成角位移，然后与直流电机的预期位置进行比较，利用其差值的正负和大小来补偿直流电机的正反转的位置。当差值的绝对值小于直流电机位置容许误差时，停止转动。这样就实现了直流电机位置的闭环控制。以单片机为核心的机器人控制系统的研制机器人控制核心的研制作为控制核心需进行扩展，本机器人自由度有个，需四个步进电机和两个直流电机，而控制脉冲有输出，这样原由的口不够用，需进行扩展，我们采用扩展芯片。器件的选择选择扩展口芯片地址锁存器晶振使用片外震荡电路，频率，电容.微法复位电路采用上电自动复位二接线方式参照电路原理图键盘和显示部分的研制个完整的控制系统必须包括输入输出部分，本系统采用键盘做输入，为显示部件。键盘的工作原理键盘是种行列矩阵结构，如下图图键盘工作原理图键盘采用线反转法具体步骤将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并是输出线输出全为零，则行线中电平由高到低所在的行为按键所在行。同第步相反，将行线编程为输出线，并使输出线输出全为零，则列线中电平有高到低的所在列为按键所在列。综合这两步的结果，可确定按键所在的行和列，从而识别所按的键。二液晶显示结构和显示原理系统选用点阵字符型液晶显示模块，其基本的特点液晶显示屏是以若干个或点阵快组成的显示字符集。每个点阵块为个字符位，字符间距和行距为个点的宽度。主控驱动电路为及其其他公司全兼容电路，如，具有字符发生器可显示种字符个点阵字符和个点阵字符具有个字节的字定义字符，可自定义个点阵字符和个点阵字符。具有个字节的模块结构紧凑轻巧装配容易。单电源供电低功耗长寿命高可靠性其结构特性及时序引脚功能信号真值表显示模块的指令集清屏运行时间.功能清和值归位运行时间.功能，光标画面回位。输入方式设置运行时间功能设置光标画面移动方式其中数据读写操作后，自动增数据读写操作后，自动减数据读写操作，画面平移数据读写操作，画面不动显示开关控制运行时间功能设置显示光标及闪烁开关其中表示显示开关为开，为关表示光标开关为开，为关表示闪烁开关为开，为关光标画面位移运行时间功能光标画面移动，不影响其中画面平移个字符位光标平移个字符位右移左移功能设置运行时间功能工作方式设置其中，位数据接口为数据接口两行显示行显示，点阵字符，点阵字符地址设置运行时间功能设置地址。。地址设置运行时间功能设置地址。行显示两行显示，首行，次行读及值功能读忙值和地址计数器值其中忙准备好。此时值意义为最近次地址设置定义写数据运行时间功能根据最近设置的地址性质，数据写入到或内。读数据运行时间功能根据最近设置的地址性质，从或内数据读出。开合，而腕部旋转采用直流电机，利用光电码盘做反馈元件，实现闭环控制手部回转采用直流电机。控制系统类型的确定机器人演示系统是为学生开设实验的，应能开设尽可能多的演示实验，还容许学生以中方式，输入机械手的位置，控制机器人完成设想的动作，因此在控制策略上，采用计算机编程控制。我们采用单片机分时控制方式，用个单片机控制机器人的个自由度的运动，虽然控制精度要求不高，运动速度较慢，但可以实现机器人基本运动的要求，能满足为学生开设实验的要求。步进电机控制方式的确定在控制精度要求较高的情况下，步进电机也可采用闭环控制，但由于步进电机有步距，难以实现精确的闭环控制。而步进电机在控制精度不太高的情况下，完全可以采用开环控制，本系统电机控制的速度位置等要求精度不高，为降低成本，采用开环控制方式。直流电机控制方式的确定直流电机的控制方式很多如数字控制，软件控制等，前者硬件结构复杂成本高，后者硬件结构简单，成本低，控制灵活，改变软件程序，就可以使电机实现多种运动，所以我们采用软件伺服方式。增量式光电编码盘，可以实现直接输出数字脉冲信号，在软件伺服系统中，适合做反馈元件。本系统采用增量式光电码盘做直流电机的反馈元件。键盘及显示方式的确定为完成教学演示实验，使学生能够输入机器人的运动位置参数，控制机器人实现期望的功能，能显示机器人的运动及位置状态，所以控制系统需要键盘和显示器，为降低成本和设计简单，采用普通按键做键盘，采用作为显示器。.演示系统的组成本系统主要由机器人本体部分控制驱动部分实验台组成。如图图机器人控制框图其中各部分驱动电机的性能参数臂部旋转机械传动机构为蜗轮蜗杆，传动比为，选用电机性能参数相数分配方式向拍步距角。度相电流安电压最大静转距.臂部伸缩其结构采用丝杠螺母结构，选用电机其性能参数相数分配方式向拍步距角。度相电流安电压最大静转距.腕部升降其传动副采用丝杠螺母传动电机选用参数相数分配方式向拍步距角。度相电流安电压最大静转距.腕部旋转此部分需电机长工作在堵转状态，选用直流力矩电机参数连续堵转电压连续堵转电流。安连续堵转转距.峰值电压峰值堵转电流.安空载转速部回转同上手爪传动机构采用丝杠螺母结构，选用电机性能参数相数分配方式向拍步距角。度相电流。安电压最大静转距驱动电路的研制恒流源型步进电机驱动电路的研制.驱动电路的选择步进电机驱动电路，有的结构简单但性能较差，如基本型，有的性能好，但结构复杂造价高，且难以调试，如晶闸管型斩波型等。教学机器人控制精度要求不高，工作频率在几百赫兹左右，工作电流在，不联系工作。为简化电路，降低成本，我们选定单电压恒流源功放电路，用晶体管及相关电路构成的恒流源代替基本型中的，组成恒流源型步进电机驱动电路。这种电路不太复杂，安装调试简单，改变电阻，增减串联二极管个数，可以很方便的改变工作电流，以适用不同步进电机。这种电路的缺点是高频特性差，但工作要求不高，所以可以使用。恒流源型功率放大电路原理图图恒流源型功率放大电路原理图.电路元件和参数的确定与续流二极管串联的电阻的对电流的波形的下降沿影响很大，小则电机绕组的电流泄放时间长，电流波形下降沿边差，增大能改善下降沿，但开关管承受的反电压回增大，容易将开关管击穿，因此也不应过大，般取，我们取，功率，泄放二极管为，前置放大管采用，耐反电压，最大电流，耗散功率，相配电阻为，为。开关管采用则.变速箱的转动惯量手部机构的转动惯量.由此可知，摩擦力距，先估算两轴承部位所受的压力。图则根据力的平衡，所以，.再考虑其他因素影响，附加定系数，可令，又由轴承部位尺寸，所以，偏重力矩，根据结构设计知，其余部分重心在回转轴线上，因此不产生偏重力矩，只有手爪部分产生偏重力矩，所以，密封处的摩擦阻力距本系统是电机驱动，对密封没有严格要求，这部分阻力距可以咯去不计。综上所述，考虑定的安全系数。有据此数据，可选用型直流力矩电机。二腕部升降的设计计算首先，校核螺旋副的自锁性。根据结构设计，公称尺寸,梯形螺纹牙型角,螺距,中径螺旋副为钢青铜，取摩擦系数.所以，当量摩擦角.摩擦角.，满足自锁条件。下面来计算腕部升降所需的驱动力图腕部结构受力分析上图给出了整个腕部的受力情况。随着腕部的移动,由腕部结构的重量，手指和工件的重量将在两点形成压力，从而形成摩擦力和,而电机提供的力矩应能克服腕部所有结构的重量。由力矩平衡得估算所以,所以加在螺母上的全部轴向力考虑启动时的惯性力震动和机构效率的影响，其实际的驱动力其中安全系数，取工作情况系数，取机构的加速度η机械效率取η.所以驱动力矩为根据这数据，查阅资料，选用型步进电机可满足要求。.臂部及机身底座的设计计算概述机身表示直接连接支承，传动手臂和行走机构的部件，般情况下实现臂部的升降，回转或俯仰等运动的驱动装置或传动部件都安装在机身上。臂都的运动越多，机身的结构和受力情况越复杂。机身既可以是固定式，也可以是行走式的，即在它的下部装有能行走的机构，可沿地面过架空轨道运动。手臂部件简称臂部和手臂是机器人的组要执行部件，它的作用是支承腕部关节和手部包括工件和工具，并带动它们在空间运动，臂部还安装些传动驱动机构，从臂部的受力情况来看，它在工作中直接承受腕，手和工件的静动载荷，自身运动又较多，所以受力情况复杂。我们采用机座式机身,臂部安装在机座立柱的顶端,在臂部只实现伸缩运动,而臂部的回转由机座上安装的电机驱动减速机构进步驱动立柱带动臂部回转,由于臂部质量大,而且手及腕部君安在臂部,驱动臂部回转的功率较大这样的配置可以使结构大的部分装在机座内,可以避免头重脚清的影响,同时应尽量的是臂部的结构重心靠近立柱,臂部和立柱连接是快速可换的,以实现总体设计的思想条块清晰结构简单.臂部的主体结构设计成板状连接的,这样可以减轻臂部的质量,可以提高刚度,加工时方便实现,驱动方式采用步进电机驱动丝杠螺母机构,为降低成本,没有采用滚珠丝杠,只采用滑动丝杠.臂部回转的速度和加速度都不应过大,所以减速环节就要有较大的传动比,这里采用蜗轮蜗杆级减速,没有采用多级齿轮减速其级减速齿轮太大,其基本参数如下传动比中心距蜗杆头数,蜗轮齿数齿形角模数蜗轮变位系数蜗杆轴向齿距各部位传动机构的确定我们从底座开始，分别的考虑。首先是臂部的回转，因为臂部的回转带动的部件多惯性大，所以转速不能太高，考虑到用步进电机，要用减速机构，如选用齿轮传动，体积较大，不适合教学的要求，综合考虑采用蜗轮蜗杆传动比较合理，首先能实现较大的传动比其次体积小，便于安装，其也有传动效率底的缺点，工作过程中有相当部分的能量要转化成热，在工业生产中要装有散热的装置，由于本系统是为教学演示的，不需要长时间的工作，所以温升不大，不必安装散热装置。臂部伸缩采用步进电机驱动丝杠螺母传动机构产生直线运动，由螺母带动臂部和腕部机构伸缩是，采用普通丝杠传动主要考虑到价格腕部升降也采用丝杠传动，用步进电机驱动。腕部回转要求重量轻机构紧凑，故采用直流电机直接驱动，但要求转速低，故采用长时间工作在堵转状态下的直流力矩伺服电机，位置检测采用光电码盘。手部回转也采用同样的电机驱动，其中各个部分实现连接简单，方便拆卸。外形尺寸和运动范围的确定考虑到本系统的小型化的要求，可将外形尺寸及各部分的运动范围确定如下外形尺寸范围内臂部回转臂部伸缩腕部升降腕部回转手爪回转手指开合抓重.运动速度控制精度的确定因为本系统是教学演示用的，为节约资金，对速度和精度要求较低。控制系统的确定本系统采用单片机控制，臂部伸缩回转腕部升降手爪开合采用步进电机开环控制腕部回转和手爪回转采用直流电机闭环控制，其中步进电机采用单电压恒流源驱动由单片机直接发出控制脉冲信号。腕部的闭环控制采用直流力矩电机加装光电码盘实现，显示部分采用液晶显示模块。第章结构设计及计算本章将详细设计机器人系统的具体零部件，完成装配图和全部零部件图的设计工作，也将完成些标准器件如电机的选型工作。我们将按结构分块，分步进行设计，阅读本章是请参考总装图及零部件。.手部夹持器的结构设计.手部夹持器的结构设计概述机器人的手部是最重要的部件。从其功能和形态上看，分为工业机器人的手部和类人机器人的手部。目前前者应用较多，也较成熟，后者正在发展中。工业机器人的手部夹持器亦称抓取机构是用来握持工作或工具的部件，由于被握持工件的形状，尺寸，重量，材料及表面状态的不同，其手部结构也是多种多样的，大