3948 自動(dòng)引導(dǎo)小車（AGV)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),自動(dòng),引導(dǎo),引誘,小車,agv,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 I 頁(yè) 共 I 頁(yè)目 錄1 緒論 .............................................................11.1 AGV自動(dòng)引導(dǎo)小車簡(jiǎn)介 ............................................11.2 自動(dòng)引導(dǎo)小車的分類 .............................................11.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) .......................................12 機(jī)械部分設(shè)計(jì) .....................................................32.1 設(shè)計(jì)任務(wù) .......................................................32.2 確定機(jī)械傳動(dòng)方案 ...............................................32.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 ...........................................42.4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) ...................................................72.5 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) ...................................................82.6 軸的設(shè)計(jì) ......................................................102.7 滾動(dòng)軸承選擇計(jì)算 ..............................................183 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ..................................................233.1 控制系統(tǒng)總體方案 ..............................................233.2 鑒向 ..........................................................233.3 計(jì)數(shù)的擴(kuò)展 ....................................................243.4 中斷的擴(kuò)展 ....................................................263.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇 ..............................................273.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇 ..............................................293.7 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 ....................................................333.8 控制軟件的設(shè)計(jì) ................................................34結(jié)束語(yǔ) .............................................................42致謝 ...............................................................43參考文獻(xiàn) ...........................................................44 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁(yè) 共 44 頁(yè)1 緒論1.1 AGV 自動(dòng)引導(dǎo)小車簡(jiǎn)介 AGV(Automatic Guided Vehicle),即自動(dòng)引導(dǎo)車，是一種物料搬運(yùn)設(shè)備，是能在某位置自動(dòng)進(jìn)行貨物的裝載，自動(dòng)行走到另一位置，自動(dòng)完成貨物的卸載的全自動(dòng)運(yùn)輸裝置。AGV 是以電池為動(dòng)力源的一種自動(dòng)操縱的工業(yè)車輛。裝卸搬運(yùn)是物流的功能要素之一，在物流系統(tǒng)中發(fā)生的頻率很高，占據(jù)物流費(fèi)用的重要部分。因此，運(yùn)輸工具得到了很大的發(fā)展，其中 AGV的使用場(chǎng)合最廣泛，發(fā)展十分迅速。1.2 自動(dòng)引導(dǎo)小車的分類自動(dòng)引導(dǎo)小車分為有軌和無(wú)軌兩種。所謂有軌是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大，造價(jià)低廉，技術(shù)成熟，可靠性好，定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運(yùn)行，廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的箱體類工件 FMS中。高架有軌小車（空間導(dǎo)軌）相對(duì)于地面有軌小車，車間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動(dòng)范圍分開，安全性好，但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介入的工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機(jī)械式導(dǎo)軌，其系統(tǒng)的變更性、擴(kuò)展性和靈活性不夠理想。無(wú)軌小車是一種利用微機(jī)控制的，能按照一定的程序自動(dòng)沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車。無(wú)軌小車按照引導(dǎo)方式和控制方法的分為有徑引導(dǎo)方式和無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式。有徑引導(dǎo)是指在地面上鋪設(shè)導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車的路徑，小車通過電磁信號(hào)或光信號(hào)檢測(cè)出自己的所在位置，通過自動(dòng)修正而保證沿指定路徑行駛。無(wú)徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是在無(wú)軌小車的計(jì)算機(jī)中預(yù)存距離表（地圖） ，通過與測(cè)距法所得的方位信息比較，小車自動(dòng)算出從某一參考點(diǎn)出發(fā)到目的點(diǎn)的行駛方向。這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)AGV是伴隨著柔性加工系統(tǒng)、柔性裝配系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)而產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的。日本人認(rèn)為 1981年是柔性加工系統(tǒng)元年，這樣計(jì)算 AGV大規(guī)模應(yīng)用的歷史也只有 15至 20年。但是，其發(fā)展速度是非?？斓?。1981 年美國(guó) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁(yè) 共 44 頁(yè)通用公司開始使用 AGV，1985 年 AGV保有量 500臺(tái)，1987 年 AGV保有量 3000臺(tái)。資料表明歐洲 40%的 AGV用于汽車工業(yè)，日本 15%的 AGV用于汽車工業(yè)，也就是說 AGV在其他行業(yè)也有廣泛的應(yīng)用 。[1]目前國(guó)內(nèi)總體看 AGV的應(yīng)用剛剛開始，相當(dāng)于國(guó)外 80年代初的水平。但從應(yīng)用的行業(yè)分析，分布面非常廣闊，有汽車工業(yè)、飛機(jī)制造業(yè)、家用電器行業(yè)、煙草行業(yè)、機(jī)械加工、倉(cāng)庫(kù)、郵電部門等 。這說明 AGV有一個(gè)潛在的廣闊市場(chǎng)。[1]AGV從技術(shù)的發(fā)展看，主要是從國(guó)家線路向可調(diào)整線路；從簡(jiǎn)單車載單元控制向復(fù)雜系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制；從原始的段點(diǎn)定期通訊到先進(jìn)的實(shí)時(shí)通訊等方向發(fā)展；從落后的現(xiàn)場(chǎng)控制到先進(jìn)的遠(yuǎn)程圖形監(jiān)控；從領(lǐng)域的發(fā)展看，主要是從較為集中的機(jī)械制造、加工、裝配生產(chǎn)線向廣泛的各行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)、物料搬運(yùn)、物品倉(cāng)儲(chǔ)、商品配送等行業(yè)發(fā)展。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁(yè) 共 44 頁(yè)2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)自動(dòng)引導(dǎo)小車 AGV，可以在水平面上按照預(yù)先設(shè)定的軌跡行駛。本設(shè)計(jì)采用 AT89C51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)來(lái)控制小車的行駛，從而實(shí)現(xiàn)小車的左、右轉(zhuǎn)彎、直走、倒退、停止功能。其設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求如下：自動(dòng)引導(dǎo)小車的長(zhǎng)度：500mm 1.負(fù)載≤35 KG自動(dòng)引導(dǎo)小車的寬度：300mm 2.小車轉(zhuǎn)彎半徑≥71 CM自動(dòng)引導(dǎo)小車的行駛速度：100mm/s 3.小車最大速度≤10 m/s 2.2 確定機(jī)械傳動(dòng)方案方案一：采用三輪布置結(jié)構(gòu)。直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器和差速器，通過兩半軸將動(dòng)力傳遞到兩后輪。自動(dòng)引導(dǎo)小車的轉(zhuǎn)向由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)前面的一個(gè)萬(wàn)向輪轉(zhuǎn)向。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 2.1所示。圖 2.1 傳動(dòng)方案一方案二：采用四輪布置結(jié)構(gòu)。自動(dòng)引導(dǎo)小車采用兩后輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)差速轉(zhuǎn)向，兩前輪為萬(wàn)向輪的四輪結(jié)構(gòu)形式。直流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速器后直接驅(qū)動(dòng)后輪，當(dāng)兩輪運(yùn)動(dòng)速度不同時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 2.2所示。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 2.2 傳動(dòng)方案二四輪結(jié)構(gòu)與三輪結(jié)構(gòu)相比較有較大的負(fù)載能力和較好的平穩(wěn)性。方案一有差速器和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，故機(jī)械傳動(dòng)誤差大。方案二采用兩套蝸輪-蝸桿減速器及直流伺服電動(dòng)機(jī)，成本相對(duì)于方案一較高，但它的傳動(dòng)誤差小，并且轉(zhuǎn)向靈活。因此，采用方案二作為本課題的設(shè)計(jì)方案。2.3 直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇伺服電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)是功率(KW)。但是，選擇伺服電動(dòng)機(jī)并不按功率，而是更根據(jù)下列三個(gè)指標(biāo)選擇。運(yùn)動(dòng)參數(shù)：AGV 行走的速度為 100mm/s，則車輪的轉(zhuǎn)速為（2.1）2.75r/min1403.610???πdvn電機(jī)的轉(zhuǎn)速 選擇蝸輪-蝸桿的減速比 i=62n140.5r/mi2.76電???i（2.2）自動(dòng)引導(dǎo)小車的受力分析如圖 2.3所示： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁(yè) 共 44 頁(yè)OGPFBFCFAFD2.3 車輪受力簡(jiǎn)圖小車車架自重為 P （2.3）134N9.80.23.5102.83 ????ρa(bǔ)bhgp小車的載荷為 G （2.4）?mg取坐標(biāo)系 OXYZ如圖 2.3所示，列出平衡方程由于兩前輪及兩后輪關(guān)于 Y軸對(duì)稱，則 ，ABFCD?， （2.5）0zF??20CPG??， （2.6）xM0.75.12.3CF?解得 15.6NBA 84N?DCF兩驅(qū)動(dòng)后輪的受力情況如圖 2.4所示：滾動(dòng)摩阻力偶矩 的大小介于零與最大值之間，即f（2.7）max0Mf?N946.0.1576.max ????NF?（2.8）其中 δ 滾動(dòng)摩阻系數(shù)，查表 5-2 ， δ =2～10，取 δ =6mm [2]牽引力 F為 （2.N5.1307.9462max??dMF 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁(yè) 共 44 頁(yè)9）電 機(jī) 1/GW圖 2.4 后輪受力 圖 2.5 前輪受力摩擦系數(shù) μ 牽引力 F N 重物的重力 W N滾子直徑 D mm 傳遞效率 ? 傳動(dòng)裝置減速比 1/G（1） 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷力矩（ ）LT（2.10）mN587.0108.9624..15.13.2)(?????GDWFL??取 =0.7, =157.66 , =0.15?W?（2） 求換算到電機(jī)軸上的負(fù)荷慣性（ ）LJ（2.11）??21234LZJ?????????22mKg036189. 064.13.076.(4???其中 為車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；1J2J為蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 為蝸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。3 4（3） 電機(jī)的選定根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩和慣量匹配條件，選擇直流伺服電動(dòng)機(jī)。電機(jī)型號(hào)及參數(shù)：MAXON F2260 ?60mm 石墨電刷 80W J M = 1290gcm2匹配條件為 [3] 2maxgc89.361?LAOSPF 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁(yè) 共 44 頁(yè)max0.251LMJ?（2.12）即 361.89.?????.0.2851?慣量 J 2gcm89.651.39???LMJ（2.13）其中 為伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 故電機(jī)滿足要求。M（4）快移時(shí)的加速性能最大空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在自動(dòng)引導(dǎo)小車攜帶工件，從靜止以階躍指令加速到伺服電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 時(shí)。這個(gè)最大空載加速轉(zhuǎn)矩就是伺服電動(dòng)機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩 。maxn maxTN91.076.0413289.16502aax ?????tJT??（2.14）加速時(shí)間 （2.15）S076.19.4???MaT其中，機(jī)械時(shí)間常數(shù) ms192.4 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)由于電動(dòng)機(jī)軸直徑為 Φ 8mm，并且輸出軸削平了一部分與蝸桿軸聯(lián)接部分軸徑為Ф 12mm，故其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 2.6所示。 電 機(jī) 軸蝸 桿 軸 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 2.6 聯(lián)軸器機(jī)構(gòu)圖聯(lián)軸器采用安全聯(lián)軸器，銷釘直徑 d可按剪切強(qiáng)度計(jì)算，即 [4]（2.16）??8mKTDZ???銷釘材料選用 45鋼。查表 5-2 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB 699-88） 45 [5]調(diào)質(zhì)≤200mm =637MPa =353MPa =17% Ψ =35% b?ss?2x0.39MJ/α?硬度 217～255HBS 銷釘?shù)脑S用切應(yīng)力為（2.17）??47.5Pa630.5.8)~(07???bστ過載限制系數(shù) k值 查表 14-4 取 k=1.6 [4]mN587.0??T m64.075.12.38.???d選用 d=5mm滿足剪切強(qiáng)度要求。2.5 蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)2.5.1 選擇蝸桿的傳動(dòng)類型根據(jù) GB/T 10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿(ZI)。2.5.2 選擇材料蝸桿要求表面硬度和耐磨性較高，故選用材料 40Cr。蝸輪用灰鑄鐵 HT200制造，采用金屬模鑄造。2.5.3 蝸桿傳動(dòng)的受力分析如圖 2.7 所示確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2 按 Z=1，故取效率 η =0.7,則 [4]（2.18）23508N.m.70819.5109.5109.5 6126262 ???????/inPηnPT 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 2.7 蝸輪-蝸桿受力分析各力的大小計(jì)算為（2.19）N4.52.87211 ???dTFat（2.20）6.0.321ta（2.21）8.2tan60tn21 ????rF2.5.4 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)漸開線蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。蝸輪輪齒因彎曲強(qiáng)度不足而失效的情況，多數(shù)發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多或漸開線傳動(dòng)中。彎曲疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)的公式為 [4]（2.22）??221.53FaKTmdYz????確定載荷系數(shù) K[4]由于工作載荷較穩(wěn)定，故取 0載荷分布不均系數(shù) Kβ =1，由表 11-15 選取使用[4]系數(shù) KA=1.15。由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù) KV=1.1,則 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁(yè) 共 44 頁(yè)（2.23）1.5.1265AVK?????由表 11-8 得，蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 [σ F]=48MPa [4]假設(shè) 3°10'48"，蝸輪的當(dāng)量齒數(shù) 26z??（2.24）23362.29cos10???Vz°′48?根據(jù) ， ，從圖 11-19 中可查得齒形系數(shù) 20x?26.9Vz[4] 2.3FaY?螺旋角系數(shù) （2.25）1970????Y?1032 m.348625.53???dm由表 11-2 得 [4]中心距 a=50mm 模數(shù) m=1.25mm 分度圓直徑 2.41?d蝸桿頭數(shù) 直徑系數(shù) 17.92 3125?dm1?z分度圓導(dǎo)程角 γ=3°11′38″ 蝸輪齒數(shù) 變位系數(shù)2620.x?2.5.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸(1) 蝸桿軸向齒距 （2.26）m925.3.14???mPa?齒頂圓直徑 （2.27）9.4.121 ?????hd齒根圓直徑 （2.28）m275.).250.(4.)(21????cadf蝸桿軸向齒厚 （2.29）961321??mS?(2) 蝸輪傳動(dòng)比 （2.30）216zi?蝸輪分度圓直徑 （2.31）m5.762.12??mzd蝸輪喉圓直徑 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁(yè) 共 44 頁(yè)m1.804.125..7)(222 ??????? ）（xhamda（2.32）蝸輪齒根圓直徑 （2.33）475.)2.041(25..7)(222 ?????????cxhadf蝸輪咽喉母圓半徑 （2.34）m9.82022agdr2.5.6 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定考慮到所設(shè)計(jì)的自動(dòng)引導(dǎo)小車屬于精密傳動(dòng)，從 GB/T 10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 6級(jí)精度，側(cè)隙種類為 d,標(biāo)注為 6d,GB/T 10089-1988。2.5.7 熱平衡核算由于該蝸輪-蝸桿傳動(dòng)是漸開線傳動(dòng)，蝸輪-蝸桿產(chǎn)生的熱傳遞到空氣中，故無(wú)須熱平衡計(jì)算。2.6 軸的設(shè)計(jì)2.6.1 前輪軸的設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)如圖 2.8）前輪軸只承受彎矩而不承受扭矩，故屬于心軸。圖 2.8 前輪軸結(jié)構(gòu)（1）求作用在軸上的力自動(dòng)引導(dǎo)小車的前輪受力，受力如圖 2-9a所示。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè)CF? N42.08.2121 ???CF（2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（a）擬定軸上零件的裝配方案裝配方案是：左輪輻板、右輪輻板、螺母、套筒、滾動(dòng)軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的右端向左安裝，左端只安裝滾動(dòng)軸承和軸用彈性擋圈。這樣就對(duì)各軸段的粗細(xì)順序作了初步安排。（b）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度初步選擇滾動(dòng)軸承。自動(dòng)引導(dǎo)小車前輪軸只受彎矩的作用，主要承受徑向力而軸向力較小，故選用單列深溝球軸承。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取單列深溝球軸承6004，其尺寸為 d×D×T=20mm×42mm×12mm,故 dⅠ =dⅢ =dⅨ =20mm。右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 6004型軸承的定位軸肩高度 h=2.5mm，因此取 dⅣ =25mm。取安裝左、右輪輻處的軸段Ⅵ的直徑 dⅥ =30mm;輪輻的左端采用軸肩定位，右端用螺母夾緊輪輻。已知輪輻的寬度為 34mm，為了使螺母端面可靠地壓緊左右輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取 lⅥ =32mm。左右輪輻的左段采用軸肩定位，軸肩高度 ，取 h=3mm，則軸環(huán)處的直徑 dⅤ =36mm。軸環(huán)寬度 b≥1.4h，取0.7hd>lⅤ =5mm。軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號(hào)為 GB 894.1-86 20，其尺寸為 d0=20mm,故 dⅡ =dⅩ =19mm ,lⅡ =lⅩ =1.1mm ,lⅢ =13-1.1=11.9。其余尺寸根據(jù)前輪軸上關(guān)于左右輪輻結(jié)合面基本對(duì)稱可任意確定尺寸，確定了軸上的各段直徑和長(zhǎng)度如圖 2.8所示。（c）軸上零件的周向定位左右輪輻與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按 dⅥ由手冊(cè)查得平鍵截面b×h=8mm×7mm(GB/T 1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 28mm(標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見GB/T 1096-1979),同時(shí)為了保證左右輪輻與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇左右輪輻與軸的配合為 H7/n6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過度配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 j7。（d）確定軸上圓角和倒角尺寸 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁(yè) 共 44 頁(yè)取軸端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑為 R1。（3）求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖 McM圖 2.9 前輪軸的載荷分析圖N42.08.2121 ???cFm3921?L8.576391 ???LMC（4）按彎曲應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩的截面強(qiáng)度。最大負(fù)彎矩在截面 C上， 。mN38.1576???C對(duì)截面 C進(jìn)行強(qiáng)度校核，由公式 [4]（2.35）??1caMW????由表 15-1 得，45 鋼 調(diào)質(zhì) [4] ??P601?由表 15-4 得，[]（2.36）32323 m84.0)(48.)( ?????dtbW???1MPa69..157????ca因此該軸滿足強(qiáng)度要求，故安全。2.6.2 后輪軸的設(shè)計(jì)后輪軸在工作中既承受彎矩又承受扭矩，故屬于轉(zhuǎn)軸。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 2.10 后輪軸結(jié)構(gòu)（1）求后輪軸上的功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2P2n2T取蝸輪-蝸桿傳動(dòng)的效率 =0.7,則?（2.37）KW056.78.02???r/min75.2?n mN23?T（2）作用在蝸輪上的力N6.02tF4.2?aF8.02?rF（3）初步確定軸的最小直徑先按式（15-2 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根[4]據(jù)表 15-3 ，取 =115，于是得[4]0A（2.38）m5.17.206153320min ???PAd后輪軸的最小直徑是安裝輪輻處軸的直徑 。由于輪輻與軸采用鍵聯(lián)結(jié)，故dⅥdⅥ =26mm。（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（a）擬定軸上零件的裝配方案裝配方案是：蝸輪、套筒、深溝球軸承、軸用彈性擋圈依次從軸的左端向右安裝；右端安裝深溝球軸承、透蓋、內(nèi)輪輻、軸端擋圈從右端向左安裝。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁(yè) 共 44 頁(yè)（b）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列深溝球軸承。單列深溝球軸承 6206，其尺寸為 d×D×T=30mm×62mm×16mm，故dⅠ =dⅢ =dⅤ =30mm。右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得 6206型軸承的定位軸肩高度 h=3mm,因此，取 dⅣ =36mm。軸用彈性擋圈為標(biāo)準(zhǔn)件。選用型號(hào)為 GB 894.1-86 30,其尺寸為 d0=30mm，故dⅡ =28.6mm， lⅡ =1.7mm。取安裝輪輻處的軸段Ⅵ的直徑 dⅥ =26mm。輪輻的寬度為 27mm,為了使軸端擋圈可靠地壓緊輪輻，此軸段應(yīng)略短于輪輻的寬度，故取 。26lm?Ⅵ其余尺寸根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)可任意選取。確定了軸上的各段直徑和長(zhǎng)度如圖 2.10所示。（c）軸上零件的周向定位蝸輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接。按 由手冊(cè)查得平鍵截面 b×h=8mm×7mm,dⅢ鍵槽長(zhǎng)為 25mm。輪輻與軸的配合為 H8/h7。（d）確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角為 1×45°，各軸肩處的圓角半徑為 。1R（5）求軸上的載荷后輪軸上的受力分析 2.11a。L1=L2=27.5mm L3=41mm(a) 在水平面上后輪軸的受力簡(jiǎn)圖為 2.11b。由靜力平衡方程求出支座 A、B 的支反力N3.06.2121 ???tNHFF三個(gè)集中力作用的截面上的彎矩分別為 m8.45.73.01 ??LMNHDAHBM? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 2.11 后輪軸的載荷分析圖(b) 在垂直面上后輪軸的受力簡(jiǎn)圖 2.11c。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 17 頁(yè) 共 44 頁(yè)由靜力平衡方程求出支座 A、B 的支反力NFaNV4.522??m5.037??DMa（2.39）， ??0A ?????????2121130raNVFLMFLL（2.40） ??? ????? ?122131NVraFL)]415.27(6.5.205.78[75. ??????=-127.87， 0yF?1220NVrFF??（2.41）122NVrNVF??=220.8-157.66+127.87=190.01N在 段中，將截面左邊外力向截面簡(jiǎn)化，得AD(2.42)1110.9)(XFXMNV??1027.5x<在 段中，同樣將截面左邊外力向截面簡(jiǎn)化，得B(2.43)???21227.5NVraxxM????.2=190.01×27.5+190.01X2-220.8X2+2030.5=7283.275-29.79X2在 段中，同樣將截面右邊外力向截面簡(jiǎn)化，得BC(2.44)????333157.6MxFx3041x<0VAC 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 18 頁(yè) 共 44 頁(yè)mN75.2.01.9????左VDM.830975283??右6.46.?VB計(jì)算 A、B、C、D 截面的總彎矩 M 0AC?mN497.857.5238.412221 ?????左VDHDM(2.45) (2.46)6.103..22222 ??右VDHD mN640?EBM后輪軸上的轉(zhuǎn)矩 2358?T（6）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面即危險(xiǎn)截面 D的強(qiáng)度。由式（15-5） 得[4](2.47)MPa83.784.2)506(.1073)( 222 ??????WTMDCa??其中， 為折合系數(shù)，取 =0.6 ?為軸的抗彎截面系數(shù)，由表 15-4 得W[4]3323 m84.20)(801.)( ??????dtb?選定軸的材料為 45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查得[ σ -1]=60MPa 4]因此 ，故安全。1ca??????<2.7 滾動(dòng)軸承選擇計(jì)算2.7.1 前輪軸上的軸承要求壽命 Lh≧2500h ，轉(zhuǎn)速 ，軸承的徑向力r/min96.28104.310???dvn? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 19 頁(yè) 共 44 頁(yè)，軸向力 。N42.0?rF0aF?（1）由上述條件試選軸承試選 6004型軸承，查表 16-2 [4]K38.9?rCKN02.5?OCr/min150li?n（2）按額定動(dòng)載荷計(jì)算由式 (2.48) [4] ?610hlP對(duì)球軸承 =3， ?(2.49) ??PraPrfXFYf???查表 13-6 自動(dòng)引導(dǎo)小車 [4] 1.2代入得 N504.84.?93.710968504.83 ???C故 6004 型軸承能滿足要求。（3）按額定靜載荷校核由式 (2.50)0CSP?查表 13-8 ，選取 =2[4]0S(2.51)N42.000???rarFYX代入上式， 滿足要求。N84.2.5200???PC2.7.2 蝸桿軸上的軸承要求壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承的徑向載荷 ，作h?hLr/min5.10?n 4.10?r用在軸上的軸向載荷 。6.nF（1） 由上述條件試選軸承選 30203 型軸承，查表 5-24 [5]（脂潤(rùn)滑） KN8.9?rC2.130?Cr/min90li?n0.35e? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 20 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 2.12 蝸桿軸上的軸承受力（2） 按額定動(dòng)載荷計(jì)算(2.52)N47.321021??YFSr?12 69.47.3SSa ???，?1F.2a??PrfXF查表 15-12 ， [5].2Pf?， ， 1639..780.3504arFe? 0.4?1.7Y?N8.129)6..1.(21 ????， ， 23.90.350.4ar eF??X?0?48.12..)(22 ???arpYFXfP由式 ??15?[] 60hnLCP??03??N64125.458.12906310631 ???hnLPC0..31063162h均小于 滿足要求。12? N0?（3） 按額定靜載荷校核由表 ??51?[5] 0CSP? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 21 頁(yè) 共 44 頁(yè)查表 15-14 ，取 [5]01.8S?10.79.52arFY?? N86.1.6014..101 ?????arFXP20.94.52arF??N.120?r均小于 ，滿足要求。012P?3C（4） 極限轉(zhuǎn)速校核由式 (2.53) max12linf?，由圖 15-5 得 1290.58.62PC?[5]f，由圖 15-6 得 1.7arF[5]20.f?r/min901max??n，由圖 15-5 得 213.480.679PC?[5]1f?，由圖 15-6 得 2.arF[5]2fr/min9012max??n小于 和 滿足要求。nmax122.7.3 后輪軸上的軸承要求軸承的壽命 ，轉(zhuǎn)速 ，軸承 A的徑向載荷h50?hLr/in75.2?n；軸承 B的徑向載荷N08.319.622121 ????NVHrF；軸向載荷為 。由于軸9.6222r NFa2.65?承 A承受的載荷大于軸承 B的載荷，故只需對(duì)軸承 A進(jìn)行校核。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 22 頁(yè) 共 44 頁(yè)（1）由上述給定條件試選軸承試選 6206型軸承，查表 15-19 [5]（脂潤(rùn)滑）KN91.4?rCKN01.?rCr/min950li?n（2）按額定動(dòng)載荷計(jì)算由式 610hLP?對(duì)球軸承 ，3????PrafXFY??由 查表 15-19 065.20.651aFC[5] 0.19,2.3eY?由 查表 15-19 ..930.197ar e???[5] rPF查表 15-12 自動(dòng)引導(dǎo)小車 [5] .2Pf代入得 N84071?1965.05.26846????C故 6206型軸承能滿足要求。（3） 按額定靜載荷校核由式 0CSP?查表 15-14 ，選取 [5]01S?由式 .93arF?查表 15-19 ， 時(shí)， [5]0.8arF?01,XY得 N70?rFP代入上式， 滿足要求。SNC100??（4） 極限轉(zhuǎn)速校核 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 23 頁(yè) 共 44 頁(yè)max12linf?由 查圖 15-5 840.56319PC?[5] 1f?查圖 15-6 .2.7arF[5]2f代入 r/min901max??n滿足要求。axr/i5.2??3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)總體方案本系統(tǒng)使用 AT89C51單片機(jī)作為核心的控制運(yùn)算部分。連接在電機(jī)上的數(shù)字編碼器在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的脈沖信號(hào)，經(jīng)過自行設(shè)計(jì)和制作的脈沖鑒向電路，可以得到電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向；來(lái)自鑒向電路的正反方向的脈沖信號(hào)進(jìn)入到兩塊 8253計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和位移；經(jīng)過在 AT89C51單片機(jī)上運(yùn)行的各種控制程序的適當(dāng)運(yùn)算以后，輸出的控制量經(jīng)過兩塊 DAC1208轉(zhuǎn)換器變成模擬量，輸出到兩塊 UC3637直流電動(dòng)機(jī)脈寬調(diào)制器，通過 H橋開關(guān)放大器，作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度或者力矩給定，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使整個(gè) AGV自動(dòng)引導(dǎo)小車能夠完成所設(shè)計(jì)的控 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 24 頁(yè) 共 44 頁(yè)制任務(wù)。整個(gè)控制系統(tǒng)的組成框圖如圖 3.1所示：圖 3.1 控制系統(tǒng)的組成框圖3.2 鑒向伺服電機(jī)根據(jù)控制要求能夠工作在四個(gè)不同的象限，作為系統(tǒng)的狀態(tài)檢測(cè)部分，必須能夠檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及分辨電機(jī)不同的旋轉(zhuǎn)方向。安裝在電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸上的數(shù)字編碼器在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠產(chǎn)生相位相差 90度的兩路脈沖信號(hào)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向可以由鑒向電路對(duì)此兩路脈沖進(jìn)行鑒向后獲得，其原理如圖 3.2所示。圖 3.2 鑒向原理伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前于B相脈沖90度，在cp十端輸出反向計(jì)數(shù)脈沖，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)，B相脈沖超前于A相脈沖90度，在cp一端輸出正向計(jì)數(shù)脈沖，見圖3.3中的(b)和(c}所示，分辨出的脈沖進(jìn)入脈沖計(jì)數(shù)電路進(jìn)行計(jì)數(shù)，再由計(jì)算機(jī)讀入進(jìn)行處理。其電路圖見圖3.3中的(a)所示。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 25 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖 3.3 電機(jī)轉(zhuǎn)向分辨電路本次設(shè)計(jì)使用的數(shù)字編碼器為500P/ R ,即電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周輸出500個(gè)脈沖,電機(jī)到車輪的減速齒輪的減速比為62 : 1 ,因此車輪每前進(jìn)或者后退一周產(chǎn)生500×62 即31000個(gè)脈沖,可見分辯率非常高。編碼器的脈沖輸出為差動(dòng)形式,鑒向電路接收差動(dòng)形式的脈沖信號(hào),鑒向后輸入到8253計(jì)數(shù)器。3.3 計(jì)數(shù)的擴(kuò)展為了得到驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)的速度、位移等,而數(shù)字編碼器的輸出經(jīng)過鑒向電路提供的是電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)脈沖,必須對(duì)這些脈沖分別進(jìn)行計(jì)數(shù)、運(yùn)算才能得到所要的速度、位移等狀態(tài)量。本系統(tǒng)中使用了兩塊8253計(jì)數(shù)器,每塊芯片具有三個(gè)16 位計(jì)數(shù)器。四個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器即1# 、2 # 、3 # 和4 # 分別用于兩臺(tái)電機(jī)的正/ 反轉(zhuǎn)脈沖的計(jì)數(shù)。8253可編程定時(shí)器／計(jì)數(shù)器可由軟件設(shè)定定時(shí)與計(jì)數(shù)功能，設(shè)定后與CPU并行工作，不占用CPU時(shí)間，功能強(qiáng)，使用靈活。它具有3個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器通道，每個(gè)計(jì)數(shù)器都可以按照二進(jìn)制或二－十進(jìn)制計(jì)數(shù)，每個(gè)計(jì)數(shù)器都有6種工作方式，計(jì)數(shù)頻率可高達(dá)2MHz，芯片所有的輸入輸出都與TTL兼容。8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3.4所示；引腳如圖3.5所示。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 26 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖3.4 8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖3.5 8253引腳圖U6地址為：8000H計(jì)數(shù)器0 8001H計(jì)數(shù)器1 8002H計(jì)數(shù)器2 8003H控制字U7地址為：6000H計(jì)數(shù)器0 6001H計(jì)數(shù)器1 6002H計(jì)數(shù)器2 6003H控制字U6讀/寫控制邏輯接線： ， ， ；4CSY?0QA1?U7讀/寫控制邏輯接線： ， ， 。3U6芯片中計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1用于左輪電機(jī)正反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，并處于工作方式3。U7芯片中計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1用于右輪電機(jī)正反轉(zhuǎn)計(jì)數(shù)，并處于工作方式3。在中斷服務(wù)程序中，這四個(gè)計(jì)數(shù)器分別對(duì)兩臺(tái)伺服電機(jī)的正/ 反脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，所得到的計(jì)數(shù)值減掉上一次的計(jì)數(shù)值，就可以得到在這一時(shí)間周期內(nèi)的各路脈沖數(shù)。右輪反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)和左論反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)的結(jié)果分別存于臨時(shí)變量temp 1、temp 2、temp 3 和temp 4 中，在主程序中通過對(duì)它們進(jìn)行運(yùn)算就可以得到移動(dòng)機(jī)器人的狀態(tài)量了。3.4 中斷的擴(kuò)展AT89C51單片機(jī)是使用兩個(gè)級(jí)聯(lián)的 8259A 中斷控制器來(lái)控制中斷的。主 8259A 芯片上的 IRQ2 擴(kuò)展成從片上的 IRQ8~IRQ15 使用。8259A 作為一種可編程中斷控制器， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 27 頁(yè) 共 44 頁(yè)是一種集成芯片。它用來(lái)管理輸入到 CPU的各種中斷申請(qǐng)，主要外圍設(shè)備，能提供中斷向量、屏蔽各種中斷輸入等功能。每一個(gè) 8259A芯片都能直接管理 8級(jí)中斷，最多可用于 9片 8259A芯片級(jí)連，由其構(gòu)成級(jí)連機(jī)構(gòu)可以管理 64 級(jí)中斷。 圖3.6 8259A引腳圖8259A的外部引腳：：數(shù)據(jù)線， CPU通過數(shù)據(jù)線向8259A發(fā)送各種控制命令和讀取各種狀態(tài)信70?D息。INT：中斷請(qǐng)求，和CPU的INTR引腳相連，用來(lái)向CPU提出中斷請(qǐng)求。：中斷響應(yīng)，接收CPU 的中斷響應(yīng)信號(hào)。INTA：讀信號(hào)，低電平有效，通知8259A將某個(gè)寄存器的內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上。RD：寫信號(hào)，低電平有效，通知8259A從數(shù)據(jù)線上接受數(shù)據(jù)（即命令字）。W：片選信號(hào)，低電平有效。CS：端口選擇，指出當(dāng)前哪個(gè)端口被訪問。0A：接收設(shè)備的中斷請(qǐng)求。7?IR：級(jí)聯(lián)端，指出具體的從片。在采用主從式級(jí)聯(lián)的多片8259A的系20CS統(tǒng)中，主從片的 對(duì)應(yīng)連接在一起。20?ACS：主從片 /緩沖器允許，雙功能引腳，雙向。它有兩個(gè)用處：當(dāng)作為輸入PEN時(shí)，用來(lái)決定本片8259A是主片還是從片。作為輸出時(shí)，當(dāng)從8259A往CPU傳送數(shù)據(jù)時(shí)， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 28 頁(yè) 共 44 頁(yè)由 引出的信號(hào)作為總線啟動(dòng)信號(hào)，以控制總線緩沖器的接收和發(fā)送。SPEN本次設(shè)計(jì)采用兩片8259A進(jìn)行級(jí)聯(lián)：主片的 引腳連接從片的中斷請(qǐng)求 INT，如2IR果某一個(gè)引腳下面沒有連接從片，則可以直接連接外部中斷請(qǐng)求；而主片、從片的中斷響應(yīng)信號(hào) 和數(shù)據(jù)信號(hào) 互相連在一起。主片CAS和從片CAS互相連在一ITA07D~起，當(dāng)從片數(shù)量較多時(shí)，可以在主片CAS和從片CAS之間增加驅(qū)動(dòng)器。主片的接高電平。從片的 接低電平。在8259A 的主從式級(jí)聯(lián)方式中，中斷的優(yōu)SPENSPEN先級(jí)設(shè)置類似于單片機(jī)的情況。級(jí)聯(lián)如圖3.7所示。 AT89C5174HC388259AU0UU主從U48259A圖3.7 8259A的級(jí)聯(lián)3.5 數(shù)摸轉(zhuǎn)換器的選擇將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(digital-analog converter),簡(jiǎn)稱為DAC。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有分辨率、轉(zhuǎn)換精度、線性誤差和建立時(shí)間。分辨率 指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。本次設(shè)計(jì)采用DAC1208芯片，故其分辨率為 。??412.210????轉(zhuǎn)換精度 以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出。DAC1208芯片為12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器其最大誤差為: ,精度為 。1210.2nFSAV?????0.1?? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 29 頁(yè) 共 44 頁(yè)線性度 指 DAC的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線和理想直線之間的最大偏移差。 建立時(shí)間 在數(shù)字輸入端發(fā)生滿量程碼的變化以后，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的模擬輸出穩(wěn)定到最終值±1/2LSB時(shí)所需要的時(shí)間，當(dāng)輸出的模擬量為電流時(shí)，這個(gè)時(shí)間很短。DAC1208的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖3.8和圖3.9所示。圖3-8 DAC 圖3.8 DAC1208的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖3.9 DAC1208的引腳圖DAC1208內(nèi)部對(duì)輸入數(shù)據(jù)具有兩級(jí)緩存：8位輸入寄存器、4位輸入寄存器和12位DAC寄存器，這三個(gè)寄存器可以分別選通。DAC1208有三種工作方式：?jiǎn)尉彌_方式、雙緩沖方式、直通方式。所謂的單緩沖方式就是使DAC1208的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出。所謂雙緩沖方式，就是把DAC1208的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。本次設(shè)計(jì)采用雙緩沖方式，目的是為了讓兩個(gè)直流伺服電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)同步。所謂直通方式，輸入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式，即信號(hào)均有效，數(shù)據(jù)被直接送入數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換。12ILEWRXFE?CSCSWR1AGNDDI9DI8DI2DI3DI4DI5 DI6DI7VREFRfbDGNDVcBYTE1/BYTE2WR2XFERIout2Iout1DAC120811098765432 20141516171819131212423221(LSB)DI0DI1 DI1(MSB)DI10 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 30 頁(yè) 共 44 頁(yè) +5V+5VOAOAAT89C5174LS32764624DC120874HC138U0U1UU3U9UU10DC28圖3.10 DAC1208雙緩沖連接方式U9輸入寄存器地址為3FFFH DAC寄存器地址為5FFFHU10輸入寄存器地址為1FFFH DAC寄存器地址為5FFFH本次設(shè)計(jì)采用DAC1208芯片的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器其連接方式如圖3.10所示。為高電平時(shí)，選中數(shù)據(jù) 輸入到8位輸入寄存器；當(dāng)BYTE14DII?為低電平時(shí)，選中數(shù)據(jù) 輸入到 4位輸入寄存器； 片選信號(hào)，30 CS低電平有效，和輸入鎖存信號(hào) 一起決定第一級(jí)數(shù)據(jù)鎖存是否有效。 第一1ILEWR? ILE級(jí)允許鎖存，高電平有效。 寫信號(hào)1，作為第一級(jí)鎖存信號(hào)，必須和 同?時(shí)有效。 寫信號(hào)2，作為第二級(jí)鎖存信號(hào)，必須和 同時(shí)有效。 控制信WRXFERXF號(hào)，低電平有效，和 一起決定第二級(jí)數(shù)據(jù)鎖存是否有效。 模擬電流輸出端，2 1OUTIDAC寄存器全1時(shí)最大，全0時(shí)為0。 模擬電流輸出端，和 有一個(gè)常數(shù)差：2OUTI常數(shù)，此常數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)固定基準(zhǔn)電壓的滿量程電流。 參考電壓輸2OUTII?? REFV入端，可正可負(fù)， -10～+10v 。3.6 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片選擇電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用PWM技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)直流伺服電動(dòng)機(jī)。PWM技術(shù)為脈寬調(diào)制技術(shù)其可通過輸入直流電壓 ，在其輸出可以得到頻率固定、脈沖幅度一定、脈沖寬度與輸入inu信號(hào)成線性關(guān)系的方波脈沖串，利用該方波脈沖串驅(qū)動(dòng)功率放大電路，從而控制伺 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 31 頁(yè) 共 44 頁(yè)服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用PWM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，PWM具有較高的切換頻率，這有助于克服伺服電機(jī)的靜摩擦力矩，與其線性功率放大器相比，功耗低且效率高，因而在伺服系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)運(yùn)用。為了改善伺服電機(jī)的運(yùn)行特性，必須適當(dāng)選擇PWM的切換頻率，其選擇可參考以下原則：（1）切換頻率應(yīng)能使電機(jī)軸產(chǎn)生微振，以克服靜摩擦，改善運(yùn)行特性。即(3.1)TMf?其中 ， 為力矩常數(shù)， 為PWM電源電壓， 為電感， 為電機(jī)靜摩4MCfkULT?CULT擦力矩。（2）微振的最大角位移應(yīng)小于設(shè)定的位置誤差。即(3.2)3192CTkfLJ??其中J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 為設(shè)定的位置誤差。?（3）盡量減少電機(jī)產(chǎn)生的高頻功耗。即應(yīng)使得(3.3)?2ATRfL?其中 為電內(nèi)阻。AR一般伺服電機(jī)的電感很小，如果切換頻率不高，導(dǎo)致交流分量很大，很容易損壞功率晶體管。在此采用PWM芯片UC3637和H功率橋放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，其UC3637原理如圖3.11所示，根據(jù)上述原則選擇切換頻率為30KHz。UC3637的特點(diǎn)：?jiǎn)坞娫椿螂p電源工作， ～ ?5.2?v0雙路PWM信號(hào)輸出，驅(qū)動(dòng)電流能力為100mA限流保護(hù)欠電壓封鎖?有溫度補(bǔ)償，2.5V閥值的關(guān)機(jī)控制 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 32 頁(yè) 共 44 頁(yè)圖3.11 UC3637原理框圖 UC3637的結(jié)構(gòu)與功能：三角波發(fā)生器：CP，CN，S1，SR1；PWM比較器：CA，CB；輸出控制門：NA，NB；限流電路：CL，SRA，SRB；誤差放大器：EA；關(guān)機(jī)比較器：CS；欠電壓封鎖電路：UVL。UC3637最具特色的是三角波振蕩器，三角波產(chǎn)生電路如圖3.12所示。圖3.12 恒幅三角波產(chǎn)生電路 三角波參數(shù)的計(jì)算 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 33 頁(yè) 共 44 頁(yè)取PWM定時(shí)電路充電電流為0.5Ma,則有(3.4)0.5STHTVR??[6](3.5)4THCf[]其中， 為PWM 頻率。由允許電機(jī)最大電流 決定 。Tf A21.3max?ISR(3.6)ax0.SRI對(duì)于圖3.12所示的控制系統(tǒng)，要求： V24??S10maxcVKΩ10iNRPWM頻率 f=30KHz 限流 Imax=8A取 1a?計(jì)算得 (3.7)KΩ5.162410)(2max3 ??????VRSCIN(3.8).35.6434??IN(3.9) V78.102.434??ISRV768.3?TH(3.10)KΩ16.78.324)105.62(233 ??????THSV5.0.?RKΩ1631?F10.78.04.5. 93????THTVfC式中： 為三角波峰值的轉(zhuǎn)折（閾值）電壓； 為電源電壓； 為定時(shí)電阻；THVSVTR 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書 （ 論 文 ） 第 34 頁(yè) 共 44 頁(yè)B?2v1xoyPAQ ?L為定時(shí)電容； 為恒流充電電流； 為振蕩頻率。C3637具有一個(gè)高速、帶寬為TCSIfkHz、輸出低阻抗的誤差放大器，既可以作為一般的快速運(yùn)放，亦可作為反饋補(bǔ)償運(yùn)放。3.7 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析3