自動堆垛式載運機器人設(shè)計含SW三維及10張CAD圖

自動堆垛式載運機器人設(shè)計含SW三維及10張CAD圖,自動,堆垛,載運,機器人,設(shè)計,SW,三維,10,CAD XX設(shè)計（XXX）XX題 目：自動堆垛式載運機器人的設(shè)計 英文題目：The design of potato peeler 學(xué) 院：_ 專 業(yè)：_ 姓 名：_ 學(xué) 號：_ 指導(dǎo)教師：_20XX年2月27日 摘要 本文運用大學(xué)所學(xué)的知識，提出了自動堆垛式載運機器人的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計中所必須的理論計算和相關(guān)強度校驗，構(gòu)建了自動堆垛式載運機器人總的指導(dǎo)思想，從而得出了該自動堆垛式載運機器人的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且安全系數(shù)高，對提高貨物搬運以及裝配效率，減少人工投入等等起到了很大的作用的結(jié)論。 該自動堆垛式載運機器人是對傳統(tǒng)的多自由度機器人的工作原理進行理解，本機器人由底盤、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)、平移機構(gòu)、手爪和驅(qū)動機構(gòu)組成。該機器人能實現(xiàn)多個自由度，從而可以從多方位多角度來對貨物進行搬運和卸載。關(guān)鍵詞：自動堆垛式載運機器人；計算；自由度；驅(qū)動機構(gòu)；搬運 IAbstract This paper is using the university knowledge, automatic stacker carrying robot structure composition, working principle and main parts design must have the theoretic calculation and strength check is proposed, constructed the general guiding principle of robot automatic stacker carrying, resulting in the the automatic stacker carrying advantage for the robot is efficient, economic, and high safety factor, to improve cargo handling and assembly efficiency, reduce artificial input and so on plays a great role in the conclusion. The automatic stacking carrying robot is the working principle of traditional multi degree of freedom robot to understand, the robot is composed of a chassis, slewing mechanism, lifting mechanism, a translational mechanism, gripper and a driving mechanism. The robot can achieve multiple degrees of freedom, which can be from various angles to handling and unloading of goods.Keywords: automatic stacker robot；carrying calculate；the degrees of freedom； drive mechanism for handlingIIXXX設(shè)計（XXX）目 錄 摘要I AbstractII1 緒論1 1.1本課題研究的內(nèi)容1 1.2 機器人概述2 1.3 機器人的組成和分類3 1.3.1機器人的組成3 1.3.2機器人的分類42 自動堆垛式載運機器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計5 2.1自動堆垛式載運機器人總體方案圖7 2.2 自動堆垛式載運機器人的工作原理9 2.3 機械傳動部分的設(shè)計計算10 2.3.1旋轉(zhuǎn)電機的選型計算10 2.3.2夾爪升降氣缸的選型計算10 2.3.3軸承的選型計算11 2.3.4 滾動導(dǎo)軌的設(shè)計12 3 各主要零件部強度的校核計算12 3.1 鍵的設(shè)計及危險截面校核13 3.2 軸承的選取及校核14 3.3 螺栓的校核144 機器人的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計15 4.1可編控制器的選擇16 4.2可編程控制器的使用步驟17結(jié) 論18致 謝19參考文獻2011 緒論 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。機械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務(wù)。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務(wù)的機械、研制和提供家庭和個人生活中應(yīng)用的機械、研制和提供各種機械武器。 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運動的工程力學(xué)和流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和計算的機械原理和機械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。1.1 本課題研究的內(nèi)容 本次設(shè)計主要針對自動堆垛式載運機器人進行設(shè)計，從自動堆垛式載運機器人的整體方案出發(fā)，然后具體細(xì)化出具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具體內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個方面：（1）到圖書館里查閱大量相關(guān)知識的資料，搜集出各類自動堆垛式載運機器人的原理及結(jié)構(gòu)，挑選相關(guān)內(nèi)容記錄并學(xué)習(xí)。（2）分析自動堆垛式載運機器人的結(jié)構(gòu)與參數(shù)（3）確定設(shè)計總體方案（4）確定具體設(shè)計方案（包括底盤、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)、平移機構(gòu)、手爪和驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計，電機，軸承等的選型設(shè)計等等）（5）自動堆垛式載運機器人的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。（6）說明書的編制與整理1.2 機器人概述工業(yè)機器人由操作機(機械本體)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是當(dāng)代研究十分活躍，應(yīng)用日益廣泛的領(lǐng)域。機器人應(yīng)用情況，是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。機器人并不是在簡單意義上代替人工的勞動，而是綜合了人的特長和機器特長的一種擬人的電子機械裝置，既有人對環(huán)境狀態(tài)的快速反應(yīng)和分析判斷能力，又有機器可長時間持續(xù)工作、精確度高、抗惡劣環(huán)境的能力，從某種意義上說它也是機器的進化過程產(chǎn)物，它是工業(yè)以及非產(chǎn)業(yè)界的重要生產(chǎn)和服務(wù)性設(shè)各，也是先進制造技術(shù)領(lǐng)域不可缺少的自動化設(shè)備.機器人是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運或操作的自動機械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機器人被稱為“工業(yè)機器人”。生產(chǎn)中應(yīng)用機器人可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率:可以減輕勞動強度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進行正常的工作，意義更為重大。因此，在機械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機器人的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強，僅為某臺機床的上下料裝置，是附屬于該機床的專用機器人。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機器人”，簡稱通用機器人。由于通用機器人能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。1.3 機器人的組成和分類 1.3.1機器人的組成機器人主要由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測裝置等所組成。各系統(tǒng)相互之間的關(guān)系如方框圖2-1所示。 (一)執(zhí)行機構(gòu)包括手部、主臂、手臂和立柱等部件，有的還增設(shè)行走機構(gòu)。即與物件接觸的部件。由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手在本課題中我們采用夾持式手部結(jié)構(gòu)。夾持式手部由手指(或手爪)和傳力機構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件，常用的手指運動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，故應(yīng)用較廣泛。平移型應(yīng)用較少，其原因是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但平移型手指夾持圓形零件時，工件直徑變化不影響其軸心的位置，因此適宜夾持直徑變化范圍大的工件。手指結(jié)構(gòu)取決于被抓取物件的表面形狀、被抓部位(是外廓或是內(nèi)孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夾式和內(nèi)撐式;指數(shù)有雙指式、多指式和雙手雙指式等。而傳力機構(gòu)則通過手指產(chǎn)生夾緊力來完成夾放物件的任務(wù)。傳力機構(gòu)型式較多時常用的有:滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜面杠桿式、齒輪齒條式、絲杠螺母彈簧式和重力式等。(二)驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是驅(qū)動工業(yè)機器人執(zhí)行機構(gòu)運動的動力裝置調(diào)節(jié)裝置和輔助裝置組成。常用的驅(qū)動系統(tǒng)有液壓傳動、 氣壓傳動、機械傳動。控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機器人按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成。控制系統(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機器人按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機器人的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機器人的動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。(二)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是支配著工業(yè)機器人按規(guī)定的要求運動的系統(tǒng)。目前工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)一般由程序控制系統(tǒng)和電氣定位(或機械擋塊定位)系統(tǒng)組成?？刂葡到y(tǒng)有電氣控制和射流控制兩種，它支配著機器人按規(guī)定的程序運動，并記憶人們給予機器人的指令信息(如動作順序、運動軌跡、運動速度及時間)，同時按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出指令，必要時可對機器人的動作進行監(jiān)視，當(dāng)動作有錯誤或發(fā)生故障時即發(fā)出報警信號。(三)位置檢測裝置控制機器人執(zhí)行機構(gòu)的運動位置，并隨時將執(zhí)行機構(gòu)的實際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的位置進行比較，然后通過控制系統(tǒng)進行調(diào)整，從而使執(zhí)行機構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置.1.3.2 機器人的分類工業(yè)機器人的種類很多，關(guān)于分類的問題，目前在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，在此暫按使用范圍、驅(qū)動方式和控制系統(tǒng)等進行分類。(一)按用途分機器人可分為專用機器人和通用機器人兩種:1、專用機器人它是附屬于主機的、具有固定程序而無獨立控制系統(tǒng)的機械裝置。專用機器人具有動作少、工作對象單一、結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠和造價低等特點，適用于大批量的自動化生產(chǎn)的自動換刀機器人，如自動機床、自動線的上、下料機器人和叻口工中心”2、通用機器人它是一種具有獨立控制系統(tǒng)的、程序可變的、動作靈活多樣的機器人。格性能范圍內(nèi)，其動作程序是可變的，通過調(diào)整可在不同場合使用，驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)是獨立的。通用機器人的工作范圍大、定位精度高、通用性強，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化的生產(chǎn)。通用機器人按其控制定位的方式不同可分為簡易型和伺服型兩種:簡易型以“開一關(guān)”式控制定位，只能是點位控制:可以是點位的，也可以實現(xiàn)連續(xù)軌控制，伺服型具有伺服系統(tǒng)定位控制系統(tǒng)，一般的伺服型通用機器人屬于數(shù)控類型。(二)按驅(qū)動方式分1、液壓傳動機器人是以液壓的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機器人。其主要特點是:抓重可達(dá)幾百公斤以上、傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈敏。但對密封裝置要求嚴(yán)格，不然油的泄漏對機器人的工作性能有很大的影響，且不宜在高溫、低溫下工作。若機器人采用電液伺服驅(qū)動系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)軌跡控制，使機器人的通用性擴大，但是電液伺服閥的制造精度高，油液過濾要求嚴(yán)格，成本高。2、氣壓傳動機器人是以壓縮空氣的壓力來驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的機器人。其主要特點是:介質(zhì)李源極為方便，輸出力小，氣動動作迅速，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但是，由于空氣具有可壓縮的特性，工作速度的穩(wěn)定性較差，沖擊大，而且氣源壓力較低，抓重一般在30公斤以下，在同樣抓重條件下它比液壓機器人的結(jié)構(gòu)大，所以適用于高速、輕載、高溫和粉塵大的環(huán)境中進行工作。3、機械傳動機器人即由機械傳動機構(gòu)(如凸輪、連桿、齒輪和齒條、間歇機構(gòu)等)驅(qū)動的機器人。它是一種附屬于工作主機的專用機器人，其動力是由工作機械傳遞的。它的主要特點是運動準(zhǔn)確可靠，用于工作主機的上、下料。動作頻率大，但結(jié)構(gòu)較大，動作程序不可變。4、電力傳動機器人即有特殊結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電動機、直線電機或功率步進電機直接驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)運動的械手，因為不需要中間的轉(zhuǎn)換機構(gòu)，故機械結(jié)構(gòu)簡單。其中直線電機機器人的運動速度快和行程長，維護和使用方便。此類機器人目前還不多，但有發(fā)展前途。(三)按控制方式分1、點位控制它的運動為空間點到點之間的移動，只能控制運動過程中幾個點的位置，不能控制其運動軌跡。若欲控制的點數(shù)多，則必然增加電氣控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。目前使用的專用和通用工業(yè)機器人均屬于此類。2、連續(xù)軌跡控制它的運動軌跡為空間的任意連續(xù)曲線，其特點是設(shè)定點為無限的，整個移動過程處于控制之下，可以實現(xiàn)平穩(wěn)和準(zhǔn)確的運動，并且使用范圍廣，但電氣控制系統(tǒng)復(fù)雜。這類工業(yè)機器人一般采用小型計算機進行控制。2 自動堆垛式載運機器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計2.1自動堆垛式載運機器人總體方案圖 本次設(shè)計的自動堆垛式載運機器人能夠?qū)崿F(xiàn)抓取貨物旋轉(zhuǎn)，升降等功能。通過夾爪到指定的貨物堆積的地方夾住貨物，然后機器人的機械夾爪夾住貨物上升，接著整個夾爪部位平移、后退到預(yù)定的放置貨物的位置，夾爪松開，貨物自動被放置在指定的位置。整個機器人的動作前程都是靠光電傳感器檢測信號，從而反饋信號給控制系統(tǒng)，通過中控系統(tǒng)來對機器人的各個執(zhí)行機構(gòu)進行有序地操作。其具體的方案結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示： 圖1 方案結(jié)構(gòu)圖2.2 自動堆垛式載運機器人的工作原理該自動堆垛式載運機器人的工作原理為：改機器人通過夾爪到指定的貨物堆積的地方夾住貨物，然后機器人的機械夾爪夾住貨物上升，接著整個夾爪部位平移、后退到預(yù)定的放置貨物的位置，夾爪松開，貨物自動被放置在指定的位置。整個機器人的動作前程都是靠光電傳感器檢測信號，從而反饋信號給控制系統(tǒng)，通過中控系統(tǒng)來對機器人的各個執(zhí)行機構(gòu)進行有序地操作。2.3 機械傳動部分的設(shè)計計算2.3.1旋轉(zhuǎn)電機的選型計算N=400wG旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的負(fù)載，取100kgv旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的轉(zhuǎn)速。取v600r/m傳動效率，取0.75根據(jù)N400w，n1440r/min選取型號為Y112M-4的電機。 由傳動比標(biāo)準(zhǔn)系列查機械設(shè)計手冊B2表21初步取1.76 2.5。2.3.2夾爪升降氣缸的選型計算 根據(jù)系統(tǒng)工況可知，自動堆垛式載運機器人夾持貨物是通過氣缸推動夾爪機構(gòu)來實現(xiàn)的，根據(jù)已知條件可知：夾爪機構(gòu)的所有零件的重量為10kg。 已知夾爪部位各個零件的重量以及其他零部件的總重量為10KG，根據(jù)公式F=P*S=0.5(取氣壓0.6Mpa）*S,可得S=25mm。式中：F是所需要的輸出力；P是系統(tǒng)壓力；S就是活塞面積；n是安全系數(shù)，一般氣缸水平使用取0.7，垂直使用取0.5；于是算出氣缸缸徑為50mm，行程根據(jù)實際情況我們選擇200，所以我們選擇AIRTAC50X200標(biāo)準(zhǔn)型氣缸。2.3.3 軸承的選型計算根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計壽命163658=48720小時；(1）已知n=458.2r/min兩軸承徑向反力：FR1=FR2=500.2N；初先兩軸承為深溝球軸承6204型。根據(jù)課本P265（11-12）得軸承內(nèi)部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；(2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N；(3)計算當(dāng)量載荷 P1、P2根據(jù)課本P263表（11-9）取fP=1.5;根據(jù)課本P262（11-6）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N；P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N；(4)軸承壽命計算P1=P2故取P=750.3N；深溝球軸承 =3；2.3.4 滾動導(dǎo)軌的設(shè)計 設(shè)導(dǎo)軌的滑座數(shù)M4個，每分鐘往復(fù)4次，載荷F2800N ，工作臺絲杠載荷每天開機6h，每年300個工作日，壽命8年，由所設(shè)條件得該導(dǎo)軌的額定工作時間。壽命Th6300814400h由ThTs103/2Lsn = Z向?qū)к?Ts2ThLsn/1032144000.34460/1032350km Y向?qū)к塗s2ThLsn/1032144000.25460/1031728km因滑座數(shù)M=4所以每導(dǎo)軌上使用2個滑座。fC0.81；fH1;fT1;fW2= TsK(fHXfTXfCX/fWXCa/F)3 =CaF(Ts/K)1/3fw/(fH fT fC) 其中F F/M2800/4700N =Z向 Ca700(2350/50)1/32/(0.8111) 5333N若選漢江機床廠的HJG-D系列滾動導(dǎo)軌，選用HJG-D25型號能滿足要求,同理Y向取HJG-D25型號。3 各主要零件部強度的校核計算3.1 鍵的設(shè)計及危險截面校核 鍵聯(lián)結(jié)是通過鍵實現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。其中有類型也可以實現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力，有些類型并能實現(xiàn)軸向動聯(lián)結(jié)，于在圓錐篩的軸上主要通過鍵來實現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向固定所以，只需選用常見的普通平鍵，鍵的類型可根據(jù)使用要求、工作條件和聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點表5-3-15選定，鍵的長度根據(jù)軸轂的長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取，鍵的bh根據(jù)徑來確定。 軸和同步帶輪的聯(lián)結(jié)，d=20mm, 參考資料2P5-194表5-3-18 (GB/T1095-1979)選用B830，B625的普通A型平鍵，鍵長分別為30、25mm。3.2 軸承的選取及校核 軸承的選用在以上的說明中已經(jīng)給出，選用的是帶緊定套的滾子軸承，型號為22218CK/W33+H318，其基本參數(shù)為主要是額定載荷：C=240000N， =322000N，e=0.23,Y=2.5,，假定軸承的壽命為3年，每天工作10小時，一年工作300天，所以軸承的基本額定動載荷可按一下公式進行計算：C=其中：C基本額定動載荷計算值，N； P當(dāng)量動載荷，按式計算，為軸承所受徑向載荷，軸向動載荷，X為徑向動載荷系數(shù)，Y為軸向動載荷系數(shù)； 壽命因數(shù)，按表7-2-8選?。?速度因數(shù)，按表7-2-9選??； 力矩載荷因數(shù)，力矩較小時=1.5,力矩較大時=2; 沖擊載荷因數(shù),按表7-2-10選取; 溫度系數(shù),按表7-2-11選取;軸承尺寸及性能表中所列基本額定動載荷;由表查得=1.19,=0.366,=1.5,=1.2（中等沖擊）,=;1.0；因為軸向載荷=0，即，所以當(dāng)量動載荷即， ,所以此軸承選的合適,能滿足要求。4 機器人的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計4.1 可編程控制器的選擇目前，國際上生產(chǎn)可編程序控制器的廠家很多，如日本三菱公司的F系列PC,德國西門子公司的SIMATIC N5系列PC、日本OMRON(立石)公司的C型、P型PC等。考慮到本機器人的輸入輸出點不多，工作流程較簡單，同時考慮到制造成本，因此在本次設(shè)計中選擇了OMRON公司的C28P型可編程序控制器。4.2 可編程序控制器的工作過程可編程序控制器是通過執(zhí)行用戶程序來完成各種不同控制任務(wù)的。為此采用了循環(huán)掃描的工作方式。具體的工作過程可分為4個階段。 第一階段是初始化處理?？删幊绦蚩刂破鞯妮斎攵俗硬皇侵苯优c主機相連，CPU對輸入輸出狀態(tài)的詢問是針對輸入輸出狀態(tài)暫存器而言的。輸入輸出狀態(tài)暫存器也稱為I/0狀態(tài)表.該表是一個專門存放輸入輸出狀態(tài)信息的存儲區(qū)。其中存放輸入狀態(tài)信息的存儲器叫輸入狀態(tài)暫存器;存放輸出狀態(tài)信息的存儲器叫輸出狀態(tài)暫存器。開機時，CPU首先使I/0狀態(tài)表清零，然后進行自診斷。當(dāng)確認(rèn)其硬件工作正常后，進入下一階段。第二階段是處理輸入信號階段。 在處理輸入信號階段，CPU對輸入狀態(tài)進行掃描，將獲得的各個輸入端子的狀態(tài)信息送到I/0狀態(tài)表中存放。在同一掃描周期內(nèi)，各個輸入點的狀態(tài)在I/0狀態(tài)表中一直保持不變，不會受到各個輸入端子信號變化的影響，因此不能造成運算結(jié)果混亂，保證了本周期內(nèi)用戶程序的正確執(zhí)行。第三階段是程序處理階段。 當(dāng)輸入狀態(tài)信息全部進入I/0狀態(tài)表后，CPU工作進入到第三個階段。在這個階段中，可編程序控制器對用戶程序進行依次掃描，并根據(jù)各I/0狀態(tài)和有關(guān)指令進行運算和處理，最后將結(jié)果寫入I/0狀態(tài)表的輸出狀態(tài)暫存器中。第四階段是輸出處理階段。 CPU對用戶程序已掃描處理完畢，并將運算結(jié)果寫入到I/0狀態(tài)表狀態(tài)暫存器中。此時將輸入信號從輸出狀態(tài)暫存器中取出，送到輸出鎖存電路，驅(qū)動輸出繼電器線圈，控制被控設(shè)備進行各種相應(yīng)的動作。然后，CPU又返回執(zhí)行下一個循環(huán)的掃描周期。結(jié) 論本文所設(shè)計的自動堆垛式載運機器人，該設(shè)計功能比較突出，通過構(gòu)思，實施，計算，畫圖，論文總算完成了。在論文完成之際，我首先向我的導(dǎo)師致以衷心的感謝和崇高的敬意！在這期間，導(dǎo)師在學(xué)業(yè)上嚴(yán)格要求，精心指導(dǎo)，在生活上給了我無微不至的關(guān)懷，給了我人生的啟迪，使我在順利的完成學(xué)業(yè)階段的學(xué)業(yè)的同時，也學(xué)到了很多做人的道理，明確了人生目標(biāo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識，實事求是的作風(fēng)，平易近人、寬以待人和豁達(dá)的胸懷，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。經(jīng)過近半年努力的設(shè)計與計算，論文終于可以完成了，我的心里無比的激動。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因為它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來對所學(xué)知識的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識，而且鍛煉了我的能力，更重要的是從周圍的老師和同學(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多。在此，向他們表示深深的謝意與美好的祝愿。參考文獻1 孫恒、陳作模主編，高等教育出版社，2006年出版2 濮良貴、紀(jì)名剛主編,高等教育出版社，2006年出版3 大連理工大學(xué)主編,高等教育出版社，2007年出版4 劉鴻問主編，高等教育出版社，2004年出版5 成大先主編，化學(xué)工業(yè)出版社,2002年出版6 天津大學(xué)主編，天津科學(xué)技術(shù)出版社 1980年出版7 章洪甲、王積偉主編，機械工業(yè)出版，2005年出版8 蔡自興主編，清華大學(xué)出版社，2009年出版9 李來英. 北京：機械工業(yè)出版社10 黃鶴汀主編，機械工業(yè)出版社11 程康寧主編，機械工程控制基礎(chǔ)西安交通大學(xué)出版社12 王健民.二維圖像測量機及圖像式大尺寸弧長在線測量系統(tǒng)的研究C.哈爾濱工業(yè)大學(xué).博士學(xué)位論文,1998.1213 王斧等.CCD精密測角系統(tǒng)J.光電工程,1997,24(1):1114.14 曹國榮,景芳盛.CCD用于摩爾條紋細(xì)分技術(shù)J.計量學(xué)報,1995,16(2):116119.15 張廣軍.衍射條紋CCD擬合定位及精度分析J.儀器儀表學(xué)報,1995,16(1):107110.146計量學(xué)報2002年4月16 余國琮.機械工程手冊,化學(xué)工業(yè)出版社,2004年3月.17 王光斗.機床夾具設(shè)計手冊,上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2000年11月. 18 張大鵬.電子手冊,電子工業(yè)出版社,2003年10月.致 謝經(jīng)過三個月的時間，畢業(yè)設(shè)計的工作已經(jīng)完成。在這次的畢業(yè)設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)的知識，也培養(yǎng)了我如何去把我一件事情，如何完成一件事情。在設(shè)計過程中，和同學(xué)相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容。學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。 畢業(yè)設(shè)計是我們大學(xué)四年中最重要的一次設(shè)計，也是對我們大學(xué)四年所學(xué)的做出評斷，也是衡量自己是否適應(yīng)這個社會的過程。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我著實學(xué)到不少東西。比如如何運用SOLIDWORKS,WORD，CAD等軟件。也掌握了我們所學(xué)專業(yè)機械設(shè)計及其自動化的發(fā)展與方向。讓自己摸清了自己將來走的道路。綜合運用所學(xué)課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行一次自動堆垛式載運機器人設(shè)計工作的訓(xùn)練，從而培養(yǎng)了自己獨立工作能力，鞏固與擴充了這方面的內(nèi)容。懂得了怎樣分析方案，怎樣確定方案，了解到了機器人的基本結(jié)構(gòu)，提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。 在此感謝我的指導(dǎo)老師，老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，這次畢業(yè)設(shè)計中的每個細(xì)節(jié)都離不開老師的細(xì)心指導(dǎo)。而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很順利的完成了這次畢業(yè)設(shè)計。 由于本人的設(shè)計能力有限，在設(shè)計過程中難免出現(xiàn)錯誤，懇請老師們多多指教，我十分樂意接受你們的批評與指正，本人萬分感謝。16 2012 年全國職業(yè)院校技能大年全國職業(yè)院校技能大賽中職組機器人賽項賽中職組機器人賽項 ZKRT300 自動堆垛式載運機器人說明手冊自動堆垛式載運機器人說明手冊 北京中科遠(yuǎn)洋科技有限公司北京中科遠(yuǎn)洋科技有限公司 2 目目 錄錄 一.主要功能 3 二.性能參數(shù)4 三.操作說明5 四.使用維護6 五.裝配調(diào)試說明6 3 一、主要功能：ZKRT-300型自動堆垛式載運機器人是面向職業(yè)教育類、工程教育類學(xué)生教學(xué)與實訓(xùn)而開發(fā)的教學(xué)機器人。它體現(xiàn)了基于工程設(shè)計的機械機構(gòu)、機械傳動技術(shù)和控制技術(shù)的完美結(jié)合，基于工程設(shè)計理念而開發(fā)，結(jié)構(gòu)精巧，符合工程化設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，典型機構(gòu)運用別具匠心，采用工業(yè)傳感器，工程化布線、接線，融合多項核心專利技術(shù)開發(fā)而成。本產(chǎn)品非常適合于中等職業(yè)教育和高等職業(yè)教育類學(xué)生機器人課程的教學(xué)以及機器人競賽使用。ZKRT-300型自動堆垛式載運機器人由機器人行走底盤、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、升降機構(gòu)、平移機構(gòu)、手爪機構(gòu)以及單片機控制系統(tǒng)組成。主要可實現(xiàn)如下功能：1、循線計數(shù)行走、路徑規(guī)劃；2、自動取物、自動堆垛；3、多種貨物取放任務(wù)方案可自由設(shè)計；4、可自行更換手爪結(jié)構(gòu)以滿足不同尺寸、形狀貨物的抓取任務(wù)。結(jié)構(gòu)說明見圖1-1：圖1-1 ZKRT-300型自動堆垛式載運機器人結(jié)構(gòu) 4 二性能參數(shù)說明二性能參數(shù)說明 1、設(shè)備組成設(shè)備組成 ZKRT-300 型自動堆垛式載運機器人由機械本體、微電腦控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)組成。2、設(shè)備主要參數(shù)及規(guī)格設(shè)備主要參數(shù)及規(guī)格 最大外形尺寸：（長 X 寬 X 高）650mmX360mmX650mm 底盤尺寸：（長 X 寬 X 高）365mmX280mmX140mm 手爪行程：30mm 升降行程：230mm 平移行程：430mm 回轉(zhuǎn)角度：90 度/次 回轉(zhuǎn)精度：3 手爪抓取方式：上下移動、平行夾緊 最大抓取物尺寸：80mm 額定抓取重量：0.5Kg 最大載重：6Kg 直線運行速度：Max 0.5 m/S 縱向白條定位精度：3mm 自動導(dǎo)引傳感器：專用 8 路光學(xué)循跡傳感器 電池組工作電壓：U=24VDC 電池續(xù)航時間：1 小時 充電方式：外置充電器 最大噪音：65db 5 三操作說明三操作說明 1、操作面板、操作面板 圖圖 3-1 操作面板操作面板 2、操作說明、操作說明（1）開電源時先打開 12V 電源開關(guān)，再打開 24V 電源開關(guān)；關(guān)電源時按以上順序反向操作。（2）當(dāng)電源/低電指示燈由綠色轉(zhuǎn)為紅色時為低電報警，此時需連接外置充電器充電或更換電池組。（3）控制系統(tǒng)支持在線下載程序，將連接電腦的串口線連接至面板上的下載口按下載軟件操作指示下載程序。6 四、使用維護說明：四、使用維護說明：1、人推動小車時必須關(guān)閉所有電源開關(guān)，推動速度不宜過快，以免電機反電勢過大損壞驅(qū)動器。2.光學(xué)循跡傳感器在機器人前部下方，搬運過程中注意不得重壓循跡傳感器。3.機器人長期不用時，請務(wù)必將電池組充滿電，并關(guān)閉所有電源開關(guān)。五、裝配調(diào)試說明五、裝配調(diào)試說明（一）、機械結(jié)構(gòu)裝配（一）、機械結(jié)構(gòu)裝配 1、主要裝配任務(wù)、主要裝配任務(wù) A、行走輪組件裝配 B、槽輪回轉(zhuǎn)機構(gòu)裝配 C、絲杠升降機構(gòu)裝配 D、同步帶平移機構(gòu)裝配 E、雙曲線槽輪手爪機構(gòu)裝配 F、總裝 2、使用工具、使用工具 A、內(nèi)六角扳手 1 套 B、孔用卡簧鉗 1 把、軸用卡簧鉗 1 把 C、6活絡(luò)扳手 1 把 D、尖嘴鉗 2 把 E、十字螺絲刀 2 把 F、一字螺絲刀 1 把 G、小錘子 1 把 H、平口鉗（80mm）1 臺 I、25、34 銅棒各一根 J、潤滑油槍 1 把 7 3、裝配示意圖、裝配示意圖（1）車輪部件裝配示意圖 圖 5-1 車輪部件裝配示意圖（2）底盤部件裝配示意圖 8 圖 5-2 底盤部件裝配示意圖 9（3）回轉(zhuǎn)部件裝配示意圖 圖 5-3 回轉(zhuǎn)部件裝配示意圖 10（4）升降部件裝配示意圖 圖 5-4 升降部件裝配示意圖 11（5）平移部件裝配示意圖 圖 5-5 平移部件裝配示意圖 12（6）手爪部件裝配示意圖 圖 5-6 手爪部件裝配示意圖 13（7）整機裝配完成示意圖 圖 5-7 整機裝配完成示意圖 14（二）、電氣接線（二）、電氣接線 1、主要接線任務(wù)、主要接線任務(wù) A、電機線走線 B、傳感器安裝、走線 C、電路板走線 D、壓線端子、穿線號 E、接線 F、電纜拖鏈安裝 2、使用工具、使用工具 A、內(nèi)六角扳手 1 套 B、十字螺絲刀 2 把 C、一字螺絲刀 1 把 D、尖嘴鉗 1 把 E、剝線鉗 1 把 F、壓線鉗 1 把 G、萬用表 1 只 H、電鉻鐵 1 把 I、斜口鉗 1 把 3、電路板的安裝、電路板的安裝 1 將傳感器信號處理板、電機驅(qū)動板、主控制板固定在機器人底盤上。2 連接信號線：按照圖 5-8 所示，先連接三塊電路板之間的接線，具體為：用 10 芯排線連接 8 路巡線傳感器的輸出和傳感器信號處理板的傳感器輸入接口；用 10 芯排線連接傳感器信號處理板的信號輸出接口與主控制板的 8 路傳感器輸入接口；面板上的啟動按鈕連接主控制板的啟動按鈕插座；用 10 芯排線連接主控制板的行走電機接口與電機驅(qū)動板的行走電機接口；用 10 芯排線連接主控制板的電機 12 接口與電機驅(qū)動板的電機 12 接口；用 10 芯排線連接主控制板的電機 34接口與電機驅(qū)動板的電機 34 接口。3 連接電源線：面板上的 12V 開關(guān)電源線連接電機驅(qū)動板的 12V 電源輸 15 入插座；驅(qū)動板的 12V 電源輸出插座連接傳感器信號處理板的 12V 電源輸入插座；驅(qū)動板的 12V 電源輸出插座連接主控制板的 12V 電源輸入插座；面板上的 24V 電源連接電機驅(qū)動板的 24V 電源插座。連接電源時，務(wù)必確認(rèn)主板上電源插座的正負(fù)極，切勿插反確認(rèn)主板上電源插座的正負(fù)極，切勿插反。4 接線排連線：如圖 5-9 所示，機器人上部安裝了 2 個接線排，機器人上部 10 個接近傳感器和 4 個電機的連線全部通過接線排實施連接，在連線時需要注意每根線上面的線號，接在接線排相同標(biāo)號處。+12VGNDTO：主板FROM：驅(qū)動板FROM：傳感器傳感器板接線圖 16 圖 5-8 線路板之間連接示意圖 圖5-9 接線排的接線 接線排1接線圖 17（三）、機器人控制系統(tǒng)說明（三）、機器人控制系統(tǒng)說明 1、概述、概述 機器人控制系統(tǒng)包括 8 路巡線傳感器、傳感器信號處理板、主控制板、電機驅(qū)動板組成。組成框圖如圖 5-10 所示 圖 5-10 機器人控制系統(tǒng)組成框圖 2、主控制板、主控制板 1概述 主控制板是機器人的大腦，承擔(dān)著信息接收、處理、外部設(shè)備控制的重要任務(wù)，主控制板中處理器選用了 STC12C5A60S2 芯片為主控芯片，控制板支持兩大類輸入，既 8 通道專用巡線傳感器輸入，和 12 個接近傳感器輸入（實際使用了 10 個）；輸出也是支持 2 大類，即可調(diào)速行走電機控制輸出和不可調(diào)速行走電機控制輸出。STC12C5A60S2 單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 8-12 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路,2 路 PWM,8路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換(250K/S),抗干擾能力強，適合應(yīng)用在強干擾場合。具體功能和參數(shù)可以參考 STC12C5A60S2 數(shù)據(jù)手冊。18 主控制板使用的是 40 個引腳的單片機，共有 35 個 I/O 接口。主控制板實物如圖 5-11 所示。圖中，12V 電源輸入插座連接 12V 電源，12V 電源輸出插座連接傳感器信號處理板的 12V 電源插座（注意板子上的電源正極標(biāo)志，不要插反），巡線傳感器輸入接口用于連接傳感器信號處理板，啟動按鈕輸入插座連接面板上啟動按鈕，左右車輪電機接口連接驅(qū)動板上的電機信號控制插座，程序下載接口用于程序的在線下載，8 通道傳感器輸入接口可以用于連接 8 個 NPN 型傳感器，非調(diào)速電機輸出接口用于上部機構(gòu)各種電機的控制。圖 5-11 主控制板實物圖 主控制板的信號流程圖如圖 5-12 所示 圖 5-12 主控制板信號流程圖 10 通道接 近 開關(guān)輸入 電機 12 輸出接口 電機 34 輸出接口 12V 電源，上端為正 下載口 行走電機 輸出接口 19 2.巡線傳感器輸入接口 電路板上 JM15 插座即為巡線傳感器輸入接口，主要是用于接收 8 路巡線傳感器信號。312 路接近傳感器輸入接口 12 路接近傳感器輸入接口連接了機器人上部機構(gòu)的 10 個接近開關(guān)，用于探測運動機構(gòu)位置，其中 4 路輸入接口電路圖如圖 5-13 所示。圖 5-13 4 通道傳感器輸入接口 圖中，展示了 4路傳感器輸入接口，輸入信號使用了單片機的P3.3-P3.6口，插座 JM11-JM14 分別接 4 個傳感器，傳感器使用了接近傳感器，用于探測一些運動部件是否到位，探測距離一般在 5mm 以下，需要注意的是，裝在機器人手爪上的圓柱形接近傳感器探測距離在 1mm 左右，安裝的時候需要特別注意。傳感器上有 3 根引線，分別接 JM11-JM14 的 3 個引腳。圖 5-13 所示的的電路均為低電平有效低電平有效，即傳感器探測到目標(biāo)時，反相器輸出端即單片機的 P3.3-P3.6 腳為低電平信號，否則為高電平。4PWM 和電機方向控制電路 PWM 和電機方向控制電路如圖 5-14 所示，STC12C5A60S2 本身具有 2 路 20 PWM 輸出，即 P1.3 和 P1.4 為 PWM 輸出端口，分別控制左（P1.4 控制）右（P1.3控制）電機的轉(zhuǎn)速，單片機 PWM 的設(shè)置請詳見 STC12C5A60S2 數(shù)據(jù)手冊。圖 5-14 中，P15 和 P12 分別是左（P1.5 控制）右（P1.2 控制）電機的方向控制信號，需要注意的是，P1.5 和 P1.2 是低電平有效，即 P1.5 和 P1.2是低電平時，行走電機反轉(zhuǎn)。圖 5-14 PWM 和電機方向控制電路 5非調(diào)速電機輸出接口 本電路板上設(shè)置了 8 個非調(diào)速電機輸出接口，可以用來控制機器人上部機構(gòu)中 4 個正反轉(zhuǎn)直流電機，電路圖如圖 5-15 所示 圖 5-15 非調(diào)速電機輸出接口 21 圖 5-15 中，DJ1Z、DJ1F 為電機 1 控制信號，DJ2Z、DJ2F 為電機 2 控制信號，DJ3Z、DJ3F 為電機 3 控制信號，DJ4Z、DJ4F 為電機 4 控制信號。輸出接口與單片機的連接如圖 5-16 所示。4 個電機的 8 個控制信號使用了單片機的 P2.0-P2.3 引腳，需要注意，這些信號均是低電平有效。為了節(jié)省引腳，在此處利用 74HC373 鎖存器實現(xiàn)引腳復(fù)用，當(dāng) P1.7 為低電平時，P2.0-P2.3 的信號發(fā)送給 DJ1Z-DJ2F，當(dāng)P1.7 為高電平時，P2.0-P2.3 的信號發(fā)送給 DJ3Z-DJ4F，而 DJ1Z-DJ2F 的信號保持原來的數(shù)值。圖 5-16 輸出接口與單片機的連接圖 6下載接口 本電路板上有一個 DB9 串口接口，可以用來實現(xiàn)程序的在線下載。在線下載的主要步驟為：1）首先關(guān)閉本電路板的 12V 電源，取出串口連接線。一頭接本電路板的 DB9 下載口，另一頭接 PC 機箱后的 9 針串口。如果你的電腦后面沒有空余 9 針串口，可以使用 USB 轉(zhuǎn)串口轉(zhuǎn)接頭。22 2）打開 STC-ISP 在線下載軟件，進行程序的下載，具體操作方法見STC12C5A60S2 數(shù)據(jù)手冊；下載完畢，從電路板上取下串口下載線。3、巡線傳感器巡線傳感器 機器人底部安裝了 8 路巡線傳感器，可以可靠地探測到地面白條以及白條的十字交叉點。傳感器光源發(fā)射部分采用了 8 個高亮 LED 發(fā)射管，用 8 個光敏電阻接受地面反射回來的光線，輸出插座連接傳感器信號處理板的巡線傳感器輸入接口。4、傳感器信號處理板傳感器信號處理板 1概述 傳感器信號處理板實物如圖5-17所示。圖中，巡線傳感器輸入接口連接安裝在機器人平臺底部的8路巡線傳感器；信號輸出接口連接單片機控制板，插座JP接12V電源，注意板子上的電源正極標(biāo)志，不要插反。圖 5-17 傳感器信號處理板外圖 傳感器信號處理板電路原理框圖如圖 5-18 所示，完整的電路原理圖和12V 電源插座 下端引腳為正極信號輸出接口 信號測試點 巡線傳感器輸入接口 23 PCB 版圖另見附件。8 路巡線傳感器將采集到的地面白條信息送入本電路板，對于采集的信息先進行放大處理，放大后的信號跟標(biāo)準(zhǔn)電壓比較，保留白條反射的有效信號，過濾掉地面背景反射信號，有效信號再通過穩(wěn)壓、反向、放大處理后送入單片機控制板，同時用發(fā)光二極管的亮暗指示當(dāng)前某路傳感器是否在地面白條上。圖 5-18 傳感器信號處理板原理框圖 2信號放大電路 本電路板使用了 8 路信號放大電路，第一路傳感器信號放大電路如圖5-19 所示。（其余 7 路電路均相同）圖 5-19 單路信號放大電路 24 圖 5-19 中，Q0為單路傳感器輸入信號，數(shù)值很小，若巡線傳感器在地面白條上，大約在 0.9V 左右；若巡線傳感器不在地面白條上，數(shù)值大約在0.3V 左右，此信號輸入到由運放 LM324 組成的同相放大電路，調(diào)節(jié)電位器RW1 可以改變整個放大電路的放大倍數(shù)（實際電路中，RL 使用了阻值 1K的排阻），即調(diào)節(jié)了放大電路輸出的 QQ0。若 Q0為地面白條反射的有效信號，通過調(diào)節(jié) RW1，使 QQ0的電壓輸出為 9.5V-10V 左右，若 Q0為地面背景反射的信號，根據(jù)地面背景的顏色以及光滑程度，QQ0大致在 4-6V 左右，越低越好。為了便于測量放大電路的輸出 QQ0-QQ7的數(shù)值，電路板上專門設(shè)置了測試點。3信號比較電路 第一路信號比較電路如圖 5-20 所示 圖 5-20 單路信號放大電路圖 圖 5-21 基準(zhǔn)電壓電路 圖中用 LM324 運放連接成一個電壓比較器，反相輸入端為信號放大電路的輸出 QQ0，比較器的同相端接基準(zhǔn)電壓 QV0，圖 5-21 為基準(zhǔn)電壓電路，12V電源電壓通過穩(wěn)壓管 D16 產(chǎn)生大約 8V 左右的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)傳感器檢測到地面白條時，QQ0電壓大約為 9.5V-10V 左右，比較器輸出低電平，接近于 0V，通過反相器使得 QA0輸出為 5V；若傳感器檢測的是地面背景，QQ0電壓大約為 4-6V 左右，比較器輸出高電平，接近于 12V，通過 4.5V 的穩(wěn)壓管，使得 25 反相器輸入端為 4.5V 左右的高電壓，反相器輸出 QA0為 0V 左右。8 路的輸出 QA0 QA7送入主控制板。4傳感器信號處理板的調(diào)試 本電路板的調(diào)試主要是通過調(diào)節(jié)電位器，從而改變信號放大電路的放大倍數(shù)，保證放大電路的輸出 QQ0-QQ7在合適的數(shù)值。調(diào)試步驟如下：（1）將機器人放到調(diào)試場地上，機器人底部的 8 路傳感器全部對準(zhǔn)白條，打開 12V 電源開關(guān)，先測量此時 12V 電壓數(shù)值，確保電源電壓在 11.8V以上，否則，應(yīng)給電池充電。（2）用萬用表測量測試點的電壓，調(diào)節(jié)電位器，使得電壓保證在9.5V-10V 左右，此時，電路板上 8 個指示發(fā)光二極管全亮。（3）移動機器人，使機器人底部的 8 路傳感器全部對準(zhǔn)地面背景，此時，8 個發(fā)光二極管全暗；測量測試點的電壓，電壓大約為 4-6V 左右。5、電機驅(qū)動板電機驅(qū)動板 1概述 電機驅(qū)動板接受主控制板發(fā)來的電機 PWM 脈寬調(diào)制信號和方向信號，驅(qū)動機器人平臺上的 2 個 24V 直流減速電機。利用 PWM 信號占空比的不同，來控制電機的不同轉(zhuǎn)速；利用方向信號，控制直流電機的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)機器人平臺的前進、后退和轉(zhuǎn)彎。電路板實物如圖 5-22 所示?？刂菩盘柌遄B接主控制板，24V 電源插座接 24V 電源（注意板子上的電源正極標(biāo)志，不要插反），左右電機輸出插座接左右電機。26 圖 5-22 驅(qū)動板外形圖 圖 5-23 電機驅(qū)動板原理框圖 2LMD18200 電路 本電路板使用了 2 塊 LMD18200 直路電機驅(qū)動集成電路，分別用來驅(qū)動左輪和右輪電機，左輪電機驅(qū)動電路如圖 5-24 所示。LMD18200 是一種常用的直流電機驅(qū)動集成電路，輸出電流可以達(dá)到 3A 左右，可以實現(xiàn)單臺電機的正反轉(zhuǎn)控制，可靠性很高，具體參數(shù)可以參考 LMD18200 數(shù)據(jù)手冊。24V 電源開關(guān) 12V 電源開關(guān) 左行走電機 右行走電機 旋轉(zhuǎn)電機 上下電機 平移電機 手爪電機 電源插座 27 圖 5-24 左輪電機 LMD18200 驅(qū)動電路 3.L298 輸出電路 機器人上部結(jié)構(gòu)所使用的4臺直流電機采用了2片L298進行控制，L298也是一種常用的直流電機驅(qū)動電路，一片 L298 可以實現(xiàn) 2 臺電機的正反轉(zhuǎn)控制，與 LMD18200 相比，輸出電流較小。L298 輸出電路如圖 5-25 所示 圖 5-25 L298 輸出電路 28（四）、機器人控制程序說明（四）、機器人控制程序說明 1、控制程序流程圖、控制程序流程圖 機器人的運行程序包括底盤巡線程序和上部機構(gòu)運行程序，巡線程序的流程圖如圖 5-26 所示。機器人提供了 8 路巡線傳感器信號接受處理，平臺左右輪調(diào)速電機的控制以及相關(guān)程序，平臺可以沿白色引導(dǎo)線巡線前進、經(jīng)過了指定數(shù)量的白色引導(dǎo)線交叉點后停止、轉(zhuǎn)彎等。圖 5-26 巡線程序流程圖 找到指定白條數(shù)停止運行否是否是初始化開始巡線運行按下啟動按鈕 29 圖 5-27 機器人程序設(shè)計流程圖 30 2、軟件函數(shù)說明、軟件函數(shù)說明 平臺提供了一些常用的函數(shù)，用戶可以直接使用這些函數(shù)，也可以自己定義和擴展函數(shù)。S_T()-程序初始化設(shè)置【功能】此函數(shù)為初始化程序設(shè)置?！菊f明】S_T()函數(shù)包括端口設(shè)置、PCA 時鐘源、控制寄存器、計數(shù)初值、啟動按鍵等設(shè)置，該函數(shù)只需在主程序開始時調(diào)用一次即可。delay_ms(T)-延時【功能】此函數(shù)為毫秒級延時函數(shù)?！菊f明】參數(shù) T 用于調(diào)用時的延時時間設(shè)置，T 的取值范圍是 160000。如：delay_ms(1000);表示延時時間為 1 秒。SER_SELECT(gd)-接近開關(guān)選擇【功能】此函數(shù)為 PS_5 PS_8/PS_9 PS_12 接近開關(guān)選擇函數(shù)。【說明】參數(shù) gd 用于選擇接近開關(guān)設(shè)置，PS_5 PS_8:PS58 /PS_9 PS_12:PS912。如：SER_SELECT(PS58)：表示選擇接近開關(guān) PS_5 PS_8。motor(m,z,n)-電機運行【功能】此函數(shù)為電機運行函數(shù)?！菊f明】參數(shù) m：選擇電機，l 代表左電機，r 代表右電機，DJ1 代表手抓電機，DJ2 代表平移電機，DJ3 代表上下電機，DJ4 代表旋轉(zhuǎn)電機。參數(shù) z：設(shè)置電機的正反轉(zhuǎn)，f 代表正轉(zhuǎn)，b 代表反轉(zhuǎn)。參數(shù) n：電機的占空比設(shè)置（轉(zhuǎn)速）。注：電機 1-4 此參數(shù)任意。31 如：motor(l,f,50);表示左電機以 50%的占空比正轉(zhuǎn)。stop(m)-電機停止【功能】此函數(shù)為電機停止函數(shù)?！菊f明】參數(shù) m：選擇電機，l 代表左電機，r 代表右電機，rl 代表同時選擇左右電機，DJ1 代表手抓電機，DJ2 代表平移電機，DJ3 代表上下電機，DJ4 代表旋轉(zhuǎn)電機。如：stop(rl)；表示左右電機同時停止。FOLL_LINE(S_B,R_B,L_B,ti)-巡線計數(shù)【功能】此函數(shù)為 8 位巡線傳感器巡線計數(shù)函數(shù)?！菊f明】參數(shù) S_B：巡線基準(zhǔn)速度設(shè)置（即巡線時整機基本速度），范圍 1 100。參數(shù) R_B：巡線右電機基準(zhǔn)速度設(shè)置（即巡線時右電機基本速度，用于巡線微調(diào)），范圍 1 100。參數(shù) L_B：巡線左電機基準(zhǔn)速度設(shè)置（即巡線時左電機基本速度，用于巡線微調(diào)），范圍 1 100。參數(shù) ti：巡線條數(shù)設(shè)置（即尋到設(shè)定條數(shù)時會跳出此函數(shù)），范圍 1 255。如：FOLL_FINE(70，70，70，3);表示平臺沿引導(dǎo)線前進檢測到 3 條交叉引導(dǎo)線。void TURN_90(e,r_s,l_s,qc_t,pb_t,end_t)-旋轉(zhuǎn) 90 度【功能】此函數(shù)為機器人旋轉(zhuǎn) 90 度（即尋找與前進方向 90 度交叉的白條）?！菊f明】參數(shù) e：選擇機器人左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)，l 左轉(zhuǎn) 90 度，r 右轉(zhuǎn) 90 度。32 參數(shù) r_s：轉(zhuǎn)彎右電機速度設(shè)置（即轉(zhuǎn)彎時右電機速度），范圍 1 100。參數(shù) l_s：轉(zhuǎn)彎左電機速度設(shè)置（即轉(zhuǎn)彎時左電機速度），范圍 1 100。參數(shù) qc_t：機器人檢測到白色引導(dǎo)條后前進到轉(zhuǎn)彎位置的時間，根據(jù)前進速度調(diào)整，范圍 1 60000。參數(shù) pb_t：機器人轉(zhuǎn)彎開始時屏蔽傳感器正下方白色引導(dǎo)條的時間，根據(jù)轉(zhuǎn)彎速度調(diào)整，范圍 1 60000。參數(shù) end_t：機器人轉(zhuǎn)彎中指定傳感器檢測到白色引導(dǎo)條后，根據(jù)機器人慣性需要保持的時間，根據(jù)轉(zhuǎn)彎速度和指定傳感器調(diào)整，范圍 1 60000。如：TURN_90(l,50,50,2900,500,2);表示機器人左轉(zhuǎn) 90 度（機器人檢測到白色引導(dǎo)條繼續(xù)前進 2.9 秒以 50 的速度左轉(zhuǎn)屏蔽時間 0.5 秒指定傳感器檢測到白色引導(dǎo)條繼續(xù)運行 2 毫秒）DJ1_JS(js)-手爪夾緊/松開【功能】此函數(shù)為手爪夾緊/松開函數(shù)。【說明】參數(shù) js：選擇手抓夾緊或松開，夾緊（js=j）/松開（js=s）設(shè)定。如：DJ1_JS(j)；表示手抓夾緊。DJ2_PY(py)-手爪前后平移【功能】此函數(shù)為手爪前后平移函數(shù)。【說明】參數(shù) py：選擇手抓向前或向后平移，向前（py=qpy）/向后（py=hpy）設(shè)定。如：DJ2_PY(hpy)；表示手抓向后平移。DJ3_SX(sx,wz)-手爪上下升降【功能】此函數(shù)為手爪上下升降運動函數(shù)。33【說明】參數(shù) wz：選擇手抓上升或下降的位置，向上（sx=xs）/向下（sx=xx）設(shè)定。參數(shù) sx：選擇手抓上升或下降到達(dá)的位置，從上至下 wz1（接近開關(guān)S05）；wz2（接近開關(guān) S06）；wz3（接近開關(guān) S07）；wz4（接近開關(guān) S08）；wz5（接近開關(guān) S09）。如：DJ3_SX(xx,wz3)；表示手抓下降到位置 3。DJ4_HZ(hz)-手爪回轉(zhuǎn) 90 度【功能】此函數(shù)為手爪回轉(zhuǎn) 90 度函數(shù)?！菊f明】參數(shù) hz：選擇手抓逆時針或順時針旋轉(zhuǎn) 90 度，逆時針回轉(zhuǎn)（hz=qhz）/順時針回轉(zhuǎn)（hz=hhz）設(shè)定。如：DJ4_HZ(qhz)；表示手抓逆時針回轉(zhuǎn) 90 度。（五）、機器人調(diào)試說明（五）、機器人調(diào)試說明 在機器人全部裝配完畢，初步檢查無誤后，下一步就進行必要的調(diào)試，主要的調(diào)試步驟如下：1先進行循線傳感器信號處理板的調(diào)試。2.編寫一個接近開關(guān)傳感器測試程序，按照下列接近傳感器的順序給信號：S01-S02-S03-S04-S05-S06-S07-S08-S09-S10，選取升降電機 DJ3 作為測試電機，彈性聯(lián)軸器上緊定螺釘松開，讓電機空轉(zhuǎn)。驅(qū)動板上其它電機接口先拔除，以免測試過程中發(fā)生誤動作，損壞其它執(zhí)行機構(gòu)。測試程序可按如下方法編寫：DJ3 正轉(zhuǎn)S01 有信號時停止 2 秒后反轉(zhuǎn)S02 有信號時停止 2 秒后正轉(zhuǎn)S03 有信號時停止 2 秒后反轉(zhuǎn)以此類推直至 S10。測試時按以上順序用鐵片給接近開關(guān)信號，查看每個接近開關(guān)是否正確接收信號。34 3、編寫電機正反轉(zhuǎn)測試程序，查看每個電機正反轉(zhuǎn)的定義與對應(yīng)功能是否符合。例：DJ1 正轉(zhuǎn) 200ms對應(yīng)手爪夾緊動作、DJ1 反轉(zhuǎn) 200ms對應(yīng)手爪松開動作。測試過程中注意動作時間給定，不要讓電機超出極限位置而損壞機構(gòu)或電機。4、單獨測試每個功能函數(shù)動作是否正確，詳見功能函數(shù)說明。5編寫功能驗證程序，機械手先逆時針旋轉(zhuǎn) 180 度，停止 5 秒，再順時針旋轉(zhuǎn) 180 度后停止機械手從最低位上升，分別在 4 個位置處停止 5 秒，直至最高位停止機械手從最高位下降，分別在 4 個位置處停止 5 秒，直至最低位停止機械手從最前端開始向后移動，直至最后端停止 5 秒，再反向運動，直至最前端停止機械手夾緊一個工件后持續(xù) 5 秒，再松開到位機器人以恒定速度前進 5 秒，停止 3 秒，再以同樣速度后退 5 秒，停止 3 秒，左轉(zhuǎn) 90 度，停止 3 秒，右轉(zhuǎn) 90 度后停止。6、編寫任務(wù)程序，將機器人放到場地上進行調(diào)試。