三自由度机械手臂设计说明书(编辑修改稿)

三自由度机械手臂设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

带传动是同步带的一种，用来传递平行轴间的运动或将回转运动转换成直线运动，在本文中主要用于腰关节、肩关 节和肘关节的传动。 齿形带传动原理如图 所示。 齿轮带的传动比计算公式为 机电系统设计课程设计（农业机械化及其自动化） 10 2112 zznni  齿轮带的平均速度 av 为 2211 ntzntzva  制动器 制动器及其作用： 制动器是将机械运动部分的能量变为热能释放，从而使运动的机械速度降低或者停止的装置，它大致可分为机械制动器和电气制动起两类。 在机器人机构中，学要使用制动器的 情况如下： ① 特殊情况下的瞬间停止和需要采取安全措施 ② 停电时，防止运动部分下滑而破坏其他装置。 机械制动器： 机械制动器有螺旋式自动加载制动器、盘式制动器、闸瓦式制动器和电磁制动器等几种。 其中最典型的是电磁制动器。 在机器人的驱动系统中常使用伺服电动机，伺服电机本身的特性决定了电磁制动器是不可缺少的部件。 从原理上讲，这种制动器就是用弹簧力制动的盘式制动器，只有励磁电流通过线圈时制动器打开，这时制动器不起制动作用，而当电源断开线圈中无励磁电流时，在弹簧力的作用下处于制动状态的常闭方式。 因此 这种 制动器被称为无励磁动作型电磁制动器。 又因为这种制动器常用于安全制动场合，所以也称为安全制动器。 电气制动器 电动机是将电能转换为机械能的装置，反之，他也具有将旋转机械能转换为电能的发电功能。 换言之，伺服电机是一种能量转换装置，可将电能转换为机械能，同时也能通过其反过程来达到制动的目的。 但对于直流电机、同步电机和感应电机等各种不同类型的电机，必须分别采用适当的制动电路。 本文中，该机器人实验平台未安装机械制动器，因此机器人的肩关节和轴关节在停止转动的时候，会因为重力因素而下落。 另外，由于各方面 限制，不方便在原有机构上添加机械制动器，所以只能通过软件来实现肩关节和轴关节的电气制动。 机电系统设计课程设计（农业机械化及其自动化） 11 采用电气制动器，其优点在于：在不增加驱动系统质量的同时又具有制动功能，这是非常理想的情况，而在机器人上安装机械制动器会使质量有所增加，故应尽量避免。 缺点在于：这种方法不如机械制动器工作可靠，断电的时候将失去制动作用。 第 3 章 控制系统硬件 控制系统模式的选择 构建机器人平台的核心是建立机器人的控制系统。 首先需要选择和硬件平台，控制系统硬件平台对于系统的开放性、实现方式和开发工作量有很大的影响。 一般常用的 控制系统硬件平台应满足：硬件系统基于标准总线机构，具有可伸缩性；硬件结构具有必要的实时计算能力；硬件系统模块化，便于添加或更改各种接口、传感器和特殊计算机等；低成本。 到目前为止，一般机器人控制系统的硬件平台可以大致分为两类：基于VME 总线（ Versamodel Eurocard 由 Motorola 公司 1981 年推出的第一代 32 位工业开放标准总线 ）的系统和基于 PC 总线的系统。 近年来，随着 PC 机性能的快速发展，可靠性大为提高，价格却大幅度降低，以 PC 机为核心的控制系统已广泛被机器人控制领域所接受。 基于 PC 机控制系统一般包括单 PC 控制模式， PC+PC 的控制模式， PC+分布式控制器的控制模式， PC+DSP 运动控制卡的控制模式， PC+数据采集卡的控制模式，由于基于采集卡的控制方式灵活，成本低廉，有利于本文设计中的废物利用，在程序和算法上可以自主编制各类算法，适合本课题研究的需要。 因此本文选定 PC+数据采集卡的控制方式。 控制系统的搭建 图 控制系统框图 机电系统设计课程设计（农业机械化及其自动化） 12 工控机 在此选用研华工业控制机 ,主频 233MHz,内存 128 兆， 32 位数据总线。 底板有 9 个ISA 插槽， 4 个 PCI 插槽，带 VGA 显 示器。 其性能价格比优越，兼容性好，有利于软硬件维护和升级。 与普通个人计算机相比工业控制 PC 机有以下优点： 芯片筛选要比一般个人计算机严格； 芯片驱动能力较强； 整机内部结构属于工业加强型，具有较强的防震和抗干扰性能； 对环境（如温度、湿度、灰尘等）的要求要比一般计算机低得多。 数据采集卡 在本设计中我们主要用到 研华 公司的 PCL812PG 和 PCL726，其参数如下。 PCL812PG 主要特点 ： 路单端 12 位模拟量输入 路 12 位模拟量输出 采样速率可编程，最快 达 30KHz 带 DMA 或中断的 A/D 路数字量输出 PCL726 主要特点 ： 路独立 D/A 输出 位分辨率双缓冲 D/A 转换器 路数字量输入及 16 路数字量输出 多种电压范围： +/10V， +/5V， 0— +5V， 0— +10V 和 4— 20mA 电流环。 伺服放大器 在驱动系统设计 过程 中，主要是对 伺服电机 的驱动，本文中利用报废机器人上的 maxon 电机驱动关节，因此同样选用 maxon 伺服电机驱动器（ maxon motor control4QDC Servo Control LSC 30/2）进行驱动，如图 所示，这是专门针对 maxon电机设计的伺服电机放大控制器，具有很强的控制功能和稳定性，电源电压 12~30v 之机电系统设计课程设计（农业机械化及其自动化） 13 间， 2 接线端子接伺服电机，直接给电机供电， 3， 4 接线端与电源相连， 8 接控制电压，通过数据采集卡输出的模拟电压信号进入这两个接线端来控制电机的转速大小和正反转， 1 14 接测速计（本文中未用）， 10 之间是一个光耦合器，输入“准备好”信号。 在伺服控制器前面，有 5 个旋钮调节器涌来调节电机的五个参数，下边有10 个 DIP 开关，用来选择控制器工作状态。 1234567891 01 11 21 31 41 51 6电 源控 制。