【某床椅一体化机器人的自动行走功能及控制系统分析案例2800字】

某床椅一体化机器人的自动行走功能及控制系统分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u15647某床椅一体化机器人的自动行走功能及控制系统分析案例 132101.1床椅一体化机器人电机的选择 1130911.2行星齿轮轴设计计算 254351.3自动行走机构的控制 5286721.1.1单片机的简介 552411.1.2单片机的选型 684211.4控制系统方案 61.1床椅一体化机器人电机的选择较早以前的人们选择电动机的过程比较随意，不够严谨，往往只考虑电动机功率是否足够，电动机的用电是否方便，在满足这两个要求的前提下找最便宜的电动机来使用。这种选型的办法纯粹依赖于个人经验，如果放在几十年前还勉强能用，但是在当下电动机种类繁多，对于机械要求越来越严谨的背景下，肯定不能再使用这套办法[11]。而是从应用设备本身需求、电动机供电类型、启动方式、电动机本身的各项指标等多个方面去全面的考虑，最终才能确定所需要的电机类型[12]。这里说的电机本身的各项指标，绝不是简简单单指的电机功率，而是包括功率在内的绝缘性、耐热性、使用寿命、过载能力等等各方面的参数。一般情况下选择一台电动机需要按照下列的流程：首先要考虑的是设备的使用需求，也就是使用电动机作为该机器的动力是否最合适，这也是选择电机最先要考虑的问题[13]。比如在野外作业且无法用电的农用机械，显而易见对于这样的机器使用内燃机显然比使用电机更为合适。如果这一最基本的要求都不能满足的前提下，再去确定电机的功率，再去做其他的工作显然是画蛇添足的。如果满足了第一条，那么才能进行后续供电类型启动方式的考虑。确定好供电和启动方式以后再来考虑电机本身的各项指标，走到这一步，就已经把相当一部分的电机种类给排除了，大致的电机类型也基本能框定，选择范围就小很多了。在电机参数这一方面，往往人们只注重电机的功率，单额定功率并不代表电机的全部性能，即使功力能满足要求，也要考虑到电机的绝缘性能、耐热性能和使用的寿命。因为有的电机它的工作场合要求具有高的绝缘性，而有的电机在比较密封的环境下长时间工作发热量大，所以必须要具有强的耐热性，而有的设备具有不可维修性，所以就要求电机使用寿命必须要足够长[14]。所以科学严谨的选用电机，不能够单单只看电机功率大小，而是要全方位的去评估。经过上述的分析，同时结合床椅一体化进行实际工作要求，决定采用小型直流电机，为了尽可能的方便，床椅一体化机器人的制造同时节约制造成本，选用了电动轮椅上使用的直流电机。电机型号是(参数如下表所示），它的额定功率为144瓦，额定转速120转每分。另外为了尽可能的让电动机输出大的转速，还为电机配备了减速器。经过分析所以决定选用行星轮减速器。行星轮减速器要深究起来其本质上仍然属于齿轮减速器的一种，但人们之所以习惯把它单独拎出来说，是因为它跟大部分的齿轮减速器都不一样，比较另类所以习惯把它单独作为一类。普通的齿轮减速器，它不管你是二级三级还是多少级，它各个传动轴的轴线都分布在同一平面上，且轴线之间不是垂直的关系就是平行的关系。而行星轮减速它就不是这样，它的各传动轴线的排列与宇宙中行星的运行类似，中心齿轮好比是太阳，而一周的行星齿轮就好比是各大行星围绕着太阳旋转，正因为这样得名行星轮减速。它的特点与蜗轮蜗杆类似也是单级传动比大，而且体积能做的比较小。那么有人要问了，既然它的特点与蜗轮蜗杆类似，为什么还要有行星轮减速，直接用蜗轮蜗杆减速不就行了[15]。凡事存在必有它的道理，同样的行星轮减速器，他也有蜗轮蜗杆减速器所不能企及的地方，行星轮减速器的箱体不像蜗轮蜗杆减速器是较规则的方形箱体，它的箱体是套筒装，且与输入输出轴在同一轴线上，根据减速器的级数不同，单级的它的箱体是单一的圆柱装，多级的箱体是台阶轴状。正因为行星轮减速器有着如此特殊的箱体结构，它才能够用在风力发电机、家用洗衣机等特殊的场合[16]。而作为床椅一体化机器人来说，使用行星轮对电动机输出的转速进行减速也是非常合适的，因为床椅一体化机器人他要求减速器结构要小巧同时传动比要大。减速传动比为10:1，这样可以进一步增强床椅一体化机器人的动力。1.2行星齿轮轴设计计算本设计的行星轮轴采用45钢锻造毛坯，并进行调制处理。下图1.1展示了轴的受力状况，由齿轮箱体的受力平衡得出：N3-N4=500N28N4=35×500得中心齿轮对轴的作用力为得图4-1轴受力分析作出弯矩转矩图，可以得出危险点D处E处该轴材料选用45钢调制，其中。取相应取整得C和E处轴承校核中等冲击，取则PC=ƒP×Fr3=1.4×1×1125=1620NPE=ƒP×Fr4=1.4×1×625=875N轴承所需寿命：转速n=15i=15×22/50=6.6r/min轴承所需基本额定动载荷C处E处选用轴承，其，，，，符合设计要求。中心齿轮键连接设计是轮毂长度，大小为，选用圆头平键,,强度符合设计要求。1.3自动行走机构的控制床椅一体化机器人他的行走机构实际上就相当于是电动轮椅的控制系统，电动轮椅一般采用单片机与plc两种方式，这两者都可以对电动轮椅进行控制，不过后者成本比较高，所以我们选用单片机控制[16]。1.1.1单片机的简介单片机在工业领域和机电产业应用非常广泛，单片机的质量很轻、价格也便宜，为控制领域的深入研发和控制系统发展做出了非常大的贡献。在人们的生活中，小到像一些电子产品，例如电子手表、玩具、家电等等，大到工业生产线等，这些领域都有单片机的应用。最开始人们研发出来的是4位单片机，单片机有了初步的发展，随着科技的发展，人们也逐步研发出了8位、16位以及32位单片机这些高速单片机。不过单片机并不是位数越高越好，最合适的才是最好的，所以目前来讲8位的还是应用最多的[17]。一直到现在我们对单片机的性能还在进行深入的研究。单片机最早是外国人发明的，在上个世纪七十年代，对于单片机的研究才刚刚起步，由于当时的技术还稍显稚嫩，人们所制造出的单片机，它的整体构造和控制性能远远达不到要求。不过到了九十年代，技术的日益成熟，人们对单片机的研究有了新的开展，研究出了性能高、质量轻的单片机，这种单片机一问世，便得到人们广泛的应用，尤其是在工业发展领域，当时的电子信息技术也在发展，更是有效的将电子信息技术和单片机技术融合了起来，大大的推动了单片机技术的发展，在电子产品、工业制造等都能看见单片机的身影[18]。而国内对于单片机的研究起步很晚，改革开放前，在国内科技领域对于单片机这个新概念没有一丝的了解，一直到改革开放之后，我国的单片机技术才发展起来，慢慢地被运用到电子产片和工业生产上。现如今，单片机在智能电子自动化领域不断被开发和应用，这也说明单片机是不可或缺的[19]。不过中国单片机技术还有很大的提升空间，相信在未来我国包括单片机在内的自动控制技术一定能与国外相比肩。1.1.2单片机的选型根据床椅一体化装置的工作要求，同时结合行走机构实际工作的需求，选择AT89S51单片机[20]。图4-2AT89C51单片机引脚图1.4控制系统方案控制系