【某床椅一體化機器人的自動行走功能及控制系統分析案例2800字】

某床椅一體化機器人的自動行走功能及控制系統分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15647某床椅一體化機器人的自動行走功能及控制系統分析案例 132101.1床椅一體化機器人電機的選擇 1130911.2行星齒輪軸設計計算 254351.3自動行走機構的控制 5286721.1.1單片機的簡介 552411.1.2單片機的選型 684211.4控制系統方案 61.1床椅一體化機器人電機的選擇較早以前的人們選擇電動機的過程比較隨意，不夠嚴謹，往往只考慮電動機功率是否足夠，電動機的用電是否方便，在滿足這兩個要求的前提下找最便宜的電動機來使用。這種選型的辦法純粹依賴于個人經驗，如果放在幾十年前還勉強能用，但是在當下電動機種類繁多，對于機械要求越來越嚴謹的背景下，肯定不能再使用這套辦法[11]。而是從應用設備本身需求、電動機供電類型、啟動方式、電動機本身的各項指標等多個方面去全面的考慮，最終才能確定所需要的電機類型[12]。這里說的電機本身的各項指標，絕不是簡簡單單指的電機功率，而是包括功率在內的絕緣性、耐熱性、使用壽命、過載能力等等各方面的參數。一般情況下選擇一臺電動機需要按照下列的流程：首先要考慮的是設備的使用需求，也就是使用電動機作為該機器的動力是否最合適，這也是選擇電機最先要考慮的問題[13]。比如在野外作業且無法用電的農用機械，顯而易見對于這樣的機器使用內燃機顯然比使用電機更為合適。如果這一最基本的要求都不能滿足的前提下，再去確定電機的功率，再去做其他的工作顯然是畫蛇添足的。如果滿足了第一條，那么才能進行后續供電類型啟動方式的考慮。確定好供電和啟動方式以后再來考慮電機本身的各項指標，走到這一步，就已經把相當一部分的電機種類給排除了，大致的電機類型也基本能框定，選擇范圍就小很多了。在電機參數這一方面，往往人們只注重電機的功率，單額定功率并不代表電機的全部性能，即使功力能滿足要求，也要考慮到電機的絕緣性能、耐熱性能和使用的壽命。因為有的電機它的工作場合要求具有高的絕緣性，而有的電機在比較密封的環境下長時間工作發熱量大，所以必須要具有強的耐熱性，而有的設備具有不可維修性，所以就要求電機使用壽命必須要足夠長[14]。所以科學嚴謹的選用電機，不能夠單單只看電機功率大小，而是要全方位的去評估。經過上述的分析，同時結合床椅一體化進行實際工作要求，決定采用小型直流電機，為了盡可能的方便，床椅一體化機器人的制造同時節約制造成本，選用了電動輪椅上使用的直流電機。電機型號是(參數如下表所示），它的額定功率為144瓦，額定轉速120轉每分。另外為了盡可能的讓電動機輸出大的轉速，還為電機配備了減速器。經過分析所以決定選用行星輪減速器。行星輪減速器要深究起來其本質上仍然屬于齒輪減速器的一種，但人們之所以習慣把它單獨拎出來說，是因為它跟大部分的齒輪減速器都不一樣，比較另類所以習慣把它單獨作為一類。普通的齒輪減速器，它不管你是二級三級還是多少級，它各個傳動軸的軸線都分布在同一平面上，且軸線之間不是垂直的關系就是平行的關系。而行星輪減速它就不是這樣，它的各傳動軸線的排列與宇宙中行星的運行類似，中心齒輪好比是太陽，而一周的行星齒輪就好比是各大行星圍繞著太陽旋轉，正因為這樣得名行星輪減速。它的特點與蝸輪蝸桿類似也是單級傳動比大，而且體積能做的比較小。那么有人要問了，既然它的特點與蝸輪蝸桿類似，為什么還要有行星輪減速，直接用蝸輪蝸桿減速不就行了[15]。凡事存在必有它的道理，同樣的行星輪減速器，他也有蝸輪蝸桿減速器所不能企及的地方，行星輪減速器的箱體不像蝸輪蝸桿減速器是較規則的方形箱體，它的箱體是套筒裝，且與輸入輸出軸在同一軸線上，根據減速器的級數不同，單級的它的箱體是單一的圓柱裝，多級的箱體是臺階軸狀。正因為行星輪減速器有著如此特殊的箱體結構，它才能夠用在風力發電機、家用洗衣機等特殊的場合[16]。而作為床椅一體化機器人來說，使用行星輪對電動機輸出的轉速進行減速也是非常合適的，因為床椅一體化機器人他要求減速器結構要小巧同時傳動比要大。減速傳動比為10:1，這樣可以進一步增強床椅一體化機器人的動力。1.2行星齒輪軸設計計算本設計的行星輪軸采用45鋼鍛造毛坯，并進行調制處理。下圖1.1展示了軸的受力狀況，由齒輪箱體的受力平衡得出：N3-N4=500N28N4=35×500得中心齒輪對軸的作用力為得圖4-1軸受力分析作出彎矩轉矩圖，可以得出危險點D處E處該軸材料選用45鋼調制，其中。取相應取整得C和E處軸承校核中等沖擊，取則PC=?P×Fr3=1.4×1×1125=1620NPE=?P×Fr4=1.4×1×625=875N軸承所需壽命：轉速n=15i=15×22/50=6.6r/min軸承所需基本額定動載荷C處E處選用軸承，其，，，，符合設計要求。中心齒輪鍵連接設計是輪轂長度，大小為，選用圓頭平鍵,,強度符合設計要求。1.3自動行走機構的控制床椅一體化機器人他的行走機構實際上就相當于是電動輪椅的控制系統，電動輪椅一般采用單片機與plc兩種方式，這兩者都可以對電動輪椅進行控制，不過后者成本比較高，所以我們選用單片機控制[16]。1.1.1單片機的簡介單片機在工業領域和機電產業應用非常廣泛，單片機的質量很輕、價格也便宜，為控制領域的深入研發和控制系統發展做出了非常大的貢獻。在人們的生活中，小到像一些電子產品，例如電子手表、玩具、家電等等，大到工業生產線等，這些領域都有單片機的應用。最開始人們研發出來的是4位單片機，單片機有了初步的發展，隨著科技的發展，人們也逐步研發出了8位、16位以及32位單片機這些高速單片機。不過單片機并不是位數越高越好，最合適的才是最好的，所以目前來講8位的還是應用最多的[17]。一直到現在我們對單片機的性能還在進行深入的研究。單片機最早是外國人發明的，在上個世紀七十年代，對于單片機的研究才剛剛起步，由于當時的技術還稍顯稚嫩，人們所制造出的單片機，它的整體構造和控制性能遠遠達不到要求。不過到了九十年代，技術的日益成熟，人們對單片機的研究有了新的開展，研究出了性能高、質量輕的單片機，這種單片機一問世，便得到人們廣泛的應用，尤其是在工業發展領域，當時的電子信息技術也在發展，更是有效的將電子信息技術和單片機技術融合了起來，大大的推動了單片機技術的發展，在電子產品、工業制造等都能看見單片機的身影[18]。而國內對于單片機的研究起步很晚，改革開放前，在國內科技領域對于單片機這個新概念沒有一絲的了解，一直到改革開放之后，我國的單片機技術才發展起來，慢慢地被運用到電子產片和工業生產上?，F如今，單片機在智能電子自動化領域不斷被開發和應用，這也說明單片機是不可或缺的[19]。不過中國單片機技術還有很大的提升空間，相信在未來我國包括單片機在內的自動控制技術一定能與國外相比肩。1.1.2單片機的選型根據床椅一體化裝置的工作要求，同時結合行走機構實際工作的需求，選擇AT89S51單片機[20]。圖4-2AT89C51單片機引腳圖1.4控制系統方案控制系