爬桿作業(yè)機(jī)器人的設(shè)計（全套含CAD圖紙）

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In this text.its mechanism electric control principle and various features .it can be widely applied to various kinds of high-altitude operation. Key words：pole-climbing robot， variable-diameter pole sepal， pole-climbing 目錄 1緒論 1 1.1研究目的 1 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3研究內(nèi)容 3 1.4設(shè)計要求 4 2爬桿作業(yè)機(jī)器人總體方案設(shè)計 5 2.1機(jī)械方案設(shè)計 5 2.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 7 2.3小結(jié) 8 3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 9 3.1減速機(jī)構(gòu)設(shè)計 9 3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計 17 3.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計 23 3.4機(jī)械手爪設(shè)計 24 3.5電動機(jī)選擇 26 4電氣控制 28 4.1系統(tǒng)論述 28 4.2直流電機(jī)單元電路設(shè)計與分析 29 4.3直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 36 5結(jié)論與展望 43 參考文獻(xiàn) 44 致謝 45 1緒論 1.1研究目的 目前全國日益加快的現(xiàn)代化建設(shè)步伐隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長、人民生活水平日益不斷提高，城鎮(zhèn)中隨之矗立起無數(shù)的高層建筑，各類集實用性 與美觀性一體的市政、商業(yè)工程諸如電燈桿、路燈桿、大橋斜拉鋼索、廣告牌立柱等，它們的直徑通常在5—30米，有的甚至高達(dá)百米，壁面多采用油漆、電鍍、玻璃銅結(jié)構(gòu)等，由于常年裸露在大氣之中，風(fēng)沙長年累月的積累會因此而形成灰塵層，酸類物質(zhì)污染從而影響城市的美觀，同時空氣中混合的酸性物質(zhì)也會對這些城市建筑特別是金屬桿件造成損壞，加快它們的生銹過程，并縮短它們的使用壽命，因此需要定期進(jìn)行壁面維護(hù)工作 。 在市政工作中，主要是通過人工工作的因此，存在著很多問題，特別市政工作中的清洗工作許多都要人工清洗，在一些高空建筑上的清洗如果人工清洗就會造成很大的危險性，而在一些具有化學(xué)試劑或者有毒物質(zhì)的工作環(huán)境中，就會對人產(chǎn)生很大的危險性，這無形中增大了市政工作的成本，而且有可能對壞境造成二次污染，對周邊環(huán)境造成影響，而如果使用高壓水槍，其成本更加高，而其使用范圍也不寬，只局限于一些高空無遮擋的物體，同時水槍必須安置在空曠的位置否則會影響周邊的日常生活。 另外，對于較粗的桿件，人工攀爬和工程車作業(yè)都比較方便，但是對于一些直徑較細(xì)，強(qiáng)度較小的桿件比如路燈桿等，人工攀爬較為困難。應(yīng)用帶升降機(jī)的工程車進(jìn)行作業(yè)，作業(yè)成本較高，而且對于狹窄的胡同，工程車難以進(jìn)入，造成作業(yè)困難，因此本課題擬設(shè)計一爬桿機(jī)器人，可以在沒有障礙的光桿上爬行。對人工攀爬較難的作業(yè)具有較大的實際意義。? 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從功能上講，爬桿機(jī)器人無非包含基本的行走功能和輔助的作業(yè)功能 (例：噴涂、檢測、纏繞和修復(fù)等)，縱觀這些國內(nèi)外管道外機(jī)器人的行走工作原理，不外乎以下幾種：基于自鎖或靜摩擦原理的氣動蠕動式機(jī)構(gòu)；基于滾動摩擦原理的螺旋爬升機(jī)構(gòu)；基于克服動摩擦直線行走的機(jī)構(gòu)；基于移動副和轉(zhuǎn)動副的關(guān)節(jié)式爬行機(jī)構(gòu)；基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的并聯(lián)式爬行機(jī)構(gòu)。下面將介紹幾種典型的爬桿機(jī)器人 。 圖1-1螺旋式爬桿機(jī)器人 圖1-2自動噴涂爬桿機(jī)器人 (1)螺旋式爬桿機(jī)器人如圖1-1所示 機(jī)器人抱緊在管壁上，通過驅(qū)動導(dǎo)輪實現(xiàn)在管壁上的運動，其抱緊力即預(yù)緊力是通過用專用螺母扳手調(diào)節(jié)螺母，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)抱緊彈簧的壓力，使機(jī)器人獲得足夠的抱緊力，如果機(jī)器人的工作壞境發(fā)生了變化，可以根據(jù)不同的管徑，選擇支撐架上不同的連接孔，從而可以得到要求的抱緊力 。 該機(jī)器人的載荷量比較大，運行也較為平穩(wěn)，同時可以適合不同的管徑，但他的不足之處就在于，只能夠運行在連續(xù)性的管道上，而對于非連續(xù)性的管道，該機(jī)器人就無法工作。 (2)自動噴涂爬桿機(jī)器人 工作時，先必須調(diào)節(jié)機(jī)器人的下體位置，把機(jī)器人全部放在要進(jìn)行工作的管道上，當(dāng)完成了機(jī)器人的連接固定后啟動機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)，機(jī)器人在管道上開始行走，同時配合噴槍的往復(fù)運動，實現(xiàn)對管道的自動化噴涂 。 該機(jī)器人的特點：結(jié)構(gòu)較為簡單，而且可靠性較高，能夠代替人工操作，這樣可以實現(xiàn)對管道的自動化噴涂，但由于其結(jié)構(gòu)的局限性，并適合變直徑的管道。 1.3研究內(nèi)容 經(jīng)過仔細(xì)研究分析后認(rèn)為，人在爬桿或爬樹的過程中，人的運動具有很好的參考價值，如圖1-3所示，人在爬升的過程中，一般是先兩腳夾緊，然后身體上移，再收腿，整體上移，往復(fù)動作，從而爬升的過程 。 圖1-3人爬樹的姿勢 本文設(shè)計的爬桿機(jī)器人就是仿照人爬樹的原理，其結(jié)構(gòu)組成包括夾持機(jī)構(gòu)，由上下機(jī)械手爪組成，實現(xiàn)對桿的抱緊，通過上、下機(jī)械手爪的交替夾緊來實現(xiàn)爬桿機(jī)器人的支點定位和蠕動；移動機(jī)構(gòu)，由連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)攀爬動作；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，整個機(jī)器人采用一個電機(jī)驅(qū)動，既減輕了重量，又滿足了運動要求。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-4所示。 圖1-4 爬桿機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖 1.4設(shè)計要求 該機(jī)器人攀爬直徑為100~140mm變直徑桿，載重5kg，機(jī)器人在全負(fù)載情況下應(yīng)該能夠保持 100mm/s 的運行速度，且直立爬行機(jī)器人的傳動系統(tǒng)應(yīng)該具有自鎖機(jī)構(gòu)以克服重力的影響。 2爬桿作業(yè)機(jī)器人總體方案設(shè)計 2.1機(jī)械方案設(shè)計 本文設(shè)計的爬桿機(jī)器人攀爬的是100~140mm的變直徑桿，本文設(shè)計的機(jī)器人仿照人爬樹的原理，其結(jié)構(gòu)組成包括夾持機(jī)構(gòu)，由上下機(jī)械手爪組成，實現(xiàn)對桿的抱緊，通過上、下機(jī)械手爪的交替夾緊來實現(xiàn)爬桿機(jī)器人的支點定位和蠕動；移動機(jī)構(gòu)，由連桿機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)攀爬動作；驅(qū)動機(jī)構(gòu)，整個機(jī)器人采用一個電機(jī)驅(qū)動，既減輕了重量，又滿足了運動要求。結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。整個機(jī)體長約250mm，寬約150mm，高約400mm，總重不超過5kg（包括電機(jī)重3kg），爬行部分主體結(jié)構(gòu)為2根長為400mm的鋁合金鋼管（可以用硬塑料管或者其他輕型材料代替），作為機(jī)架和機(jī)器人上部滑動的導(dǎo)軌，同時作為旋轉(zhuǎn)部分的軸，結(jié)構(gòu)緊湊、零件的功能得到了擴(kuò)展。在導(dǎo)軌和固定支架，分別設(shè)置有上、下機(jī)械手連接臂，兩對機(jī)械臂以導(dǎo)軌為轉(zhuǎn)動軸，其上裝有上、下機(jī)械手爪。在上、下機(jī)械臂的另一端分別設(shè)置有彈簧，彈簧的作用是使機(jī)械手產(chǎn)生足夠的摩擦力抱緊立柱。 在導(dǎo)軌的下部安裝電動機(jī)，在減速機(jī)構(gòu)的輸出軸上安裝有并聯(lián)盤形凸輪和曲柄，曲柄通過連桿與移動凸輪相連，通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動機(jī)器人上部和移動凸輪機(jī)構(gòu)運動，來實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的上升和相對運動。 凸輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)由兩套凸輪擺桿機(jī)構(gòu)構(gòu)成，其中一套由上機(jī)械臂和移動凸輪構(gòu)成另一套由下機(jī)械臂和并聯(lián)盤形凸輪構(gòu)成，它們分別裝在導(dǎo)軌的上、下部。通過曲柄、連桿將并聯(lián)盤形凸輪、移動凸輪連接起來，使整個機(jī)構(gòu)形成一個整體，上部的擺桿機(jī)構(gòu)在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的作用下可以沿導(dǎo)桿上下移動。在電機(jī)的驅(qū)動下，上、下部機(jī)械臂擺動并帶動機(jī)械手依次實現(xiàn)夾緊和放松的聯(lián)動。 圖2-1機(jī)構(gòu)圖以及機(jī)器人簡圖 機(jī)器人的運動原理可分為以下幾個部分： 1) 在初始狀態(tài)1時，機(jī)器人下機(jī)械手夾緊，同時上機(jī)械手松開； 2) 電機(jī)回轉(zhuǎn)，驅(qū)帶動曲柄及和曲柄固接在一起的下并聯(lián)盤形凸輪順時鐘轉(zhuǎn)動，并推動下機(jī)械臂擺動，當(dāng)下并聯(lián)盤形凸輪轉(zhuǎn)過升程角時，下機(jī)械手松開；與此同時上移動凸輪向下走過空行程，在此過程上機(jī)械手抓緊，即狀態(tài)2.； 3) 電機(jī)繼續(xù)回轉(zhuǎn)，此時機(jī)器人上機(jī)械手夾緊，下機(jī)械手開始松開，機(jī)器人下部被運動到極限位置，即狀態(tài)3.； 4) 電機(jī)繼續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)下并聯(lián)盤形凸輪轉(zhuǎn)過回程角時，下機(jī)械手夾緊；與此同時上移動凸輪向上走過空行程，在此過程上機(jī)械手開始松開，即狀態(tài)4.； 5) 電機(jī)繼續(xù)回轉(zhuǎn)，因為下機(jī)械手夾緊，上機(jī)械手松開，所以機(jī)器人上部在電機(jī)的提升推力下向上移動，當(dāng)曲柄和連桿拉直共線時，機(jī)器人上部提升到極限位置，即狀態(tài)5； 從圖中可以看出機(jī)器人每運行一周上升一次。 圖2-2機(jī)器人運動周期圖 2.2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計 考慮到機(jī)器人的驅(qū)動部分只有一個電機(jī)，而機(jī)器人的在運動過程中只有加速，減速，停止，啟動幾個狀態(tài)，因此只需對電動機(jī)進(jìn)行控制即可。 控制部分?jǐn)M采用直流電機(jī)PWM控制方案，在設(shè)計中采用AT89C51單片機(jī)作為整個控制系統(tǒng)的核心，單片機(jī)在程序控制下不斷給光電隔離電路發(fā)送PWM波形在設(shè)計中，采用PWM調(diào)速方式，通過改變PWM的占空比來改變電動機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實現(xiàn)對電動機(jī)的調(diào)速 。 直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：直流電機(jī)的加速、減速和電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且同時可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以方便的讀出電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小，能夠很方便的實現(xiàn)電機(jī)的智能控制。同時，還包括直流電機(jī)的直接清零、啟動（置數(shù)）、暫停、連續(xù)功能。該直流電機(jī)系統(tǒng)由以下電路模塊組成：振蕩器和時鐘電路：這部分電路主要由80C51單片機(jī)和一些電容、晶振組成。設(shè)計輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨立式鍵盤來實現(xiàn)。設(shè)計控制部分：主要由80C51單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。設(shè)計顯示部分：包括液晶顯示部分和LED數(shù)碼顯示部分。液晶顯示部分由1602LCD液晶顯示模塊組成; LED數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示管組成。直流電機(jī)PWM控制實現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動模塊組成。 圖2-3機(jī)器人電氣控制圖 2.3小結(jié) 該機(jī)器人在電機(jī)的驅(qū)動下能夠?qū)崿F(xiàn)上升和下降以及停止，同時也能夠在運轉(zhuǎn)過程中實現(xiàn)機(jī)器人的加速和減速的控制，機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)主要通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)聯(lián)動，上下機(jī)械手通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的聯(lián)動來控制上下機(jī)械手的加緊和松開，同時直流電機(jī)通過單片機(jī)的控制轉(zhuǎn)速，單片機(jī)與電機(jī)通過電機(jī)的驅(qū)動芯片連接，單片機(jī)控制驅(qū)動芯片輸出的電樞電壓來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計 3.1減速機(jī)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)已有條件確定傳動方案為圓錐—圓柱齒輪減速，原有條件為為保證機(jī)器人的移動速度100mm/s，減速箱輸出轉(zhuǎn)速為50r/min，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為710r/min，因此減速箱的總傳動比為15，其運動簡圖如下圖所示： 圖3-1運動簡圖 由圖可知，原動件為電動機(jī)，傳動裝置為減速器，減速器為展開式圓錐——圓柱齒輪的二級傳動 3.1.1傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 (1)電機(jī)的類型和結(jié)構(gòu) 根據(jù)選好的電動機(jī)可知：該電機(jī)使用電壓為12v直流電，其具體尺寸如第一部分所 示 (2)確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 總傳動比為15，按直齒輪圓柱齒輪傳動比=0.25=3， 則==5 (3)計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) a各根軸的轉(zhuǎn)速 =710r/min； ==236.7r/min； ==47.3r/min； b各軸的輸入輸出轉(zhuǎn)矩： ==0.336N.m——傳動效率為1 ==0.331N.m——傳動效率為0.985 ==0.954N.m——傳動效率為0.96 ==0.94N.m——傳動效率為0.985 ==4.56N.m——傳動效率為0.97 ==4.492N.m——傳動效率為0.985 3.1.2傳動零件的設(shè)計計算 <1>．圓錐齒輪傳動的設(shè)計計算 A由已知可知小齒輪的轉(zhuǎn)速為710r/min，大齒輪的的轉(zhuǎn)速為236.67r/min，傳動比為3，選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù) (1)按傳動方案，選用直齒圓錐齒輪傳動，齒形角 ，齒頂高系數(shù) =1，頂隙系數(shù) =0.2，螺旋角 =0，不變位。 (2)本機(jī)器人為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用8級精度。 (3)材料選擇，考慮到齒輪的重量齒輪輪芯材料選用聚苯醚（又稱PPO），該材料具有較高機(jī)械性能，尺寸穩(wěn)定性好，高溫下耐蠕變性是所有工程材料中最優(yōu)異的，此外，聚苯醚還具有耐磨，無毒，耐污染等優(yōu)點。輪緣采用45鋼，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，二者材料硬度差為40HBS (4)選小齒輪齒數(shù) =17，大錐齒輪齒數(shù) =51 B按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計： 公式： （3-1） 確定公式內(nèi)的各計算值 (1)試選載荷系數(shù) =1.3。 (2)計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 =336N.mm (3)由表10-7選取齒寬系數(shù) =1。 (4)由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) =189.8 。 (5)由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =600MPa；大齒輪 的接觸疲勞強(qiáng)度極限 =550MPa。 (6)由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 =60==4.147 (7)由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) =0.91； 0.95。 (8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取失效概率為1%，安全系數(shù)S＝1，由機(jī)械設(shè)計書（10-12）得： （3-2） （3-3） (9)試選 ＝1.2，查得 ＝1.0， ＝1， ＝1.5*1.25＝1.875 所以， =2.25 (10) (11)計算小齒輪的分度圓，代入 中的較小值得： mm (12)計算圓周速度V 0.567m/s （3-4） (13)計算載荷系數(shù) 根據(jù) =0.567m/s，8級精度，可查得動載荷系數(shù) =1.01， 所以 =1.894 (14)按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑： 14.4mm （3-5） (15)模數(shù) （3-6） C.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計： 公式： （3-7） (1)確定公式內(nèi)的各計算值 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 =500MPa，大齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 =380MPa。 (2)查得彎曲疲勞壽命系數(shù) ， (3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則， （3-8） （3-9） (4)載荷系數(shù)K=2.31 (5)節(jié)圓錐角 （3-10） (6)當(dāng)量齒數(shù) （3-11） 161.28 （3-12） (7)查取齒形系數(shù)： ， ； (8)查取應(yīng)力校正系數(shù) ， (9)計算大小齒輪的，并加以比較。 ==0.0145 （3-13） ==0.016 （3-14） 大齒輪的數(shù)值大。 (10)設(shè)計計算 1.50 綜合分析考慮，取m=1.5mm, =25.5mm, (11)幾何尺寸計算 計算大端分度圓直徑 =25.5mm, 計算節(jié)錐頂距 R==40.3mm （3-15） 大端齒頂圓直徑 28.35mm （3-16） 77.45mm （3-17） 齒寬： b= 13.4mm 取 <2>.圓柱齒輪傳動參數(shù)設(shè)計 已知小齒輪的轉(zhuǎn)速為236.7r/min，大齒輪的轉(zhuǎn)速47.3r/min,傳動比i=5, A.選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù) (1).材料選擇，小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪輪緣材料為 45鋼（調(diào)質(zhì)），輪芯材料選用聚苯醚，輪緣硬度為240HBS，二者材料硬度相差 40HBS。 (2).選擇小齒輪齒數(shù) =17，則 =5*17=85 B.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 公式： (3-18) 確定公式內(nèi)的各計算值： (1)試選載荷系數(shù) (2)計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 (3)選取齒寬系數(shù) (4)查得材料彈性影響系數(shù) 。 (5)按齒面的硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒輪的接觸 疲勞極限 。 (6)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 小齒輪： (3-19) 大齒輪： (3-20) (7)查得接觸批量壽命系數(shù) (8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力 (3-21) (3-22) C．計算 (1)試算小齒輪的分度圓直徑，代入中的較小值得 =mm =13.9mm (2)計算圓周速度v =0.17m/s (3-23) (3)計算齒寬 b=13.9mm (4)計算齒寬與齒高比b/h 模數(shù)： (3-24) 齒高： =1.8mm 7.72 (3-25) (5)計算載荷系數(shù) 根據(jù)v=0.17m/s，8級精度，可查得動載荷系數(shù)， =1.01, 查得 查得使用系數(shù) =1.442 由 b/h=7.72, 查得 所以。 =1.8648 (6) 按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑： =14.95mm (3-26) (7) 計算模數(shù) =0.8 D．按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計 公式： m≥ (3-27) 確定公式內(nèi)的各計算值 (1)查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度： (2)查得彎曲疲勞壽命系數(shù) (3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則， (3-28) (3-29) (4)計算載荷系數(shù) K =1.865 (5)查取齒形系數(shù) (6)查取應(yīng)力校正系數(shù) (7)計算大、小齒輪的,并加以比較。 ， 大齒輪的數(shù)值大。 (8)設(shè)計計算 =1.48 綜合分析考慮，取m=0.8mm, =19，得 =15.2mm, =95 E．幾何尺寸計算 (1)分度圓直徑 =15.2mm =76mm (2)中心距 a=45.6mm (3)齒寬 =15.2mm，取 =16mm， =20mm F．驗算 =125.5N =8.4N/s<100N/s (3-30) 假設(shè)成立，計算有效。 3.1.3數(shù)據(jù)整理 <1>.圓錐齒輪 齒輪類型：直齒圓錐齒輪（ ,齒形角 ，頂高系數(shù)，頂隙系數(shù) ，螺旋角 ，不變位 ）。 精度8級，小齒輪材40Cr（調(diào)質(zhì)），大齒輪輪緣材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度分別為280HBS和240HBS。 大端分度圓直徑：小齒輪 ，大齒輪 節(jié)圓錐頂距：R=40.3mm 節(jié)圓錐角： ， 大端齒頂圓直徑： ， 齒寬： 14mm 齒數(shù)： ， 51 模數(shù)m=1.5mm <2>.圓柱齒輪 齒輪類型：直齒圓柱齒輪 精度8級，小齒輪材40Cr（調(diào)質(zhì)），大齒輪輪緣材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度分別為280HBS和240HBS。 分度圓直徑： 15.2mm， =76mm 中心距：a=45.6mm 齒寬： 20mm， 16mm 齒數(shù)： 19， 95 模數(shù)：m=0.8mm 3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計 電機(jī)帶動曲柄轉(zhuǎn)動，曲柄連桿機(jī)構(gòu)又把運動傳遞到上機(jī)械臂，同時下機(jī)械臂也要做相應(yīng)的動作來配合上機(jī)械臂的運動。因此曲柄連桿機(jī)構(gòu)作為連接機(jī)器人上下機(jī)械臂的關(guān)鍵，它所做的運動僅僅是只是曲柄回轉(zhuǎn)、連桿的擺動， 在傳統(tǒng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計中，一般取r+e>0.75 ，r+e> 時為搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)r小大的機(jī)構(gòu)傳力特性比較好。 其中 ——曲柄長度 ——連桿長度 ——偏心距 本例中無偏心距， =0.，又機(jī)器人的機(jī)構(gòu)之間不能有干涉作用，滑塊在運動過程中不能觸及電動機(jī)的頂端，由電機(jī)的尺寸圖可知，它的前提是： 75+85=160mm （3-31） 在設(shè)計時考慮的一個重要因素就是結(jié)構(gòu)的緊湊性。在這里預(yù)選曲柄長為 =60mm、連桿長 =220mm，加上滑塊的尺寸補(bǔ)償，這樣可以，滿足上式的要求 圖3-2機(jī)器人運轉(zhuǎn)周期圖 假設(shè)曲柄的轉(zhuǎn)速為r/min則轉(zhuǎn)一圈的時間為： （3-32） 當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)一圈時機(jī)器人上升2r即為120mm。 則機(jī)器人的移動速度： v=2 mm/s 又由要求可知機(jī)器人在全負(fù)載情況下能夠保持100mm/s的運行速度所以 應(yīng)該保持在50r/min左右。 3.2.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對機(jī)器人的力學(xué)和運動模型進(jìn)行分析 (1).為滿足機(jī)械在高速度，高能量和高應(yīng)力狀態(tài)下工作要求，因此需求結(jié)構(gòu)的速度，以及力學(xué)性能分析，而曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的主要受往復(fù)機(jī)械慣性力影響，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的慣性力包括三部分：曲柄旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的離心慣性力；滑塊往復(fù)運動產(chǎn)生的往復(fù)慣性力以及連桿平面運動產(chǎn)生的慣性力。因此本設(shè)計中采用雙導(dǎo)桿結(jié)構(gòu) (2).對機(jī)構(gòu)模型運動的振動和平穩(wěn)進(jìn)行評估（機(jī)構(gòu)各部分的速度分析） 圖3-3機(jī)構(gòu)模型圖 如上圖所示，取O點為坐標(biāo)原點，P在X軸上的坐標(biāo)為x，用x表示滑塊的位移，利用三角關(guān)系有一下式子： （3-33） 從而有以下式子： （3-34） 代入數(shù)據(jù)： （3-35） 圖3-4位移與轉(zhuǎn)角的關(guān)系圖 使用matlab軟件可得到該函數(shù)的模擬圖象 又： ， 故滑塊的速度為 （3-36） 進(jìn)而可以得到滑塊的加速度： （3-37） 同時又由正玄定理： ； （3-38） 又?jǐn)[角的表達(dá)式可表示為： （3-39） 對式6兩次求導(dǎo)： （3-40） （3-41） （3-42） 利用已知可以得出關(guān)于的關(guān)系式： （3-43） （3-44） 圖3-5位移與擺角的關(guān)系圖 至此，我們得到了滑塊位移x有關(guān) 的表達(dá)式和連桿擺角 運動規(guī)律中有關(guān)變量的表達(dá)式。 雖然我們得到了有關(guān)變量的解析式，但對于問題的解并沒有達(dá)到要求，因3-43和3-45比較復(fù)雜，不易求解，于是可使用近似方法求解。 將位移的表達(dá)式4-3改寫為： （3-45） 一般而言， ，于是利用麥克勞林公式： -1<<1 （3-46） 可將滑塊位移的模型3-33近似為： （3-47） 從而滑塊的速度和加速度可近似為如下： （3-48） （3-49） 擺角可以利用麥克勞林公式： ，-1< <1 （3-50） 得到擺角的近似模型： （3-51） 得到近似角速度： （3-52） 近似角加速度： （3-53） 圖3-6滑塊速度與搖桿的角加速度關(guān)系圖 從圖中可以看出，在一個周期內(nèi)，滑塊的移動速度和連桿擺角的角速度曲線和加速度曲線都比較平滑、無拐點，沒有出現(xiàn)不連續(xù)的點，整個機(jī)構(gòu)模擬運動平穩(wěn)，無抖動 3.2.2滑塊連桿連接鉸點的受力分析 電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中，連桿對上連接件的力可分解為水平分力和垂直分力，垂直分力就是電機(jī)的提升力，水平分力對整個機(jī)構(gòu)來說是有害的。 電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，搖桿在鉛垂方向的力即電機(jī)的提升力為： （3-54） 在上式中，曲柄轉(zhuǎn)角為自變量，擺角的相似模型 sin，由此可以看出，除了 是自變量以外，曲柄，連桿的長度也是影響電機(jī)提升力的因素，連桿的長度是由機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)所決定，在一定范圍內(nèi)是可以修改曲柄的長度來改變搖桿的提升力，曲柄越小，電機(jī)提升力越大。在此設(shè)計中必須滿足凸輪的壓力角 = ，選擇凸輪起點為提升力零點，所以這里機(jī)器人下并聯(lián)盤形凸輪的升程角和回程角就很好的避開了提升力的零點問題。 在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，其水平分力公式為： （3-55） 從上圖中可以看出，在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)過程中，連桿對上連接件的水平分力對機(jī)器人是有害的，進(jìn)過模擬后擬在上連接件上采用了雙導(dǎo)向柱，這樣就可以通過過定位的方式來消除這個有害的水平分離力。 3.3凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計 3.3.1下機(jī)械手并聯(lián)盤形凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)工作要求選定凸輪機(jī)構(gòu)形式； 凸輪機(jī)構(gòu)是含有凸輪的一種高副機(jī)構(gòu)，也是一種常用機(jī)構(gòu)。凸輪式一個具有曲面輪廓的構(gòu)件，一般多為原動件（有時為機(jī)架）；當(dāng)凸輪為原動件時，通常做等速連續(xù)轉(zhuǎn)動或移動，而從動件則按預(yù)期輸出特性要求作連續(xù)或間歇的往復(fù)擺動、移動或平面復(fù)雜運動。 經(jīng)過建?？傻贸鐾馆嗇喞淖畲鬄?4mm，同時機(jī)械手抓的擺動角度為 ，擺動距離約為7.5mm，擺動距離如下圖所示 圖3-7手抓張開簡圖 對于凸輪機(jī)構(gòu)從動件的最大位移為15mm，凸輪機(jī)構(gòu)的偏距e=0，手抓在機(jī)器人的運動中只有夾緊和松弛兩種狀態(tài)，因此選定凸輪形式為等速運動規(guī)律，此種運動規(guī)律，即從動件在運動過程中速度為常數(shù)，即從動件（手抓）相對于機(jī)器人機(jī)架是靜止的。 圖3-10盤形凸輪 3.3.2上機(jī)械手移動凸輪設(shè)計 下面為移動凸輪的具體尺寸： 圖3-8移動凸輪 3.4機(jī)械手爪設(shè)計 在攀爬桿狀的城市建筑直徑范圍D=100-140mm，機(jī)械手連接臂繞導(dǎo)桿擺動角度范圍在 以內(nèi)，為了給機(jī)器人往城市桿狀建筑上的順利安裝設(shè)計機(jī)械手連接臂導(dǎo)桿擺動角度范圍為 ，同時考慮到電機(jī)在手抓平面上的尺寸，通過對桿的考察可得出機(jī)械手抓的大體尺寸如下圖所示。 圖3-9機(jī)械手抓簡圖 機(jī)械手的長度大概為216mm,采用鋁合金材料厚度為10mm左右，手抓的重量大概為0.2kg 3.4.1機(jī)械臂非線性分析 機(jī)器人的關(guān)鍵部分如機(jī)械連接臂，對機(jī)器人的爬行具有很重要作用，在機(jī)器人爬行過程中，當(dāng)機(jī)械手夾緊時，此時受力最大，機(jī)械臂變形最大，因此需對機(jī)械臂的變形繞度進(jìn)行評估。通過計算機(jī)的模擬可知機(jī)械臂在鉛垂方向上受力分析可簡化為一懸臂梁受力情形。機(jī)械手連接臂的截面如圖所示為一長方形 （3-56） 其中： ，，。 符號意義： ——長方形截面對X軸的慣性（ ）； ——長方形截面對X軸的抗彎截面系數(shù)（ ） ——長方形截面對X軸的慣性半徑（cm）； a ——長（cm）； b ——寬(cm)； 機(jī)械手連接臂橫截面經(jīng)過簡化可近似為正方形的細(xì)長彎曲桿。 長桿幾何參數(shù)可簡化為： =313.58mm； B=10mm； H=10mm； 長桿材料參數(shù)： 彈性模量E=70GPa； 泊松比V=0.3； 當(dāng)機(jī)器人在桿狀物上工作時，特別是在上機(jī)械手夾緊，下機(jī)械手松開狀態(tài)時，機(jī)械手連接臂受力變形最大。由于機(jī)械手連接臂的長度遠(yuǎn)大于其他方向的尺寸，因此機(jī)械臂可簡化為一受力懸臂梁。 圖3-11機(jī)器人上機(jī)械手簡化 由于結(jié)構(gòu)的對稱性，簡化如上圖所示，實線和雙點劃線沿坐標(biāo)軸對稱（實線和雙點劃線分別代表機(jī)械手的左右臂）。虛線（連接件）和它們絞接。這樣在分析受力時，我們可以忽略其繞Y軸的鉛垂位移，只考慮其繞X軸的鉛垂位移。這樣機(jī)械手臂可簡化為一長為315mm的懸臂梁，因機(jī)械手成對使用，實際工況中每只機(jī)械手連接臂末端載荷為F=25N， 應(yīng)用材料力學(xué)公式求端點處的繞度： （3-56） 由此可看出機(jī)械手連接臂在處于懸臂狀態(tài)時，當(dāng)連接臂末端承受最大載荷F=25N時，最大繞度值為=4.404mm，可以忽略不計。 3.5電動機(jī)選擇 在機(jī)器人的設(shè)計中，電機(jī)的選擇很總重要，對于爬行機(jī)器人而言，電機(jī)的結(jié)構(gòu)和傳動形式都是機(jī)構(gòu)設(shè)計所需要考慮的重要方面，從結(jié)構(gòu)緊湊性方面考慮，在電動機(jī)傳動軸上，直角電機(jī)比標(biāo)注電機(jī)占用更小空間。 經(jīng)過比較選用廈門精研自動化元件公司（www.jschina.com.cn）生產(chǎn)的直角電機(jī)整個機(jī)殼有鋁合金制作，內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較緊湊、密封性、潤滑性都比較好。 電動機(jī)作為機(jī)器人攀爬的動力源和主要部件之一，它的結(jié)構(gòu)尺寸同時也影響到機(jī)器人其他相關(guān)部件的尺寸大小，直角電機(jī)相對標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)特殊的空間結(jié)構(gòu)尺寸也是筆者選擇它的一個主要原因。 經(jīng)過查詢該電機(jī)的總重為1.6Kg，同時還查的電機(jī)的各項參數(shù)以及轉(zhuǎn)速——轉(zhuǎn)矩圖。 圖3-12電動機(jī)參數(shù)圖 該電機(jī)使用12V直流電，轉(zhuǎn)子為齒輪軸的可逆電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為0~1000r/min范圍內(nèi)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速近似線性關(guān)系。在額定轉(zhuǎn)速情況下電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為710r/min，電機(jī)實物以及相關(guān)尺寸如下圖所示： 圖3-13電機(jī)實物圖 4電氣控制 4.1系統(tǒng)論述 4.1.1 基本原理 主體電路：即直流電機(jī)PWM控制模塊。這部分電路主要由80C51單片機(jī)的I/O端口、定時計數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等控制直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，還可以方便的讀出電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小和了解電機(jī)的轉(zhuǎn)向，能夠很方便的實現(xiàn)電機(jī)的智能控制。同時，還包括直流電機(jī)的直接清零、啟動（置數(shù)）、暫停、連續(xù)等功能。其間是通過80C51單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號并輸入到L298驅(qū)動芯片來控制直流電機(jī)工作的。因此該直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設(shè)計控制部分：主要由80C51單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。顯示設(shè)計部分：包括液晶顯示部分和LED數(shù)碼顯示部分。液晶顯示部分由1602LCD液晶顯示模塊組成。直流電機(jī)PWM控制實現(xiàn)部分：主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動模塊組成。設(shè)計輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨立式鍵盤來實現(xiàn)。 4.1.2 總體設(shè)計框圖 系統(tǒng)組成：直流電機(jī)PWM調(diào)速方案如圖4-1所示： 方案說明：直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89C2051單片機(jī)為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動模塊組成。采用帶中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，定時不斷給直流電機(jī)驅(qū)動芯片發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動電路完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)控制；同時單片機(jī)不停的將從鍵盤讀取的數(shù)據(jù)送到LCD顯示模塊去顯示，從中不僅能讀取其速度，而且能知道其轉(zhuǎn)向及一些提示。 圖 4-1 直流電機(jī)PWM調(diào)速方案 4.2直流電機(jī)單元電路設(shè)計與分析 4.2.1 直流電機(jī)驅(qū)動模塊 主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動模塊（內(nèi)含CMOSS管、三太門等）組成?，F(xiàn)在介紹下直流電機(jī)的運行原理 (1)直流電機(jī)類型 直流電機(jī)可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進(jìn)行分類，其中根據(jù)直流電機(jī)的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電機(jī)（將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能）、直流電動機(jī)（將直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）、直流測速發(fā)電機(jī)（將機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為電信號）、直流伺服電動機(jī)（將控制信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號）。下面以直流電動機(jī)作為研究對象 。 (2) 直流電機(jī)結(jié)構(gòu) 直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分共同組成。在定子上裝有固定磁極（電磁式直流電機(jī)磁極由繞在定子上的磁繞提供），其轉(zhuǎn)子由硅鋼片重疊壓制而成，兒轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，電樞繞組通過換向器和電刷引出,直流電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。 (3) 直流電機(jī)工作原理 直流電機(jī)電路模型如圖4-2所示，磁極N、S間裝著一個可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個線圈abcd。當(dāng)線圈中流過電流時，線圈會受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過線圈中電流改變方向時，線圈的受力方向也將會改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向 。 圖4-2直流電動機(jī)電路模型 (4) 直流電機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 直流電機(jī)的主要額定值有： 額定功率 ：在額定電流和電壓下，電機(jī)的負(fù)載能力。 額定電壓 ：長期運行的最高電壓。 額定電流 ：長期運行的最大電流。 額定轉(zhuǎn)速n：單位時間內(nèi)的電機(jī)轉(zhuǎn)動快慢。以r/min為單位。 勵磁電流 ：施加到電極線圈上的電流。 (5) 直流電機(jī)PWM調(diào)速原理 1）直流電機(jī)轉(zhuǎn)速 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型可用圖4-3表示，由圖可見電機(jī)的電樞電動勢的 正方向與電樞電流的 方向相反， 為反電動勢；電磁轉(zhuǎn)矩T的正方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同，是拖動轉(zhuǎn)矩；軸上的機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩 及空載轉(zhuǎn)矩 均與n相反，是制動轉(zhuǎn)矩。 圖4-3直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)基爾霍夫第二定律，得到電樞電壓電動勢平衡方程式4-1： （4-1） 式4-1中， 為電樞回路電阻，電樞回路串聯(lián)繞阻與電刷接觸電阻的總和； 是外接在電樞回路中的調(diào)節(jié)電阻。 由此可得到直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為： （4-2） 式4-2中， 為電動勢常數(shù)，Φ是磁通量。 由4-1式和4-2式得 （4-3） 由式4-3中可以看出，對于一個已經(jīng)制造好的電機(jī)，當(dāng)勵磁電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定不變時，它的轉(zhuǎn)速電樞兩端的電壓 所決定，也就是說電樞電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越快，當(dāng)電樞電壓降低到0V時，電機(jī)就停止了轉(zhuǎn)動；而改變電樞電壓的極性，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 2）PWM電機(jī)調(diào)速原理 對于直流電機(jī)來說，如果加在電樞兩端的電壓為4-5所示的脈動電流壓（要求脈動電壓的周期遠(yuǎn)小于電機(jī)的慣性常數(shù)），可以看出，在T不變的情況下，改變 和 寬度，得到的電壓將發(fā)生變化，下面對這一變化進(jìn)一步推導(dǎo)。 圖4-4施加在電樞兩端的脈動電壓 設(shè)電動機(jī)接全電壓U時，其轉(zhuǎn)速最大為 。若施加到電樞兩端的脈動電壓占空比為 ，則電樞的平均電壓為： =U·D （4-4） 由式4-3得到： ； （4-5） 在假設(shè)電樞內(nèi)阻轉(zhuǎn)小的情況下式中K= U/ CeΦ，是常數(shù)。 圖4-5為施加不同占空比時實測的數(shù)據(jù)繪制所得占空比與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖。 圖4-5占空比與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系 由圖看出實際上轉(zhuǎn)速與占空比D并不是完全的線性關(guān)系（圖中實線），原因是電樞本身也有電阻，但是一般直流電機(jī)的內(nèi)阻都比較小，可以近視為線性關(guān)系。 由此可見，改變施加在直流電機(jī)電樞兩端電壓就能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這就是直流電機(jī)PWM調(diào)速原理。 (6) 電機(jī)驅(qū)動模塊的電路設(shè)計 根據(jù)直流電機(jī)的工作原理，從PROTEUS選取元器件如下，放置元器件、放置電源和地連線，我們參照此設(shè)計的直流電機(jī)驅(qū)動模塊電路 ● 2SK1058 : CMOSS管 ● 74L26 : 三太門 ● 1N4006 : 二極管 ● VSCOURCE : 電源 ● MOTOR-ENCODER : 直流電機(jī) ● RES : 電阻 ● AT89C51 : 單片機(jī) (在此并未顯示) 然而考慮市場的行情，因為已有專門地為電機(jī)驅(qū)動而設(shè)計的電子芯片，因此就沒必要再重新來設(shè)計；選用L298芯片來構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)基本上跟上圖一樣，由L298芯片組裝的驅(qū)動模塊。所用元器件如下所示： ● 1N4006 ： 二極管； ● AT89C51 ： 單片機(jī)； ● RES ： 電阻； ● MOTOR-ENCODER ： 直流電機(jī)； ● L298 ： 電機(jī)驅(qū)動芯片； ● RESPACK-8 ：排阻； (7)程序設(shè)計流程圖 圖4-6定時中斷服務(wù)流程圖 4.2.2直流電機(jī)的中斷鍵盤控制模塊 (1)外部中斷設(shè)置 1） 外部中斷允許設(shè)置 中斷控制寄存器IE的EX0對應(yīng)INT0，EX1對應(yīng)INT1，EA為中斷的總開關(guān)，若要開放外部中斷，只要將IE對應(yīng)的位和總開關(guān)EA置1即可。 如：開放外部中斷0的設(shè)置： SETB EX0； SETB EA； 開放外部中斷0和1的設(shè)置： SETB EX0； SETB EX1； SETB EA； 2） 外部中斷觸發(fā)方式設(shè)置 單片機(jī)外部中斷有兩種觸發(fā)方式，一種是電平觸發(fā)方式，另一種是脈沖觸發(fā)方式，單片機(jī)外部中斷觸發(fā)方式與TCON的IT位有關(guān)。 表4-1TCON的IT位 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 電平觸發(fā)設(shè)置方法：CLR ITX，為低電平觸發(fā)方式。 脈沖觸發(fā)設(shè)置方法：SETB ITX＝1，為脈沖下降沿觸發(fā)方式。 在使用外部中斷時，如果不進(jìn)行設(shè)置，則為電平觸發(fā)方式。 3） 外部優(yōu)先級設(shè)置 外部中斷IN0、INT1的中斷優(yōu)先級的設(shè)置是通過設(shè)置IP寄存器實現(xiàn)的，IP的PX0對應(yīng)INT0，PX1對應(yīng)INT1。PX置1為高級中斷，PX為0為低級中斷。 表4-2IP寄存器 × × × PS PT1 PX1 PT0 PX0 (2) 外部中斷擴(kuò)展方法 在圖4-10為外部中斷擴(kuò)展方法，設(shè)X1、X2、X3、X4、X5為外部警情信號，X1代表是加速信號，X1=0表示加速；X2代表減速信號，X2=0表示減速；X3代表正轉(zhuǎn)信號，X3=0表示正轉(zhuǎn)；X4代表反轉(zhuǎn)信號，X4=0表示反轉(zhuǎn)；X5代表停止信號，X5=0表示停止處理。 當(dāng)系統(tǒng)檢測到有中斷請求時，響應(yīng)如下中斷服務(wù)流程圖4-7。 圖4-7 中斷服務(wù)流程 4.2.3 1602LCD液晶顯示模塊 (1) 引腳分布和接口信號說明 1)引腳分布 1602液晶顯示共有16個引腳。 2)引腳功能 1602引腳功能如表4-3所示 表4-3 1602引腳功能 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS VSS為地電源 9 D2 Data I/O 2 VDD VDD接5V正電源 10 D3 Data I/O 3 VEE 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O 4 RS 0輸入指令，1輸入數(shù)據(jù) 12 D5 Data I/O 5 R/W 0寫入指令或數(shù)據(jù)，1讀信息 13 D6 Data I/O 6 E 1讀取信息，1→0執(zhí)行指令 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極 (2) LCD液晶電路 (3) 顯示程序流程圖如4-8所示 圖4-8程序流程圖 4.3直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 4.3.1 總電路圖 圖4-9總電路 4.3.2 總電路功能介紹 直流電機(jī)PWM調(diào)制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能。操作開關(guān)通過中斷控制直流電機(jī)的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能，并通過LCD液晶顯示。振蕩、時鐘電路和復(fù)位電路由80C51單片機(jī)內(nèi)部給出。直流電機(jī)轉(zhuǎn)動速度由LCD液晶顯示。操作開關(guān)狀態(tài)可由液晶顯示器顯示。 4.3.3 直流電機(jī)控制程序 ORG 0000H SJMP DISPLAY ORG 0003H LJMP BUTTON ；外部0中斷入口地址 ORG 000BH； LJMP DINGSHI ；定時中斷T0入口地址 RS EQU P3.0 RW EQU P3.1 E EQU P3.4 ORG 0030H ；此次直流電機(jī)的設(shè)計以LCD字符夜晶的顯示程序為主程序 DISPLAY：SETB EA ； 打開中斷總開關(guān) SETB EX0 ；打開外部中斷0開關(guān) SETB IT0 ；打開外部中斷0下降沿觸發(fā) MOV TMOD,#01H ；設(shè)置定時工作方式 MOV TL0,#0FFH ；設(shè)置定時初值 MOV TH0, #0FFH SETB ET0 ；打開定時中斷T0開關(guān) CLR P0.5 CLR P0.6 CLR P0.7 SETB TR0 ；定時器T0開始定時 MOV DPTR,#TAB ；夜晶顯示的字符首地址 MOV R0,#00H ；脈寬的初值 MOV R1,#16 ；"SET SPEED PLEASE"的字符個數(shù) MOV R3, #00H MOV R4, #00H LP9：LCALL CHUSHI LP2：ACALL BUSY MOV A, #00H MOVC A,@A+DPTR MOV P1, A ACALL DATAS INC DPTR DJNZ R1, LP2 LP3： CJNE R3,#00H,LP4 CJNE R4,#00H,LP4 SJMP LP3 LP4： MOV R7,#00H ；中斷的標(biāo)志 MOV R5,#09H ；CURRENT : 的字符個數(shù) ACALL BUSY MOV P1, #0C0H ACALL ENABLE MOV DPTR, #MMTAB ACALL BUSY LP5：MOV A, #00H MOVC A,@A+DPTR MOV P1, A INC DPTR ACALL DATAS ACALL BUSY DJNZ R5, LP5 MOV DPTR, #STAB MOV A, R2 MOV P1, A ACALL DATAS ACALL BUSY MOV A,R3 ；顯示速度的十位 MOVC A,@A+DPTR MOV P1, A ACALL DATAS ACALL BUSY MOV A,R4 ；顯示速度的個位 MOVC A,@A+DPTR MOV P1, A ACALL DATAS ；使夜晶始終顯示當(dāng)前電機(jī)的速度 LP8：CJNE R7,#00H,LP7 ；速度不變時等待 LJMP LP8 ；速度變時重新讀入速度 LP7： SJMP LP4 CHUSHI：ACALL BUSY ；使夜晶顯示的一些初始設(shè)置 MOV P1,#00000001B ；清屏并光標(biāo)復(fù)位 ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#00111000B ；設(shè)置顯示模式:8位2行5x7點陣 ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#00001111B ；顯示器開、光標(biāo)開、光標(biāo)允許閃爍 ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#00000110B