工業(yè)機(jī)械手液壓控制設(shè)計(jì)(六)

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第五章行走裝置的組成及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 行走裝置的組成
行走裝置主要由執(zhí)行件、傳遞件、驅(qū)動(dòng)件及控制系統(tǒng)四大部分組成。
5.1.1 執(zhí)行件
本設(shè)計(jì)選用驅(qū)動(dòng)件驅(qū)動(dòng)傳遞件——齒輪、鏈輪傳動(dòng)，通過齒輪傳動(dòng)降低轉(zhuǎn)速，通過鏈輪傳動(dòng)帶動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)小車的行走。
傳動(dòng)可分為齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)的傳遞功率和速度的范圍很廣，傳動(dòng)比準(zhǔn)確、可靠，傳動(dòng)效率高，工作可靠，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，圓周速度及功率范圍廣，但制造和安裝精度要求較高，不能緩沖，無過載保護(hù)，低精度時(shí)噪聲大。由于高速級(jí)轉(zhuǎn)速較快，功率較高，由于齒輪具有上述優(yōu)點(diǎn)，考慮通過齒輪的傳動(dòng)達(dá)到降速的目的。
帶傳動(dòng)雖然結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，能緩沖吸震，有過載保護(hù)作用，但由于是摩擦傳動(dòng)，傳動(dòng)比不恒定，傳動(dòng)效率低，外廓尺寸較大，帶的使用壽命較短。
與帶傳動(dòng)相的鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，工作可靠，具有準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高，在傳動(dòng)相同功率的情況下，結(jié)構(gòu)較為緊湊，鏈條張緊力小，作用于鏈輪軸的力也較小，故鏈傳動(dòng)能夠在低速重載的條件下使用。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)制造和安裝精度要求較低，在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)中，鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)簡單而輕便。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比，傳動(dòng)中有周期性的重載荷和嚙合沖擊，不適合載荷變化很大和急速反向轉(zhuǎn)動(dòng)的場合。而在本課題工作要求中，載荷變化很小，且是小車慢速前進(jìn)，并非急速反向轉(zhuǎn)動(dòng)。
因此行走裝置中的運(yùn)動(dòng)傳遞在本設(shè)計(jì)中選用齒輪傳動(dòng)和鏈輪傳動(dòng)。
按照齒輪傳動(dòng)的工作條件可分為開式齒輪傳動(dòng)、半開式齒輪傳動(dòng)和閉式齒輪傳動(dòng)。
開式齒輪傳動(dòng)，如在農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械及其它簡單機(jī)械中，齒輪完全暴露，外界雜物容易侵入，不能保證良好的潤滑，傳動(dòng)的安裝精度較低，只宜用于低速傳動(dòng)。
半開式齒輪傳動(dòng)裝有簡單的防護(hù)罩，也有油池，但不能嚴(yán)密防止外界雜物侵入，潤滑不良。
閉式齒輪傳動(dòng)，如汽車、現(xiàn)代機(jī)床上所采用的，齒輪封閉在嚴(yán)密的箱體內(nèi)，保證良好的潤滑，各軸的安裝精度及系統(tǒng)的剛度都比較高，能保證良好的嚙合精度。
所以本課題中的齒輪傳動(dòng)才用閉式齒輪傳動(dòng)。
鏈傳動(dòng)對(duì)各種惡劣工作條件的適應(yīng)性較強(qiáng)，在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用很廣，主要用于工作可靠傳動(dòng)中心距較大的場合。
鏈傳動(dòng)按照用途可分為傳動(dòng)鏈、起重鏈和牽引鏈。
起重鏈和牽引鏈用于起重運(yùn)輸機(jī)械，在一般機(jī)械傳動(dòng)中常用的是傳動(dòng)鏈。傳動(dòng)鏈的主要類型有滾子鏈和齒型鏈。滾子鏈結(jié)構(gòu)簡單，成本較低應(yīng)用廣泛。因此本設(shè)計(jì)采用滾子鏈。
5.1.2 驅(qū)動(dòng)件
驅(qū)動(dòng)件主要有四種：氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、電氣驅(qū)動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。其中以液壓、氣動(dòng)用的最多，占90%以上；電動(dòng)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)用的較少。
氣壓驅(qū)動(dòng)所采用的元件為氣壓缸、氣壓馬達(dá)、氣閥等。一般采用4-6個(gè)大氣壓，個(gè)別的達(dá)到8-10個(gè)大氣壓。它的優(yōu)點(diǎn)是氣源方便，維護(hù)簡單，成本低。缺點(diǎn)是出力小，體積大。由于空氣的可壓縮性大，很難實(shí)現(xiàn)中間位置的停止，只能用于點(diǎn)位控制，而且潤滑性較差，氣壓系統(tǒng)容易生銹。
液壓驅(qū)動(dòng)主要是通過油缸、閥、油泵和油箱等實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。它利用油缸、馬達(dá)加上齒輪、齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)；利用擺動(dòng)油缸、馬達(dá)與減速器、油缸與齒條、齒輪或鏈條、鏈輪等實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是壓力高、體積小、出力大、運(yùn)動(dòng)平緩，可無級(jí)變速，自鎖方便，并能在中間位置停止。缺點(diǎn)是需要配備壓力源，系統(tǒng)復(fù)雜成本較高。

第六章機(jī)械手的控制系統(tǒng)
6.1 控制系統(tǒng)的介紹
本機(jī)械手采用平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手為例子。平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手是應(yīng)用最廣泛的機(jī)械手類型之一，既可以用于實(shí)際生產(chǎn)，又可以用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究。它能夠使人直觀地了解機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成、動(dòng)作原理等，所以開發(fā)設(shè)計(jì)和研究平面關(guān)節(jié)型機(jī)械手具有最廣泛的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。（見圖1.1）
其機(jī)械手的控制系統(tǒng)是LM629，　LM629是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可編程全數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制芯片，它具有32位的位置、速度和加速度寄存器，內(nèi)置PID算法，其參數(shù)可以修改；支持實(shí)時(shí)讀取和設(shè)定速度、加速度以及位置等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，內(nèi)置的梯形圖發(fā)生器能夠自動(dòng)生成速度曲線，平穩(wěn)地加速、減速；支持增量式光電碼盤的4倍頻輸入；芯片的主頻為6MHz和8MHz。因此，本文采用LM629和PIC16F877構(gòu)成機(jī)械手的伺服控制系統(tǒng)。
6.2 控制系統(tǒng)的工作原理
基于LM629芯片和PIC16F877單片機(jī)構(gòu)成的單個(gè)關(guān)節(jié)直流電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)如圖6.1所示。

、

圖6.1 控制系統(tǒng)原理

運(yùn)動(dòng)芯片LM629通過8位數(shù)據(jù)線和6根控制線與單片機(jī)PIC16F877的I/O口相連。單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線向LM629發(fā)送位置或速度命令、設(shè)定PID調(diào)節(jié)參數(shù)，并從LM629中讀取速度、加速度等數(shù)值。LM629輸出的脈寬調(diào)制幅度信號(hào)和方向信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)L298N，經(jīng)過功率放大后驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)。增量式光電編碼器提供半閉環(huán)控制所需的反饋信號(hào)(A、B、IN),梯形圖發(fā)生器計(jì)算出位置或速度模式下所需控制的運(yùn)動(dòng)軌跡。PIC16F877為LM629提供加速度、速度和目標(biāo)位置量,在每個(gè)采樣周期用這些值來計(jì)算出新的命令和位置給定值,將其作為指令值。由增量式光電編碼器檢測電機(jī)的實(shí)際位置,其輸出信號(hào)經(jīng)過LM629四倍頻后進(jìn)行解碼,形成位置反饋值。指令值與反饋值的差值作為數(shù)字PID校正環(huán)節(jié)的輸入。通過數(shù)字調(diào)節(jié)器PID計(jì)算，LM629輸出脈寬調(diào)制信號(hào)PWMM和方向信號(hào)PWMS用于控制功率芯片L298N,進(jìn)而驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)到指定的位置。LM629在進(jìn)行位置控制的同時(shí)，還對(duì)速度進(jìn)行控制。LM629在接受到主機(jī)送來的位置信號(hào)后，按梯形圖生成加速、勻速、減速的速度曲線，曲線與坐標(biāo)橫軸所包圍的面積就是指定的位置。PID算法中的比例、積分和微分系數(shù)有時(shí)需要進(jìn)行修改，因此將它們存儲(chǔ)在單片機(jī)的E2PROM中。單片機(jī)和PC機(jī)通過無線發(fā)射和接收模塊進(jìn)行串行通信。
6.3 控制系統(tǒng)的程序
我介紹的是LM629的程序,程序的主要過程是想讓機(jī)械手由原位→機(jī)械手前伸→機(jī)械手上升→機(jī)械手抓取并夾緊→機(jī)械手后退→機(jī)械手前進(jìn)（小車）→小車停止→機(jī)械手左轉(zhuǎn)90°→機(jī)械手前伸→機(jī)械手松開→機(jī)械手后退（小車）→機(jī)械手下降→機(jī)械手右轉(zhuǎn)90°→小車后退→退至原位
程序開始首先將工序控制寄存器R2清零，將工序模擬顯示燈清零即將P1口清零。然后在程序段STA檢測P2口的輸入情況，如果某一位假設(shè)P2.2為高電平，就轉(zhuǎn)到該位對(duì)應(yīng)的按鍵所控制的下一段程序NEXT2處執(zhí)行，先調(diào)用一延時(shí)10ms子程序，然后重新判斷該位是否還為高電平，否，就返回STA重新檢測，是，就繼續(xù)執(zhí)行下一步，判斷該為是否變?yōu)榈碗娖剑瘢驮诖说却涉I，是，就將該加工方法的工序模擬信號(hào)所在的表格標(biāo)號(hào)TAB2送查表基址DPTR，然后轉(zhuǎn)到主程序端LOOP執(zhí)行。

主程序清單如下：
ORG   0000H
           LJMP MAIN
           ORG 0030H
      MAIN:MOV R2,#00H           ；將工序控制寄存器零
           MOV P1,#00H           ；將P1口清零
           MOV R0,#00H           ；將寄存器R0清零
       STA: JB P2.0,NEXT1         ；判斷哪個(gè)按鍵被按下就
           JB P2.1,NEXT2           轉(zhuǎn)到應(yīng)程序段處執(zhí)行
           JB P2.2,NEXT3
           JB P2.3,NEXT4
           JB P2.4,NEXT5
           LJMP STA
     NEXT1:LCALL DLS10MS         ；調(diào)用延時(shí)10ms子程序
           JNB P2.0, STA         ；P2.0=0就返回重新判斷
           JB P2.0, $            ；P2.0=1等待松鍵
           MOV DPTR, #TAB1        ；將表首址給查表基址DPTR
           LJMP LOOP             ；轉(zhuǎn)到LOOP程序段
     NEXT2:LCALL DLS10MS
           JNB P2.1, STA
           JB P2.1, $
           MOV DPTR, #TAB2
           LJMP LOOP
NEXT3:LCALL DLS10MS
           JNB P2.2, STA
           JB P2.2, $
           MOV DPTR, #TAB3
           LJMP LOOP
     NEXT4:LCALL DLS10MS
           JNB P2.3,STA
           JB P2.3,$
           MOV DPTR,#TAB4
           LJMP LOOP
     NEXT5:LCALL DLS10MS
           JNB P2.4,STA
           JB P2.4,$
           MOV DPTR,#TAB5
           LJMP LOOP
      LOOP:MOV A,R2         ；將R2的值給A
      MOVC A,@A+DPTR        ；查表將查出的值送到A中
      MOV P1,A              ；將A中的數(shù)送P1口輸出
      INC R2                ；R2自加一
      MOV 79H,R2            ；將R2的值送輸出緩沖79H
      PUSH DPH              ；保護(hù)現(xiàn)場
      PUSH DPL
      LCALL DISP            ；調(diào)用數(shù)碼顯示子程序
      LCALL DLS5S           ；調(diào)用延時(shí)5s子程序
      POP DPL               ；恢復(fù)現(xiàn)場
      POP DPH
      CJNE R2,#08H,LOOP     ；八步未完成就返回LOOP
      JB P2.5,MAIN          ；停止按鈕按下就返回MAIN
      MOV R2,#00H           ；將R2清零
       LJMP LOOP             ；轉(zhuǎn)到LOOP

第七章設(shè)計(jì)體會(huì)
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我加深了對(duì)過去所學(xué)知識(shí)的理解，真正懂得了如何把松散的知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來，并靈活運(yùn)用，并且在老師和同學(xué)的幫助下讓我懂得了如何去面對(duì)設(shè)計(jì)方案，如何下手，應(yīng)該從哪些方面去考慮問題。
懂得考慮問題時(shí)應(yīng)該由淺入深，從簡到易。在分析問題時(shí)應(yīng)該先抓住重點(diǎn)，然后再考慮其他細(xì)節(jié)。知道什么是主要的，什么是次要的。當(dāng)我做機(jī)械手的設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮自動(dòng)控制，其次才考慮手動(dòng)控制。在考慮自動(dòng)控制時(shí)又先考慮的是機(jī)械手要完成哪些動(dòng)作，應(yīng)該如何實(shí)現(xiàn)。從而經(jīng)過仔細(xì)思考確定設(shè)計(jì)方案。
    遇到問題時(shí)，千萬不能慌，應(yīng)當(dāng)保持大腦清醒，不急不躁，通過查找資料逐一解決問題。
做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)很重要的一點(diǎn)就是要學(xué)會(huì)自己查找資料。通過經(jīng)常翻翻參考書籍，有目的的選擇自己想要的東西，拓寬一下自己的思路，找到解決問題的方法，使自己在做設(shè)計(jì)的時(shí)候有更多的選擇。
總之，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益非淺。我感謝學(xué)校給我這次鍛煉機(jī)會(huì)，使我在踏上社會(huì)，工作崗位之前又給了我一次很好的磨練。
再次感謝所有支持和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)們。

第八章參考文獻(xiàn)
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