毕业论文-全自动送料小车设计（送全套CAD图纸 资料打包）

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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 Microprocessor徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )I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 .18徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )II2.8.1 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 1 .35英文翻译 .35中文翻译 .42买文档送全套图纸 扣扣 414951605徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )III徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )11 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 。1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，机械徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )2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。徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )32 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： m150全自动送料小车的载重： kg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： hk/152.2 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。徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )4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）62bhW车体厚度：式（2.2）mbMh 32185.906max 式中 表示 Q235 的屈服极限；max表示车体收受到的最大弯矩；M表示小车宽度。b2.4 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）min/1450.310rdvn式中 表示小车后轮直径。d2.4.2 电机的转速 选择蜗轮-蜗杆的减速比 i=10徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )5式（2.4）min/140rin电2.4.3 全自动送料小车的受力分析 OGPFBFCFAFD图 2-3 车轮受力简图小车车架自重为 P N 式32.6708.901.5.108.23abhg（2.5）小车的载荷为 G N 式4.9m（2.6）式中 表示小车长度；a表示货物的质量；m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 ，ABFCD， 式（2.7）0zF20PG， 式（2.8）xM9.)(45.0解得 式（2.9）NDCBA58132两驱动后轮的受力情况如图 2-4 所示：图 2-4 后轮受力图OFSN徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )6滚动摩阻力偶矩 的大小介于零与最大值之间，即fM式（2.10max0fM）M 式NdFN63.958.132.max （2.11）其中 滚动摩阻系数，查表 5-2 ，=4060，取 =50mm 2牵引力 F 为： 式（2.12）dF52.78.06392max2.4.4 求换算到电机轴上的负荷力矩式108.92)(iDWFTL（2.13）mN1.83108.9257.35.2取 =0.7, =1392.58 , =0.15W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。i2.4.5 求换算到电机轴上的负荷惯性式（2.14）21234LZJJ220.490.76.013.064618kgm式中 表示车轮的转动惯量；1J表示蜗杆的转动惯量；2表示蜗轮的转动惯量；3表示涡轮轴的转动惯量。4J2.4.6 电机的选定徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )7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 1KW 1290 2gcm320 20m200 70%2.4.7 电机的验算 2ax361.89LJgc式（2.15）m0.25LMJ即 36189.0.2851式中 表示电机转子惯量。MJ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 。maxn maxT式（2.16）max223.140165.89.91076nTJ Nt加速时间 式（2.17）msTM4式中 表示机械时间常数为 19 .Ms2.5 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。徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )8电 机 轴蜗 杆 轴图 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 4式（2.18）8mKTDZ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；mZ表示销的个数。销钉材料选用 45 钢。查表 5-2 知：5表 2-2 45 钢力学性能牌号 试样毛坯尺寸 硬度 HBS bs5KA45 20217225 637 MPa353 17% 35% 0.39 2/mMJ销钉的许用切应力为；式（2.190.780.75634.7BPa）过载限制系数 k 值由表 14-4 查 得 k=1.6 4式md32.75.410.3（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，采徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )9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mNinPnT 45.61037.105.9/105.9105.9 66262 （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）NTat 41508324121 式（2.23）dt 29.76.62式（2.24）tr 0tan9.57an21 2.6.4 初选当量摩擦系数 设 =2m/s5m/s，查表 13-6 取大值 sv4 3.s72.1v选 值 在图 13.11 的 i=10 线上选取：ad/1 4=0.40， （z =2） ， ad/12317.012.6.5 中心距计算蜗轮转距 式（2.25）161205.9inPiT=9.55 7.04=46103.45 mN徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )10使用系数 按题意查表 12.9 K4 1.A转速系数 Z =（ Z =0.7812)(n81)05n弹性系数 根据蜗轮材料查表 13.2 Z4 MPaE52寿命系数 = Z =1.0965hhL61h接触系数 由图 13.12 查出 =2.74 接触疲劳极限 查表 13.2 =265MPa limH接触疲劳最小安全系数 自定 3.1S中心距 3lim2)(HhnEAZSTKa= =78.56)26509.173(45.6103.3 取 a102.6.6 传动基本尺寸蜗杆头数 =2.07 式(2.26)10/)4.27(/)4.27(1 uz取 =2。1z蜗轮齿数 =20 式(2.27)02iz模数 =8 式(2.28)20/1)7.4(/)7.4(2amm蜗杆分度圆直径 = a=0.40 =40 式(2.29)1d蜗轮分度圆直径 式(2.30)z682蜗杆导程角 式(2.31)./tan1=21.8 蜗轮宽度 式(2.32)01845.0(2)5.0(21 mdb=48蜗杆圆周速度 式(2.33)6/(.36/11 nvs/相对滑动速度 式(2.34)8.21co0.cos/1s sm/.3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）4， 0.v20.1v徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )112.6.7 齿面接触疲劳强度验算许用接触应力 = =0.7 =156MPa 式(2.35)HlimHhESZ3.126509.最大接触应力 = =152 =92.4MPa 式(2.36)32aTKA 34.7因为 mlV9(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d70, , 。mXI5.6mlXI5.mlI 5.2.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VId5bh=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。McFF1 F2M图 2-8 前轮轴的载荷分析图式NF29.658.139221 （2.44）式mL0421（2.45）式MC 16.79.6徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )14（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，。mNMC16.724对截面 C 进行强度校核，由公式 式1caW（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 。 5 160MPa在 C 处的抗弯截面系数为：式3328.70md（2.48） .128.70641MPaca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2P2n2T取蜗轮-蜗杆传动的效率 =0.7,则式KWP7.012（2.49）min/142rn mNT45.632徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )152.7.2.2 作用在蜗轮上的力NFt29.5762NFa4152NFr75.2092.7.2.3 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。mdVII90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5h=6mm,因此，取 。I12(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md90， 。dI5.86LI7.(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mdVI75可靠地压紧轮辐，此轴段应略短于轮辐的宽度，故取 。mLVI12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,d 5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)NFFtNH1.289.576121 三个集中力作用的截面上的弯矩分别为： 式(2.51)LMD.4.1式(2.52)0HAB徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )16图 2-10 后轮轴受力图图 2-11 水平受力和弯矩图徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )17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NFaNV4152 （2.53）式mDMa 3062（2.54）， 式(2.55)0A )2(311212 LFLFNVar解得： 式MarNV（2.56） )1062(58.139240675.20961 徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )18N9.26， 式(2.57)0yF0221rNVFFrV（与假设方向相反）73.4099.658.在 段中，将截面左边外力向截面简化，得AD其中 式(2.58)111.XFMNVX 610X在 段中，同样将截面左边外力向截面简化，得B其中 式(2.59)arVX M2212)6( 247.0698. 345973402在 段中，同样将截面右边外力向截面简化，得C其中 式(2.60)333.12XFMX 1063XVCAmNVD5.8967.409左47.260470右B .135.132计算 A、B、C 、D 截面的总弯矩 M 如图 2-13 所示。AC式(2.61)mNMVDH 2.869405.7.942221左式(2.62)D 73012右 NB.63后轮轴上的转矩 mT22.7.2.5 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4式(2.63)MPaWTMDca 5.370218)4.6.(4.263)( 22 式中 表示折合系数为 0.6。为轴 D 处的抗弯截面系数： 333294.md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4160MPa因为 ，所以该轴满足强度要求。1c徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )192.8 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hLh120 min/1450.310rdvn，轴向力 。NFr9.6aF由上述条件试选轴承。试选 6214 型轴承，查表 16-2 5表 2-3 6214 轴承性能rCorClimnkN8.46kN.37（脂）/480r1） 按额定动载荷计算由公式 式(2.64)610hnLPC对深沟球轴承 =3 ，4式(2.65)rParFfYXf)(查表 13-6 全自动送料小车 4 .2P代入得 N548.39.6.1C60210458.3故 6214 型轴承能满足要求。按额定静载荷校合由公式 式4 0PS（2.66）查表 13-8 ，选取 =240式(2.67)NFYXPrar 29.60代入上式， 满足要求。SNC5813.9237500 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hLh12min/45rn NFr875.104在轴上的轴向载荷 。Fa9.576由上述条件试选轴承。选 2207 型轴承，查表 5-24 得 5表 2-4 2207 轴承性能COClimne徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )20kN8.16kN32.8（脂）min/850r38.0图 2-11 蜗杆轴的轴承受力图1） 按额定动载荷计算式(2.68)NYFSr85.30712.4121因为 式(2.69)169.58.30Sa 所以 ， 式(2.70)621a.2式(2.71)(rPFXf查表 15-12 ， 4.Pf， ， 式(2.72)38.079.58.1046eFra 0.41.7Y式(2.73)N6312)9571(2， ， 式(2.74).4.75.32era X0式FfYXFfPPar 85.04)(2 （2.75）由公式 154式610hnLC（2.76）对调心球轴承 34式(2.77)NnLPh 8396102453.21061061 式(2.78)Ch 485.106362均小于 满足要求。12、N82）按额定静载荷校核由公式 5104式0PSC（2.79）徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )21查表 13-14 ，取 401.8S式5.01279.501 YFra（2.80）式NYXParo 73.6289.8.4.01 （2.81）式5.0129.02 YFr（2.82）PrO87.4均小于 ，满足要求。012P、 NCO83203）极限转速校核由公式（15-11） 4式(2.83)lim21axnf， 由图 15-5 得 06.184.2C41f， 由图 15-6 得 79.51raF 5.02式(2.84)in/4281max rn，由图 15-5 得 23.480.67PC4f， 由图 15-6 得 2.9arF2式(2.85)min/850012max rn因为 小于 和 所以该轴承满足要求。nmax122.8.3 后轮上的轴承要求轴承的寿命 ，转速 ，轴承 A 的径向载荷hLh0in/14r式NFNVHr 14397.05.2822211 （2.86）轴承 B 的径向载荷 式r 6.22221（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Fa45A 进行校核。由上述给定条件试选轴承试选 6218 型轴承，查表 15-195表 2-5 6218 轴承性能CClimn徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )22kN8.73kN5.60（脂）min/380r1）按额定动载荷计算由公式 式4 610hnLPC（2.88）对深沟球轴承 ，34式)(arPYFXf（2.89）由 查表 15-19 ，068.541OaCF4 1,4.0e56.0X由 式.95.273.1Fra（2.90）查表 15-12 得 4.Pf代入得： 式N3.59)4173.0956.(21（2.91）式C780.23.596（2.92）故 6218 型轴承能满足要求。2）按额定静载荷校核由公式 4式(2.93)0PSC查表 15-14 ，选取 401S由 2.4raF查表 15-19 ， 时， 4eFra1,56.0OYX得 式NP4.973149.（2.94）代入上式， 满足要求。SNCOO.56052）极限转速校核式lim21axnf（2.95）由 查图 15-5 08.7359CP4 1f徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )23查图 15-6 95.273.140raF4 85.02f代入 式min/380.1max rn（2.96）满足要求。maxin/4r3 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徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )24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徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )25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。8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。徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )26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，最多可以徐 州 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文 )27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。70DINT：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。 INTA：读信号，低电平有效，通知8259A将