全自动送料小车设计【5张CAD图纸+PDF图】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共41页)
编号：117531054
类型：共享资源
大小：1.71MB
格式：ZIP
上传时间：2021-03-13
上传人：好资料QQ****51605
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
45
积分
- 关 键 词：
-
全自动
小车
设计
CAD
图纸
PDF
- 资源描述：
-
喜欢这套资料就充值下载吧。。。资源目录里展示的都可在线预览哦。。。下载后都有，，请放心下载，，文件全都包含在内，，【有疑问咨询QQ:1064457796 或 1304139763】
=============================================喜欢这套资料就充值下载吧。。。资源目录里展示的都可在线预览哦。。。下载后都有，，请放心下载，，文件全都包含在内，，【有疑问咨询QQ:1064457796 或 1304139763】
=============================================
- 内容简介：
-
图书分类号：密 级：毕业设计(论文)全自动送料小车设计DESIGN OF AUTOMATIC FEED VEHICLE 学生姓名沈聪学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师张宏艳2008年6月2日 徐州工程学院毕业设计(论文)徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要全自动送料小车集声、光、电、计算机技术于一体，综合了当今科技领域先进的理论和应用技术。广泛应用在柔性制造系统和自动化工厂中，具有运输效率高、节能、工作可靠、能实现柔性运输等许多优点，极大的提高生产自动化程度和生产效率。本文在分析国内外送料装置的现状与发展的基础上，设计了两后轮独立驱动的自动送料小车。其主要设计过程是根据小车的设计要求合理设计小车的机械结构，由小车的速度选择合适的直流伺服电动机，然后根据电动机转速和小车速度对蜗杆传动进行设计，再由小车的载荷和速度合理设计轴的结构并选用合适的轴承，最后根据小车的行驶要求设计单片机控制系统。所设计的小车通过单片机控制直流伺服电动机的转速和转向能够实现其前进、后退、转弯的功能，达到了沿着设定的路线行驶的目的。本次设计方案的优点是：结构紧凑、负载能力大、平稳性好、传动误差小、转向灵活并且控制简便。关键词：全自动送料小车；蜗杆传动；单片机AbstractAutomatic Feed Vehicle integrates sound, light, electricity and the computer technology, and synthesizes advanced theory and the application technology in this world. It is applied widely in the flexible manufacturing system and the automated factory, and has the merits of high transportation efficiency, energy conservation, the operation reliable and the flexible transportation. It can enormously increase production automation levels and production efficiency. Based on analyzing present situation and development of feeding equipment at home and abroad, two wheels of independent drive are designed. The design process of the car includes: mechanical structure design according to the design requirements, choosing direct current motors based on the speed of the car, then making the worm drive design according to the speed of the motors and car, then to design the axis structure and choose the bearings based on the load and speed of the car, at last making the control system of the microprocessors design according to driving request of the car.This car can realize independence functions of forward recession and turning through the microprocessor controlling speed and steering of the direct current servo motors .It will drive along specific route.The advantages of design scheme: small in size, great load capacity, smooth driving, small errors of transmission, high maneuverability and convenient operation. Keyword: Automatic Feed Vehicle Worm drive MicroprocessorIII徐州工程学院毕业设计(论文)目 录1 绪论11.1 全自动送料小车简介11.2 全自动送料小车的分类11.3 国内外研究现状及发展趋势12机械部分设计32.1 设计任务32.2 确定机械传动方案32.3 车体计算42.4 直流伺服电动机的选择42.4.1运动参数42.4.2 电机的转速42.4.3 全自动送料小车的受力分析52.4.4 求换算到电机轴上的负荷力矩62.4.5 求换算到电机轴上的负荷惯性62.4.6 电机的选定62.4.7 电机的验算72.5 联轴器的设计72.6 蜗杆传动设计82.6.1 选择蜗杆的传动类型82.6.2 选择材料82.6.3 蜗杆传动的受力分析82.6.4 初选92.6.5 中心距计算92.6.6 传动基本尺寸102.6.7 齿面接触疲劳强度验算102.6.8 轮齿弯曲疲劳强度验算102.6.9 蜗杆轴挠度验算112.6.10.精度等级公差的确定112.6.11 热平衡核算112.7 轴的设计112.7.1 前轮轴的设计112.7.2 后轮轴的设计142.8 滚动轴承选择计算182.8.1 前轮轴上的轴承182.8.2 蜗杆轴上的轴承192.8.3 后轮上的轴承213 控制系统的设计233.1 控制系统总体概述233.2 鉴相233.3 计数的扩展243.4 中断的扩展253.5 数摸转换器的选择263.6 电机驱动芯片选择283.7 控制软件的设计30结论32致谢33参考文献34附录35附录135英文翻译35中文翻译42351 绪论1.1 全自动送料小车简介 全自动送料车（即称AGV），是一种物料搬运设备，是能在某一位置自动进行货物的装载，自动行走到另一位置的全自动运输装置。它是以电池为动力源的一种自动操纵的工业车辆。装卸搬运是物流的功能要素之一，在物流系统中发生的频率很高，占据物流费用的重要部分。因此，运输工具得到了很大的发展，其中AGV的使用场合最广泛，发展十分迅速。1.2 全自动送料小车的分类自动送料小车分为有轨和无轨两种。所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。地面有轨小车结构牢固，承载力大，造价低廉，技术成熟，可靠性好，定位精度高。地面有轨小车多采用直线或环线双向运行，广泛应用于中小规模的箱体类工件FMS中。高架有轨小车（空间导轨）相对于地面有轨小车，车间利用率高，结构紧凑，速度高，有利于把人和输送装置的活动范围分开，安全性好，但承载力小。高架有轨小车较多地用于回转体工件或刀具的输送，以及有人工介入的工件安装和产品装配的输送系统中。有轨小车由于需要机械式导轨，其系统的变更性、扩展性和灵活性不够理想。无轨小车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车。无轨小车按引导方式和控制方法分为有径引导方式和无径引导自主导向方式。有径引导方式是指在地面上铺设导线、磁带或反光带指定小车的路径，小车通过电磁信号或光信号检测出自己的所在位置，通过自动修正而保证沿指定路径行驶。无径引导自主导向方式中，地图导向方式是在无轨小车的计算机中预存距离表（地图），通过与测距法所得的方位信息比较，小车自动算出从某一参考点出发到目的点的行驶方向。这种引导方式非常灵活，但精度低。1.3 国内外研究现状及发展趋势AGV是伴随着柔性加工系统、柔性装配系统、计算机集成制造系统、自动化立体仓库而产生并发展起来的。日本人认为柔性加工系统诞生于1981年，这样计算AGV大规模应用的历史也只有15至20年。但是，其发展速度是非常快的。1981年美国通用公司开始使用AGV，1985年AGV保有量500台，1987年AGV保有量3000台。资料表明欧洲40%的AGV用于汽车工业，日本15%的AGV用于汽车工业，也就是说AGV在其他行业也有广泛的应用。目前国内总体看AGV的应用刚刚开始，相当于国外80年代初的水平。但从应用的行业分析，分布面非常广阔，有汽车工业，飞机制造业，家用电器行业，烟草行业，机械加工，仓库，邮电部门等1。这说明AGV有一个潜在的广阔市场。AGV从技术的发展看，主要是从国家线路向可调整线路；从简单车载单元控制向复杂系统计算机控制；从原始的定期通讯到先进的实时通讯等方向发展；从落后的现场控制到先进的远程图形监控；从领域的发展看，主要是从较为集中的机械制造、加工、装配生产线向广泛的各行业自动化生产，物料搬运，物品仓储，商品配送等行业发展。2机械部分设计2.1 设计任务设计一台全自动送料小车，可以在水平面上按照预先设定的轨迹行驶。本设计采用AT89C51单片机作为控制系统来控制小车的行驶，从而实现小车的左、右转弯，直走，倒退，停止功能。其设计参数如下：全自动送料小车的长度：全自动送料小车的载重：全自动送料小车的宽度：全自动送料小车的高度：全自动送料小车的行驶速度：2.2 确定机械传动方案方案一：采用三轮布置结构。直流伺服电动机经过减速器和差速器，通过两半轴将动力传递到两后轮。全自动送料小车的转向由转向机构驱动前面的一个万向轮转向。传动系统如图2-1所示。图2-1 传动方案一方案二：采用四轮布置结构。全自动送料小车采用两后轮独立驱动差速转向，两前轮为万向轮的四轮结构形式。直流伺服电动机经过减速器后直接驱动后轮，当两轮运动速度不同时，就可以实现差速转向。传动系统如图2-2所示。图2-2 传动方案二四轮结构与三轮结构相比较有较大的负载能力和较好的平稳性。方案一有差速器和转向机构，故机械传动误差大。方案二采用两套蜗轮-蜗杆减速器及直流伺服电动机，成本相对于方案一较高，但它的传动误差小，并且转向灵活。因此，采用方案二作为本课题的设计方案。2.3 车体计算根据设计要求车体材料选用Q235，因为车体采用矩形状，所以其抗弯截面系数2为： 式（2.1）车体厚度： 式（2.2）式中 表示Q235的屈服极限； 表示车体收受到的最大弯矩； 表示小车宽度。2.4 直流伺服电动机的选择伺服电动机的主要参数是功率(KW)。但是，选择伺服电动机并不按功率，而是根据下列指标选择。2.4.1运动参数小车行走的速度为3m/s，则车轮的转速为： 式（2.3）式中 表示小车后轮直径。2.4.2 电机的转速 选择蜗轮-蜗杆的减速比 i=10 式（2.4）2.4.3 全自动送料小车的受力分析 图2-3 车轮受力简图小车车架自重为P N 式（2.5）小车的载荷为G N 式（2.6）式中 表示小车长度； 表示货物的质量； 表示小车材料密度。取坐标系OXYZ如图2-3所示，列出平衡方程由于两前轮及两后轮关于Y轴对称，则 ， ， 式（2.7） ， 式（2.8）解得 式（2.9）两驱动后轮的受力情况如图2-4所示：图2-4 后轮受力图滚动摩阻力偶矩的大小介于零与最大值之间，即 式（2.10） M 式（2.11）其中滚动摩阻系数，查表5-2，=4060，取=50mm 牵引力F为： 式（2.12） 2.4.4 求换算到电机轴上的负荷力矩 式（2.13） 取=0.7, =1392.58, =0.15式中 表示摩擦系数； F表示牵引力； W表示重物的重力； D表示后轮直径；表示传递效率； 表示传动装置减速比。2.4.5 求换算到电机轴上的负荷惯性 式（2.14） 式中 表示车轮的转动惯量；表示蜗杆的转动惯量；表示蜗轮的转动惯量；表示涡轮轴的转动惯量。2.4.6 电机的选定根据额定转矩和惯量匹配条件，选择直流伺服电动机。电机型号及参数见表2-1。表2-1 电动机参数型号电刷材料额定功率转子惯量电机直径电机轴直径电机长度效率MAXONF2260石墨1KW12903202020070%2.4.7 电机的验算 式（2.15）即 式中 表示电机转子惯量。由以上计算可以看出所选的直流电动机满足设计要求。2.4.8快移时的加速性能最大空载加速转矩发生在全自动送料小车没有携带工件，从静止以阶跃指令加速到伺服电机最高转速时。这个最大空载加速转矩就是伺服电动机的最大输出转矩。 式（2.16）加速时间 式（2.17）式中 表示机械时间常数为19.2.5 联轴器的设计由于电动机轴直径为20mm，输出轴销平一部分后与联轴器相连，联轴器的直径为50mm，其结构设计如图2-5所示。图2-5 联轴器机构图联轴器采用安全联轴器，销钉直径d可按剪切强度计算，即 式（2.18）式中 K 表示过载限制系数； T 表示电机转矩； D表示联轴器直径； Z表示销的个数。销钉材料选用45钢。查表5-2知：表2-2 45钢力学性能牌号试样毛坯尺寸硬度HBS4521722563735317%35%0.39销钉的许用切应力为； 式（2.19）过载限制系数k值由表14-4查 得k=1.6 式（2.20）由计算可知选用d=5mm的销钉满足剪切强度要求。2.6 蜗杆传动设计2.6.1 选择蜗杆的传动类型根据GB/T 10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)。2.6.2 选择材料蜗杆要求表面硬度和耐磨性较高，故材料选用40Cr。蜗轮用灰铸铁HT300制造，采用金属模铸造。2.6.3 蜗杆传动的受力分析确定作用在蜗轮上的转矩T2：按Z=2，由电机参数表2-1得=0.7,则 式（2.21）图2-6 蜗轮-蜗杆受力分析各力的大小计算为； F 式（2.22） 式（2.23） 式（2.24）2.6.4 初选当量摩擦系数 设=2m/s5m/s，查表13-6取大值 选值 在图13.11的i=10线上选取： =0.40，（z=2）， 2.6.5 中心距计算蜗轮转距 式（2.25） =9.55 =46103.45使用系数 按题意查表12.9 K转速系数 Z=（ Z=0.7弹性系数 根据蜗轮材料查表13.2 Z寿命系数 = Z=1.09接触系数 由图13.12查出 =2.7接触疲劳极限 查表13.2 =265MPa接触疲劳最小安全系数 自定 中心距 =78.56取2.6.6 传动基本尺寸蜗杆头数 =2.07 式(2.26)取=2。蜗轮齿数 =20 式(2.27)模数 =8 式(2.28)蜗杆分度圆直径 = a=0.40=40 式(2.29)蜗轮分度圆直径 式(2.30)蜗杆导程角 式(2.31)=21.8蜗轮宽度 式(2.32)=48蜗杆圆周速度 式(2.33)相对滑动速度 式(2.34)当量摩擦系数 由表13.6查得（与假设有出入，毋须作调整，以计算为准）， 2.6.7 齿面接触疲劳强度验算 许用接触应力 =0.7=156MPa 式(2.35)最大接触应力 =152=92.4MPa 式(2.36)因为 所以按齿面接触疲劳强度验算该蜗杆合格。2.6.8 轮齿弯曲疲劳强度验算 齿根弯曲疲劳强度极限 由表13.2查得 弯曲疲劳最小安全系数 自定 许用弯曲疲劳应力 =82MPa 式（2.37）轮齿最大弯曲应力 式（2.38）由轮齿弯曲疲劳强度验算可知该蜗杆满足要求。2.6.9 蜗杆轴挠度验算轴惯性距 式（2.39）允许蜗杆挠度 =0.032mm 式（2.40）蜗杆轴挠度 式（2.41） = =0.001通过对蜗杆的挠度验算此蜗杆合格。2.6.10.精度等级公差的确定考虑到所设计的全自动送料小车属于精密传动，从GB/T 10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择6级精度。2.6.11 热平衡核算由于该蜗轮-蜗杆传动是开式传动，蜗轮-蜗杆产生的热传递到空气中，故无须热平衡计算。2.7 轴的设计2.7.1 前轮轴的设计前轮轴只承受弯矩而不承受扭矩，故属于心轴。图2-7 前轮轴结构2.7.1.1 求作用在轴上的力全自动送料小车的前轮受力，受力如图2-8a所示。由式（2.9）得 式（2.42） 式（2.43）2.7.1.2 轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案是：左轮辐板、右轮辐板、螺母、套筒、滚动轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的右端向左安装，左端只安装滚动轴承和轴用弹性挡圈。这样就对各轴段的顺序作了初步安排。2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1)初步选择滚动轴承。全自动送料小车前轮轴只受弯矩的作用，主要承受径向力而轴向力较小，故选用单列深沟球轴承。由轴承产品目录中初步选取单列深沟球轴承6214，其尺寸为dDT=70mm125mm24mm,故。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6214型轴承的定位轴肩高度h=4.5mm，因此取。(2)取安装左、右轮辐处的轴段的直径;轮辐的左端采用轴肩定位，右端用螺母夹紧轮辐。已知轮辐的宽度为125mm，为了使螺母端面可靠地压紧左右轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取。左右轮辐的左段采用轴肩定位，轴肩高度，取h=6mm，则轴环处的直径。轴环宽度b1.4h，取。(3)轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB 894.1-85 50，其尺寸为,故, ,。其余尺寸根据前轮轴上关于左右轮辐结合面基本对称可任意确定尺寸，确定了轴上的各段直径和长度如图2-7所示。3）轴上零件的轴向定位左右轮辐与轴的轴向定位采用平键联接。按由手册查得平键截面bh=25mm14mm。(GB/T 1095-1979),键槽用键槽铣刀加工，长为100mm(标准键长见GB/T 1096-1979),同时为了保证左右轮辐与轴配合有良好的对中性，故选择左右轮辐与轴的配合为H7/n6。滚动轴承与轴的轴向定位是借过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为j7。4）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为145，各轴肩处的圆角半径为R1。2.7.1.3.求轴上的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图。 图2-8 前轮轴的载荷分析图 式（2.44） 式（2.45） 式（2.46）2.7.1.4.按弯曲应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩的截面强度。最大负弯矩在截面C上，。对截面C进行强度校核，由公式 式（2.47）由表15-1查得，45号钢经调质处理后其许用弯曲应力为。 在C处的抗弯截面系数为： 式（2.48）因此该轴满足强度要求。2.7.2 后轮轴的设计后轮轴在工作中既承受弯矩又承受扭矩，故属于转轴。图2-9 后轮轴结构2.7.2.1 求后轮轴上的功率、转速和转矩取蜗轮-蜗杆传动的效率=0.7,则 式（2.49） 2.7.2.2 作用在蜗轮上的力 2.7.2.3 轴的结构设计1)拟定轴上零件的装配方案装配方案是：蜗轮、套筒、左端的深沟球轴承、轴用弹性挡圈依次从轴的左端向右安装；右端的深沟球轴承、透盖、轮辐、轴端盖依次从轴右端向左安装。2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1)初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列深沟球轴承。单列深沟球轴承6218，其尺寸为dDT=90mm160mm30mm，故。右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得6218型轴承的定位轴肩高度h=6mm,因此，取。(2)轴用弹性挡圈为标准件。选用型号为GB 894.1-86 50,其尺寸为，故，。(3)取安装轮辐处的轴段的直径。轮辐的宽度为125mm,为了使轴端挡圈可靠地压紧轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取。其余尺寸根据零件的结构可任意选取。确定了轴上的各段直径和长度如图2-9所示。3)轴上零件的轴向定位蜗轮与轴的轴向定位采用平键联接。按由手册查得平键截面bh=14mm9mm,键槽长为40mm。轮辐与轴的配合为H8/h7。4)确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为145，各轴肩处的圆角半径为R1。2.7.2.4 求轴上的载荷后轮轴上的受力分析如图2-10。图中L1=L2=61mm ；L3=106mm。1)在水平面上后轮轴的受力简图为2-11。由静力平衡方程求出支座A、B的支反力 式(2.5)三个集中力作用的截面上的弯矩分别为： 式(2.51) 式(2.52)图2-10 后轮轴受力图图2-11 水平受力和弯矩图图2-12 垂直受力和弯矩图图2-13 合成弯矩 2)在垂直面上后轮轴的受力简图如图2-12所示。由静力平衡方程求出支座A、B的支反力 式（2.53） 式（2.54） ， 式(2.55)解得： 式（2.56） ， 式(2.57) （与假设方向相反）在段中，将截面左边外力向截面简化，得 其中 式(2.58)在段中，同样将截面左边外力向截面简化，得 其中 式(2.59) 在段中，同样将截面右边外力向截面简化，得 其中 式(2.60) 计算A、B、C、D截面的总弯矩M如图2-13所示。 式(2.61)式(2.62) 后轮轴上的转矩 2.7.2.5 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面D）的强度。由式（15-5）得 式(2.63)式中 表示折合系数为0.6。为轴D处的抗弯截面系数： 选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得许用弯曲应力 因为，所以该轴满足强度要求。2.8 滚动轴承选择计算2.8.1 前轮轴上的轴承要求寿命，转速，轴承的径向力，轴向力。由上述条件试选轴承。试选6214型轴承，查表16-2表2-3 6214轴承性能（脂）1） 按额定动载荷计算由公式 式(2.64)对深沟球轴承=3， 式(2.65)查表13-6 全自动送料小车 代入得 故6214型轴承能满足要求。按额定静载荷校合由公式 式（2.66）查表13-8，选取=2 式(2.67)代入上式，满足要求。2.8.2 蜗杆轴上的轴承要求寿命，转速，轴承的径向载荷，作用在轴上的轴向载荷。由上述条件试选轴承。选2207型轴承，查表5-24得 表2-4 2207轴承性能（脂）图2-11 蜗杆轴的轴承受力图1） 按额定动载荷计算 式(2.68)因为 式(2.69)所以 ， 式(2.70) 式(2.71)查表15-12， ， ， 式(2.72) 式(2.73) ， ， 式(2.74) 式（2.75）由公式 式（2.76）对调心球轴承 式(2.77) 式(2.78)均小于满足要求。2）按额定静载荷校核由公式 式（2.79）查表13-14，取 式（2.80） 式（2.81） 式（2.82） 均小于，满足要求。3）极限转速校核由公式（15-11） 式(2.83)， 由图15-5得 ， 由图15-6得 式(2.84)，由图15-5得 ， 由图15-6得 式(2.85)因为小于和所以该轴承满足要求。2.8.3 后轮上的轴承要求轴承的寿命，转速，轴承A的径向载荷 式（2.86）轴承B的径向载荷 式（2.87）轴向载荷为。由于轴承A承受的载荷大于轴承B的载荷，故只需对轴承A进行校核。由上述给定条件试选轴承试选6218型轴承，查表15-19表2-5 6218轴承性能（脂）1）按额定动载荷计算由公式 式（2.88）对深沟球轴承， 式（2.89）由 查表15-19 ，由 式（2.90） 查表15-12 得 代入得： 式（2.91） 式（2.92）故6218型轴承能满足要求。2）按额定静载荷校核由公式 式(2.93)查表15-14，选取 由 查表15-19， 时， 得 式（2.94）代入上式，满足要求。2） 极限转速校核 式（2.95）由 查图15-5 查图15-6 代入 式（2.96） 满足要求。3 控制系统的设计3.1 控制系统总体概述本系统使用AT89C51单片机作为核心的控制运算部分。连接在电机上的数字编码器在电机运转时发出的脉冲信号，经过自行设计和制作的脉冲鉴相电路，可以得到电机的运转方向；来自鉴相电路的正反方向的脉冲信号进入到两块8253计数器进行计数，以获得电机的旋转速度和位移；经过在AT89C51单片机上运行的各种控制程序的适当运算以后，输出的控制量经过两块DAC1208转换器变成模拟量，输出到两块UC3637直流电动机脉宽调制器，通过H桥开关放大器，作为执行机构的速度或者力矩给定，从而控制电机的运转，使整个全自动送料小车能够完成所设计的控制任务。整个控制系统的组成框图如下：图3-1 控制系统的组成框图3.2 鉴相伺服电机根据控制要求能够工作在四个不同的象限，作为系统的状态检测部分，必须能够检测电机的转速及分辨电机不同的旋转方向。安装在电机旋转轴上的数字编码器在电机运转时能够产生相位相差90度的两路脉冲信号，电机的旋转方向可以由鉴相电路对此两路脉冲进行鉴相后获得，其原理9如图3-2所示。图3-2 鉴相原理图伺服电机反转时，A相脉冲超前于B相脉冲90度，在cp十端输出反向计数脉冲，当正转时，B相脉冲超前于A相脉冲90度，在cp一端输出正向计数脉冲，见图3-3中的(b)和(c所示，分辨出的脉冲进入脉冲计数电路进行计数，再由计算机读入进行处理。其电路图见图3-3中的(a)所示。图3-3 电机转向分辨电路图本次设计使用的数字编码器为500P/ R ,即电机每旋转一周输出500个脉冲,电机到车轮的减速齿轮的减速比为10 : 1 ,因此车轮每前进或者后退一周产生50010 即5000个脉冲,可见分辨率非常高。编码器的脉冲输出为差动形式,鉴相电路接收差动形式的脉冲信号,鉴相后输入到8253计数器。3.3 计数的扩展为了得到驱动轮运转的速度、位移等,而数字编码器的输出经过鉴相电路提供的是电机的正转和反转脉冲,必须对这些脉冲分别进行计数、运算才能得到所要的速度、位移等状态量。本系统中使用了两块8253计数器,每块芯片具有三个16 位计数器。四个独立的计数器即1# 、2 # 、3 # 和4 # 分别用于两台电机的正/ 反转脉冲的计数。8253可编程定时器计数器可由软件设定定时与计数功能，设定后与CPU并行工作，不占用CPU时间，功能强，使用灵活。它具有3个独立的16位计数器通道，每个计数器都可以按照二进制或二十进制计数，每个计数器都有6种工作方式，计数频率可高达2MHz，芯片所有的输入输出都与TTL兼容。8253的内部结构框图8如图3-4所示；引脚8如图3-5所示。图3-4 8253内部结构框图图3-5 8253引脚图U6芯片中计数器0和计数器1用于左轮电机正反转计数，并处于工作方式3。U7芯片中计数器0和计数器1用于右轮电机正反转计数，并处于工作方式3。在中断服务程序中,这四个计数器分别对两台伺服电机的正/ 反脉冲进行计数,所得到的计数值减掉上一次的计数值,就可以得到在这一时间周期内的各路脉冲数。右轮反转、正转和左轮反转、正转的结果分别存于临时变量temp 1、temp 2、temp 3 和temp 4 中,在主程序中通过对它们进行运算就可以得到小车的状态量了。3.4 中断的扩展AT89C51单片机是使用两个级联的8259A 中断控制器来控制中断的。主8259A 芯片上的IRQ2 扩展成从片上的IRQ8IRQ15 使用。8259A作为一种可编程中断控制器，是一种集成芯片。它用来管理输入到CPU的各种中断申请，主要外围设备，能提供中断向量、屏蔽各种中断输入等功能。每一个8259A芯片都能直接管理8级中断，最多可以用9片8259A芯片级连，由其构成级连机构可以管理64级中断。8259A的外部引脚8如图3-6。 图3-6 8259A引脚图：数据线，CPU通过数据线向8259A发送各种控制命令和读取各种状态信息。INT：中断请求，和CPU的INTR引脚相连，用来向CPU提出中断请求。：中断响应，接收CPU的中断响应信号。 ：读信号，低电平有效，通知8259A将某个寄存器的内容送到数据总线上。 ：写信号，低电平有效，通知8259A从数据线上接受数据（即命令字）。：片选信号，低电平有效。：端口选择，指出当前哪个端口被访问。：接收设备的中断请求。：级联端，指出具体的从片。在采用主从式级联的多片8259A的系统中，主从片的对应连接在一起。：主从片/缓冲器允许，双功能引脚，双向。它有两个用处：当作为输入时，用来决定本片8259A是主片还是从片。作为输出时，当从8259A往CPU传送数据时，由引出的信号作为总线启动信号，以控制总线缓冲器的接收和发送。本次设计采用两片8259A进行级联：主片的引脚连接从片的中断请求INT，如果某一个引脚下面没有连接从片，则可以直接连接外部中断请求；而主片、从片的中断响应信号和数据信号互相连在一起。主片CAS和从片CAS互相连在一起，当从片数量较多时，可以在主片CAS和从片CAS之间增加驱动器。主片的接高电平。从片的接低电平。在8259A的主从式级联方式中，中断的优先级设置类似于单片机的情况。 3.5 数摸转换器的选择将数字量转换为模拟量的器件称为数/模转换器(digital-analog converter),简称为DAC。数/模转换器的主要技术指标有分辨率、转换精度、线性误差和建立时间。分辨率是指最小输出电压与最大输出电压之比。本次设计采用DAC1208芯片，故其分辨率为。转换精度是以最大的静态转换误差的形式给出。DAC1208芯片为12位数/模转换器其最大误差为:,精度为。线性度是指DAC的实际转换特性曲线和理想直线之间的最大偏移差。 建立时间是在数字输入端发生满量程码的变化以后，数/模转换器的模拟输出稳定到最终值1/2(最低有效位)时所需要的时间，当输出的模拟量为电流时，这个时间很短。DAC1208的内部结构及引脚8如图3-7和图3-8所示。 图3-7 DAC1208的内部结构图 图3-8 DAC1208的引脚图DAC1208内部对输入数据具有两级缓存：8位输入寄存器、4位输入寄存器和12位DAC寄存器，这三个寄存器可以分别选通。DAC1208有三种工作方式：单缓冲方式、双缓冲方式、直通方式。所谓的单缓冲方式就是使DAC1208的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式。所谓双缓冲方式，就是把DAC1208的两个锁存器都接成受控锁存方式。本次设计采用双缓冲方式，目的是为了让两个直流伺服电机能够实现同步。所谓直通方式，输入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式，即信号均有效，数据被直接送入数/模转换电路进行数/模转换。本次设计采用DAC1208芯片的数/模转换器其工作步骤为：为高电平时，选中数据输入到8位输入寄存器；当为低电平时，选中数据输入到4位输入寄存器；片选信号，低电平有效，和输入锁存信号一起决定第一级数据锁存是否有效。第一级允许锁存，高电平有效。写信号1，作为第一级锁存信号，必须和同时有效。写信号2，作为第二级锁存信号，必须和同时有效。控制信号，低电平有效，和一起决定第二级数据锁存是否有效。模拟电流输出端，DAC寄存器全1时最大，全0时为0。模拟电流输出端，和有一个常数差：常数，此常数对应一个固定基准电压的满量程电流。参考电压输入端，电压范围为。3.6 电机驱动芯片选择电机驱动采用PWM技术6来驱动直流伺服电动机。PWM技术为脉宽调制技术，可通过输入直流电压，在其输出可以得到频率固定、脉冲幅度一定、脉冲宽度与输入信号成线性关系的方波脉冲串，利用该方波脉冲串驱动功率放大电路，从而控制伺服电机的转速。采用PWM技术的优点是，PWM具有较高的切换频率，这有助于克服伺服电机的静摩擦力矩，与其线性功率放大器相比，功耗低且效率高，因而在伺服系统中得到了广泛的应用。为了改善伺服电机的运行特性，必须适当选择PWM的切换频率，其选择可参考以下原则：1)切换频率应能使电机轴产生微振，以克服静摩擦，改善运行特性。即6 式(3.1) 式（3.2）式中 表示PWM的切换频率； 表示电机频率； K表示力矩常数； 表示PWM电源电压； L表示电感； T表示电机静摩擦力矩。2)微振的最大角位移应小于设定的位置误差。即6 式(3.3)式中 J表示转动惯量； 表示设定的位置误差。3)尽量减少电机产生的高频功耗。即应使得6 式(3.4)式中 表示电内电阻。一般伺服电机的电感很小，如果切换频率不高，导致交流分量很大，很容易损坏功率晶体管。在此采用PWM芯片UC3637和H功率桥放大电路来驱动伺服电机，根据上述原则选择切换频率为30KHz。UC3637的特点：单电源或双电源工作，双路PWM信号输出，驱动电流能力为限流保护欠电压封锁有温度补偿，2.5V阀值的关机控制UC3637最具特色的是三角波振荡器，三角波产生电路6如图3-9所示。图3-9 恒幅三角波产生电路三角波参数的计算取PWM定时电路充电电流为0.5mA,则有 式(3.5) 式(3-6)对于图3-12所示的控制系统，要求： PWM频率计算得 式(3.7) 式(3.8) 式(3.9) 式(3.10) 式（3.11） 式（3.12） 式（3.13）式中 表示三角波峰值的转折电压；表示电源电压；表示定时电阻；表示定时电容；表示振荡频率。C3637具有一个高速、输出低阻抗的误差放大器，既可以作为一般的快速运放，亦可作为反馈补偿运放。3.7 控制软件的设计考虑到系统的各个状态量都是通过数字编码器输出的脉冲信号进行检测
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号