāo)是并不唯一的，當(dāng)列陣每一項(xiàng)分別去乘以一個(gè)非零因子都表示  在直角坐標(biāo)系中， x,y,用   、   、    表示，則用齊次坐標(biāo)描述 x、 y、  規(guī)定 ：以列陣                    且 a2+b2+ 表示某矢量的方向。如列陣  中的第四個(gè)元素不為零，則表示空間某點(diǎn)的位置。  如圖 2  的方向可表示為：  1j k0001x0010y0100z v0 2坐標(biāo)軸方向的描述  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 其中 a=b=c=  用位姿矩陣對(duì)坐標(biāo)系各軸方向和動(dòng)坐標(biāo)系原點(diǎn)位置進(jìn)行描述，例如原始的直角坐標(biāo)系可以描述為：  如描述一個(gè)任意的坐標(biāo)系 R，則利用其三個(gè)坐標(biāo)軸 x R 、 y R 、 z R 在原始的坐標(biāo)系中表示矢 量齊次列陣與列陣 0 0 0 1T 組成。  機(jī)器人的每一個(gè)連桿都可以看做一個(gè)剛體。當(dāng)給定剛體上某一點(diǎn)位置與該剛體在空中的姿態(tài)，于是剛體在空間上的位姿便是唯一確定的了，可用唯一一個(gè)位姿矩陣來(lái)描述。 如圖 2o x y z是固連于剛體上的一個(gè)坐標(biāo)系，稱(chēng)為動(dòng)坐標(biāo)系。  剛體  、   、   分別為 x ,y ,z坐標(biāo)軸的單位向量：  11000010000100001A1000剛體的位置和姿態(tài)描述  n o a買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 剛體的位姿表示為齊 次矩陣：  如圖 2B的位姿表示  （ 1）原點(diǎn)：手部中心點(diǎn)為原點(diǎn)  2）接近矢量：關(guān)節(jié)軸方向的單位向量  （ 3）姿態(tài)矢量：手指連線方向的矢量  （ 4）法相矢量：  即法向矢量同時(shí)垂直于姿態(tài)矢量和接近矢量。 手部位置矢量為從固定參考坐標(biāo)系 B原點(diǎn)矢量 P，手部的位姿矩陣為：  0001000000機(jī)器人手部的位置和姿態(tài)描述  ao 買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 任何一種物體在空間中的位置和姿態(tài)都可以用齊 次矩陣表示。圖 2的情況可用 6個(gè)點(diǎn)來(lái)描述：  使 Q 繞 0： z， 90）  再繞 y 軸旋轉(zhuǎn) 90： y， 90）  再沿 x 軸方向平移 4： 4， 0， 0）  楔塊變?yōu)閳D（ b）狀態(tài)。  1000 111111002200440000111111Q111111440000111111446644目標(biāo)物的位置和姿態(tài)描述  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 間機(jī)構(gòu)中兩任意坐標(biāo)系的變換關(guān)系  剛體的旋轉(zhuǎn)、平移運(yùn)動(dòng)均可由齊次變換矩陣來(lái)表示，剛體變換后的位姿由其原始描述矩陣乘以齊次變換矩陣而得到。  如圖 2x， y， z）平移至 A（ x， y， z  即：  記為：  其中                    稱(chēng)為平移算子。  如圖 2  角后移至 A，即  '110001000100011'''r a n ,' ,圖 2點(diǎn)的平移變換  c o ss in's o s'圖 2點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)變換  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 推導(dǎo)：設(shè) r，與  則  即                           z =記為  同理：  圖 2  為任意過(guò)原點(diǎn)的單位矢量，其在三個(gè)坐標(biāo)軸上分量為                。若   旋轉(zhuǎn)角，則可以證明，其旋轉(zhuǎn)齊次變換矩陣為  k,）   )s y')c 's s os's o sy's o s' 11000010000c o ss o ' ,' 10000c o ss o (xR o t10000c o o s),(yR o 222 k10000c o s)c o s1(s i n)c o s1(s i n)c o s i n)c o s1(c o s)c o s1(s i n)c o s i n)c o s1(s i n)c o s1(c o s)c o ,(R o 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)方程  齊次變換矩陣 如  相對(duì)連桿 0（基座）， 坐標(biāo)系相對(duì)于連桿 1坐標(biāo)系的位姿變換。連桿 2相對(duì)固定坐標(biāo)系的位姿可用  乘積表示1此類(lèi)推 , 對(duì)于六連桿機(jī)器人，于是有下列矩陣： 1述等式稱(chēng)為機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。表示手部坐標(biāo)相對(duì)于固定參考系的位姿。  或前三列表示手部的姿態(tài)；  或第四列表示手部中心點(diǎn)的位置。  構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析  構(gòu)尺寸參數(shù)  機(jī)構(gòu)模型如圖 2 2 圖 2點(diǎn)的一般旋轉(zhuǎn)變換  100010006紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 圖 2構(gòu)模型  圖 2構(gòu)模型  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 根據(jù)模型尺寸，姿態(tài)連桿長(zhǎng)度分別為 49、 50、 123。 位置的初始值為：  10002 5 6100001075001設(shè)兩個(gè)移動(dòng)裝置的傳動(dòng)比為 1k ；所有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為2k。各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)角位n。  構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程  前三個(gè)關(guān)節(jié)確定了末端的主要位置。以初始狀態(tài)的小臂方向?yàn)?x 軸正方向；大臂伸長(zhǎng)方向?yàn)?z 軸正方向，建立空間坐標(biāo)系。  則初始狀態(tài)位置方程為：  1000256100c o i 1000256100c o o ss i i i nc o   1000010000c o ss o 第四關(guān)節(jié)的移動(dòng)變換矩陣為：  10009910000100001第五關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)齊次變換矩陣中設(shè) k 為旋轉(zhuǎn)的環(huán)繞單位矢量， 1k 、 2k 、3 y 、 z 軸的三個(gè)分量。則： )411 k ， )412 k ， 03k 。  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 所以：  10000c o s)c o s1(s i n)c o s1(s i n)c o s i n)c o s1(c o s)c o s1(s i n)c o s i n)c o s1(s i n)c o s1(c o s)c o ,(5533515235253151523552253521525315352155115 o  1000)s s c o s (s o 4154155t r a n s  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 第三章  模塊式六自由度機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)  體控制方案設(shè)計(jì)  如前所述，該機(jī)器人可用于制造車(chē)間的物流系統(tǒng)中工件的裝夾、搬運(yùn)和日常生活中的看護(hù)、持物等。要求工作范圍大，動(dòng)作靈 活，被夾持物應(yīng)具有多種多樣姿態(tài)，自由度為 6個(gè)，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。則本設(shè)計(jì)方案如圖 3 圖 3體方案  進(jìn)電機(jī)選取及控制設(shè)計(jì)     步進(jìn)電機(jī)是一種進(jìn)行精確的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)電執(zhí)行元件，它可廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械中的數(shù)字控制，為使系統(tǒng)的通用性、可維護(hù)性、可靠性以及性?xún)r(jià)比最優(yōu)，根據(jù)控制系統(tǒng)功能的要求及步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用環(huán)境，確定了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件與軟件的功能劃分，從而實(shí)現(xiàn)了基于 8051 單片機(jī)的四相步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。  進(jìn)電機(jī)原理及控制技術(shù)  步進(jìn)電機(jī)是種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成了直線或角位移的執(zhí)行元件，它是不能直接接到交直流電源上的，而必須使用專(zhuān)業(yè)的設(shè)備 步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)：控制器可以發(fā)出從幾赫茲到幾千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖頻率脈沖信號(hào)，它為環(huán)形分配器來(lái)提供脈沖序列，環(huán)形分配器的功能主要是把來(lái)自控制環(huán)節(jié)的脈沖按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過(guò)功率放大器放大加到步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源各項(xiàng)輸入端，用以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形的分配器主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器的要求功能，通常稱(chēng)為軟環(huán)形分配器。另一類(lèi)則是用硬件 構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱(chēng)為硬環(huán)形分配器。功率放大器主要是對(duì)環(huán)形分配器買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 的較小輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的目的，步進(jìn)電機(jī)基本控制包括速度控制和轉(zhuǎn)向控制兩個(gè)方面。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，步進(jìn)電機(jī)分為三相六拍、三相單三拍和三相雙三拍 3 種，其基本原理如下：   （ 1）換相順序的控制   通電換相這一過(guò)程被稱(chēng)為脈沖分配。例如，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在單三拍工作方式下，其各相通電的順序?yàn)? A B C A，通電控制脈沖必須嚴(yán)格的按照這一順序，分別控制  A、 B、 C 相的通斷。三相六拍的通電順序?yàn)?A B C A，三相雙三拍通電順序?yàn)?   （ 2）步進(jìn)電機(jī)的換向控制   如果給定的工作方式正序換相通電，則步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁方式為三相六拍，也就是  A B C A。如果是按反序通電換相，則 A C B A，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。其他方式的情況類(lèi)似。   （ 3）步進(jìn)電機(jī)的速度控制   如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)送一個(gè)控制脈沖，它就會(huì)轉(zhuǎn)一步，再發(fā)送一個(gè)脈沖，它就會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)得越快。調(diào)整送給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖頻率，就能夠?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。   （ 4）步進(jìn)電機(jī)的起停控制   由于步進(jìn)電機(jī)的電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)有步進(jìn)感。為了使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，減小振動(dòng)，則可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖上升沿和下降沿采用細(xì)分梯形波，可以減小步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角，跳過(guò)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。則在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，為防止因慣性而使電機(jī)軸來(lái)產(chǎn)生順滑，則需要采用合適的鎖定波形，來(lái)產(chǎn)生鎖定磁力矩和鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，促使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由的轉(zhuǎn)動(dòng)。   （ 5）步進(jìn)電機(jī)的加減速控制   通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，如果信號(hào)變化的太快，步進(jìn)電機(jī)則由于慣性而跟不上電信號(hào)變化，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)與失步現(xiàn)象。所有的 步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，必須具有加速過(guò)程，在停止時(shí)波形時(shí)有減速過(guò)程。理想加速曲線一般是指數(shù)曲線，步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)降速過(guò)程的頻率變化規(guī)律是整個(gè)加速過(guò)程的頻率變化規(guī)律逆過(guò)程。選定的曲線符合步進(jìn)電機(jī)的升降過(guò)程的運(yùn)行規(guī)律，并且能充分利用步進(jìn)電機(jī)快速響應(yīng)性好，有效轉(zhuǎn)矩，縮短了升降速的時(shí)間，并且可防止過(guò)沖和失步現(xiàn)象。在一個(gè)實(shí)際的控制系統(tǒng)之中，要根據(jù)負(fù)載情況來(lái)選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)能夠響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率被稱(chēng)為“啟動(dòng)頻率”，于此類(lèi)似的“停止頻率”則是指系統(tǒng)買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 控制信號(hào)的突然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不能沖過(guò)目標(biāo)位置最高步進(jìn)頻率。電機(jī)的輸出 轉(zhuǎn)矩、停止頻率和啟動(dòng)頻率都要與負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相適應(yīng)，擁有了這些數(shù)據(jù)，才能有效對(duì)電機(jī)進(jìn)行加減速的控制。加速過(guò)程有突然的施加脈沖啟動(dòng)頻率。步進(jìn)電機(jī)最高啟動(dòng)頻率（突跳頻率）一般為    34間，而最高運(yùn)行頻率則可達(dá)到  N*102果超過(guò)最高啟動(dòng)頻率直接啟動(dòng)，則會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步現(xiàn)象。  進(jìn)電機(jī)的換向控制  步進(jìn)電機(jī)在換向時(shí)，一定要在電機(jī)降到突跳頻率范圍之內(nèi)或降速停止再換向，以免產(chǎn)生較大沖擊而損壞電機(jī)。換向的信號(hào)一定要在前一個(gè)方向最后一個(gè)脈沖結(jié)束后，下一個(gè)方向第一個(gè)脈沖前 發(fā)出。對(duì)于脈沖設(shè)計(jì)主要的要求其有一定的脈沖序列、脈沖寬度的均勻度與高低電平方式。在某一高速下正、反向切換實(shí)質(zhì)包含降速、換向、加速這 3 個(gè)過(guò)程。  進(jìn)電機(jī)的選取  本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用 577相 5線步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)的功能主要分為三部分，第一部分由三個(gè)電機(jī)控制，包括從基座開(kāi)始的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和兩個(gè)移動(dòng)副，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)器人的位置控制。第二部分由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副構(gòu)成，負(fù)責(zé)控制機(jī)械手的姿態(tài)。第三部分負(fù)責(zé)控制末端機(jī)械手夾持裝置。  圖 3進(jìn)電機(jī)  電機(jī)參數(shù)如下：  步距角： 境溫度： 10+55  絕緣等級(jí)： 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 圖 3進(jìn)電機(jī)接線圖  圖 3進(jìn)電機(jī)尺寸圖  動(dòng)器  國(guó) 它的組成是由 7對(duì) 林頓管，它的高電壓輸出特性與陰極箝位二極管可以轉(zhuǎn)換感應(yīng)的負(fù)載。單個(gè)達(dá)林頓對(duì)集電極電流是 500林頓管的并聯(lián)可以承受更大電 流。此電路主要應(yīng)用于字錘驅(qū)動(dòng)器，燈驅(qū)動(dòng)器，繼電器驅(qū)動(dòng)器，線路驅(qū)動(dòng)器，邏輯緩沖器和顯示驅(qū)動(dòng)器（ 體放電）。 具有帶負(fù)載能力強(qiáng)、溫度范圍寬、工作電壓高、電流增益高等特點(diǎn) ,適于各類(lèi)要求高速大功率驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。其各項(xiàng)的參數(shù)如下所示：  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 圖 3買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 圖 3動(dòng)器邏輯框圖  表 3出端功能符號(hào)  引出端序號(hào)  符號(hào)  功能  引出端序號(hào)  符號(hào)  同意功能  1 1B 輸入  9 共端  2 2B 輸入  10 7C 輸出  3 3B 輸入  11 6C 輸出  4 4B 輸 入  12 5C 輸出  5 5B 輸入  13 4C 輸出  6 6B 輸入  14 3C 輸出  7 7B 輸入  15 2C 輸出  8 E 發(fā)射極  16 1C 輸出  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 21 表 3動(dòng)器極限參數(shù)  9制設(shè)計(jì)  介  采用超大規(guī)模的集成電路技術(shù)把有數(shù)據(jù)處理能力中央處理器 讀存儲(chǔ)器 機(jī)存儲(chǔ)器 時(shí)器 /計(jì)時(shí)器、多種 I/能還包括脈寬調(diào)制電路、顯示驅(qū)動(dòng)電路、 A/、模擬多路轉(zhuǎn)換器）集成到一塊硅片上構(gòu)成一個(gè)小而完善微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域上有廣泛的應(yīng)用。  小系統(tǒng)  單片機(jī) 是 最小系統(tǒng) ,或者稱(chēng)為最小 的 應(yīng)用系統(tǒng) ,是指用最少元件組成的單片機(jī) 能夠 工作 的 系統(tǒng) . 對(duì) 于 51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō) ,最小 的 系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :電源、單片機(jī)、復(fù)位電路 、 晶振電路。 如圖 3 1、 單片機(jī) ： 89片機(jī)一片 。  2、 電源 ： 5個(gè) 。  3、 晶振電路 ： 包括 12只、 30片電容 2只 。  4、復(fù)位電路 ： 10解電容 1只， 4只。  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 22 圖 3路圖  （ 注：上圖中 /31 引腳）也可直接連接電源 2  統(tǒng)設(shè)計(jì)  對(duì)于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要控制對(duì)象是 四相步進(jìn)電機(jī)。采用的是手動(dòng)按鍵控制。其中的 6個(gè)步進(jìn)電機(jī)與 6個(gè)控制器，分別需要 12個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的控制。但是由于 51點(diǎn)評(píng)及管腳限制，所以按鍵應(yīng)采用分狀態(tài)設(shè)計(jì)。如圖 3 圖 3鐘電路  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 23 圖 3狀態(tài)設(shè)計(jì)圖  圖 3位電路  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 24 圖 3動(dòng)器控制電路  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 25 第四章  模塊式六自由度機(jī)器人控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)  真軟件概述   介  司出版的 不 只具有其它 且能仿真 單片機(jī) 及外圍器件。 世界上著名 仿真軟件 )，從代碼調(diào)試、原理圖布圖到 單片機(jī) 和外圍電路的協(xié)同仿真，一鍵切換到了 正實(shí)現(xiàn)從概念到產(chǎn)品完整設(shè)計(jì)。在編譯的方面，它也支持    51 簡(jiǎn)介  51軟件是目前功能最強(qiáng)大單片機(jī)的 51是美國(guó)的 司出品 51系列兼容單片機(jī)  匯編相比， 能上、可維護(hù)性、可讀性上有明顯優(yōu)勢(shì)，。 51軟件能提供豐富的庫(kù)函數(shù)與功能強(qiáng)大集成開(kāi)發(fā)調(diào)試的工具，全 面。  真系統(tǒng)設(shè)計(jì)  真系統(tǒng)組成  基于 序、硬件系統(tǒng)。程序部分默認(rèn)讀取格式為 本設(shè)計(jì)采用 1單片機(jī)編程控制。所以在 51中生成 *件。將 果文件燒錄仿真系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)仿真控制。  真系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)  1、本設(shè)計(jì)程序分為三部分。第一部分第一各個(gè)需 要的頭文件和宏。  四個(gè)數(shù)組分別代表了 51單片機(jī)控制四相步進(jìn)電機(jī)需要的四種不同的正反轉(zhuǎn)時(shí)序。  2、第二部分為定義延時(shí)函數(shù)，程序代碼如下：  3、 第三部分是主函數(shù)，程序代碼如下：  主函數(shù)在大循環(huán) 中不斷判斷按鍵狀態(tài)，如果滿(mǎn)足相應(yīng)的狀態(tài)則進(jìn)入電機(jī)運(yùn)行程序。并且不斷循環(huán)，直到監(jiān)測(cè)按鍵狀態(tài)變化。  買(mǎi)文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970