畢業(yè)設計完成版_二級倒立擺

1、同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 1 頁畢業(yè)設計（論文）課題名稱二級倒立擺學習形式夜大學習層次專科專 業(yè)機電一體化學 號學生姓名指導老師張劍日 期繼續(xù)教育學院網(wǎng)絡教育學院同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 2 頁目錄目錄第一章 緒論31.1 倒立擺系統(tǒng)的概述31.2 倒立擺系統(tǒng)的研究應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢31.21 國內(nèi)外倒立擺系統(tǒng)的研究和應用狀況31.2.2 倒立擺相關技術的發(fā)展趨勢81.3 平面二級倒立擺的組成91.3.1 支撐及運動平臺系統(tǒng)91.3.2 擺桿及反饋控制系統(tǒng)91.4 論文的意義及主要完成的工作9第二章 系統(tǒng)設計112.1 二級倒立擺工作原理112.2

2、總體設計方法122.2.1 二級倒立擺裝配圖設計的特點132.3 零件的選型162.3.1 伺服電機選擇162.3.2 LM 滾動導軌副選擇：182.3.4 聯(lián)軸器的選擇：192.3.5 編碼器的選擇202.3.6 滾動軸承的選擇：212.3.7 滾珠絲杠的選擇2324 計算和校核24結(jié)論30致謝31參考文獻32同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 3 頁第一章第一章 緒論緒論1.11.1 倒立擺系統(tǒng)的概述倒立擺系統(tǒng)的概述在控制理論發(fā)展的過程中，某一理論的正確性及實際應用中的可行性需要一個按其理論設計的控制器去控制一個典型對象來驗證。 倒立擺就是這樣一個被控制對象。倒立擺系統(tǒng)是一個多

3、變量、快速、非線性和自然不穩(wěn)定系統(tǒng)1。 在控制過程中能有效地反映控制中的許多關鍵問題， 如非線性問題、 系統(tǒng)的魯棒性問題、隨動問題、鎮(zhèn)定問題及跟蹤問題等2。倒立擺系統(tǒng)作為一個實驗裝置，形象直觀、結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件組成參數(shù)和形狀易于改變，成本低廉。 倒立擺系統(tǒng)的控制效果可以通過其穩(wěn)定性直觀地體現(xiàn)，也可以通過擺桿角度 小車位移和穩(wěn)定時間直接度量。其實驗效果直觀，顯著。當新的控制理論與方法出現(xiàn)后，可以用倒立擺對其正確性和實用性加以物理驗證，并對各種方法進行快捷、有效、生動的比較3。倒立擺本身是一個自然不穩(wěn)定體，在控制過程中能有效地反映控制中的許多關鍵問題。如非線性問題，系統(tǒng)的魯棒性問題，隨動問題，鎮(zhèn)定問

4、題及跟蹤問題等。倒立擺系統(tǒng)作為一個實驗裝置，形象直觀，結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)件組成參數(shù)和形狀易于改變，成本低廉。作為一個被控對象，它又相當復雜。就其本身而言，是一個高階次、不穩(wěn)定、多變量、非線性、強耦合系統(tǒng)。同時，其控制方法在軍工、航天、機器人和一般工業(yè)過程領域中都有著廣泛的用途，如機器人行走過程中的平衡控制、火箭發(fā)射中的垂直度控制和衛(wèi)星飛行中的姿態(tài)控制等4。1.21.2 倒立擺系統(tǒng)的研究應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢倒立擺系統(tǒng)的研究應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.11.2.1 國內(nèi)外倒立擺系統(tǒng)的國內(nèi)外倒立擺系統(tǒng)的研究和應用狀況研究和應用狀況倒立擺實物控制實驗是控制領域中用來檢驗某種控制理論或方法的典型方案。最初研究開始

5、于二十世紀 50 年代，麻省理工學院（MIT）的控制論專家根據(jù)火箭發(fā)射助推器原理設計出一級倒立擺實驗設備，而后世界各國都將一級倒立擺控制作為驗證某種控制理論或方法的典型方案。后來又人們參照雙足機器人控制問題研制二級倒立擺控制設備，從而提高了檢驗控制理論或方法的能力，也拓寬了控制理論或方法的檢驗范圍。三級倒立擺是由一、二級倒立擺演繹而來，背景相當復雜。一級倒立擺控制實物系統(tǒng)已廣泛用于教學，二級倒立擺控制實物系同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 4 頁統(tǒng)已見于某些實驗室中,三級倒立擺控制的實物系統(tǒng)實現(xiàn)是世界公認的困難問題。四級倒立擺控制的實物系統(tǒng)實現(xiàn)更加困難。 如圖 1.1 和 1.2

6、 所示，它們是比較常見的典型的直線和平面倒立擺實物模型。圖 1.1 直線二級倒立擺示意圖 圖 1.2 平面倒立擺構(gòu)成示意圖國內(nèi)的倒立擺研究有著豐碩的成果。2001 年 9 月，北京師范大學李洪興教授帶領的智能控制實驗室采用變論域自適應控制成功地實現(xiàn)了三級倒立擺實物系統(tǒng)控制，具有很好的穩(wěn)定性、魯棒性和定位功能。這說明變論域自適應控制是一種高性能的自動控制，將會形成一個新的控制理論分支5。而后，從 2001 年 10 月他們著手研究四級倒立擺實物控制題。這是一個國際空白的極其困難的問題。經(jīng)過 10 個多月的刻苦攻關，在 2002 年 8 月世界上第一個成功實現(xiàn)了四級倒立擺實物控制。經(jīng)教育部組織專家

7、鑒定，認為該項成果既具有豐富的理論又包含實用價值很高的方法與技術，特別在世界上第一個成功地實現(xiàn)了四級倒立擺實物控制，在自適應Fuzzy 控制理論和實驗研究方面，均取得了突破性的成果。這是一項原創(chuàng)性的具有國際領先水平的重大科技成果。自從成功實現(xiàn)四級倒立擺實物控制以后，又將“平面三級倒立擺實物控制的實現(xiàn)”作為重要研究課題之一。從控制理論和控制工程的意義上講，平面運動倒立擺實物控制的實現(xiàn)要比直線運動倒立擺實物控制的實現(xiàn)困難得多；這不僅是因為這樣的系統(tǒng)其變量、非線性程度及不穩(wěn)定性成倍地增加，而且有關機械和電子器件的實現(xiàn)或選用遇到瓶頸性的困難6。將變論域自適應控制理論吸收最優(yōu)控制理論和經(jīng)典 PID 控制

8、理論的某些特點擴展為具有高維 PID 調(diào)節(jié)功能的變論域自適應控制理論7。然后采用該控制理論在國際上首次成功地實現(xiàn)了平面運動三級倒立擺實物控制，不僅運行狀態(tài)良好，而且還具有位置跟蹤功能。同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 5 頁經(jīng)教育部組織專家鑒定，認為“該項目經(jīng)歷了從理論研究到實驗研究的全過程，難度很大，既有豐富的理論成果，又有實用價值很高的方法與技術，是一項具有國際領先水平的重要的創(chuàng)新成果”。 圖 1.3 平面三級倒立擺穩(wěn)定示意圖 圖 1.4 四級倒立擺穩(wěn)定示意圖圖 1.3 和 1.4 為北師大研究成功的倒立擺。他們進一步研究目標是設法實現(xiàn)平面運動四級倒立擺實物控制，這將又是一個

9、高難度的世界難題。機器人行走也類似倒立擺系統(tǒng)，盡管第一臺機器人在美國問世以來已有三十多年的歷史，但機器人的關鍵技術至今仍未很好解決。由于倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定與空間飛行器控制和各類伺服云臺的穩(wěn)定有很大相似性，也是日常生活中所見到的任何重心在上、支點在下的控制問題的抽象。因此，倒立擺機理的研究又具有重要的應用價值，成為控制理論中經(jīng)久不衰的研究課題。倒立擺系統(tǒng)最終的控制目標是使倒立擺這樣一個不穩(wěn)定的被控對象，通過引入適當?shù)目刂品绞绞怪蔀橐粋€穩(wěn)定的系統(tǒng)8。對倒立擺系統(tǒng)建立數(shù)學模型是實現(xiàn)倒立擺控制的基礎。國內(nèi)有幾家生產(chǎn)倒立擺產(chǎn)品技術成熟的公司，他們的產(chǎn)品廣泛應用于高校等研究單位。鄭州微納科技研制的由永磁直

10、線電機驅(qū)動直線電機倒立擺，屬國內(nèi)首創(chuàng)，具有國際領先水平，并具有以下特點：1高速性：可以達到 5ms；2高加速性：實驗時可以達到 80ms。同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 6 頁圖 1.5 國內(nèi)的直線一級倒立擺 圖 1.6 環(huán)形串聯(lián)二級倒立擺倒立擺不僅是一種優(yōu)秀的教學實驗儀器，同時也是進行控制理論研究的理想實驗平臺。傳統(tǒng)的倒立擺系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)電機通過皮帶傳動而驅(qū)動小車作直線運動，顯然皮帶的彈性變形和松緊程度及傳動時的間隙是系統(tǒng)的不確定擾動因素，這為控制理論的研究帶來不確定因素。維納公司研制的由永磁直線電機驅(qū)動的倒立擺徹底改變了倒立擺的驅(qū)動方式，電機動子直接和倒立擺小車相連，并直接驅(qū)動

11、小車作直線運動。 用直線電機驅(qū)動倒立擺，是倒立擺實現(xiàn)形式的一種創(chuàng)新，由于直線電機驅(qū)動方式不存在傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)伺服電機所帶來的反向間隙等特性，具有良好的動態(tài)特性，并且直線電機倒立擺結(jié)構(gòu)簡單明了，可以直接觀察到從驅(qū)動、執(zhí)行部件到直線反饋部件的全貌，通過該實驗平臺不僅可使學生深刻掌握閉環(huán)控制的特點，而且相關研究人員也可從中發(fā)掘出新的控制策略和控制方法9。 目前，國內(nèi)自動控制方面的課程幾乎是各工科專業(yè)的必修課。然而，自動控制理論比較抽象，很多概念學生不易理解，而倒立擺裝置可以作為掌握這門課程的最佳實驗工具，同時它也是進行自動控制理論研究的理想實驗平臺。目前提供的實驗有： 1串級 PID 控制實驗；2極點配置

12、控制實驗；3最優(yōu)控制 LQR 實驗；4階躍響應實驗。倒立擺廣泛應用于工科學科和理論研究，比如：工業(yè)自動化，自動控制理論，機電一體化，計算機控制理論，工業(yè)控制，機械制造及其自動化專業(yè)等。半導體行業(yè)全球領先公司之一意法半導體和世界機器人前沿技術的領跑者早稻田大學仿人機器人研究院 HRI 合作，開發(fā)出一款名為 WV-1（早稻田雙輪機器人 1 號）的高性能的雙輪倒立擺機器人，并在 2008 年 CEATEC 展覽會上展出，這是目前正在進行的創(chuàng)新型仿人機器人和醫(yī)療護理機器人系統(tǒng)技術和解決方案研發(fā)合作項目的首同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 7 頁項成果。WV-1 機器人是一款雙輪驅(qū)動的倒立

13、擺機器人。反饋系統(tǒng)使機器人在運動過程中保持身體平衡?？刂品答佅到y(tǒng)的是 ST 基于 ARM Cortex M3 的 32 位微控制器 STM32 和LIS344ALH 三軸數(shù)字加速運動傳感器，微控制器快速計算機器人身體傾斜度、角速度以及其它傳感器數(shù)據(jù)，使電機連續(xù)產(chǎn)生最佳力矩，確保機器人連續(xù)平穩(wěn)地移動，而不會傾斜摔倒10。機器人等自動設備的姿勢控制是倒立擺機器人控制技術的潛在應用，可以實現(xiàn)新的移動方式。如圖 1.7，WV-1 機器人是一款雙輪驅(qū)動的倒立擺機器人。反饋系統(tǒng)使機器人在運動過程保持身體平衡?？刂品答佅到y(tǒng)的是基于 ARM Cortex M3 的 32 位微控制器 STM32 和LIS344

14、ALH 三軸數(shù)字加速運動傳感器，微控制器快速計算機器人的身體傾斜度、角速度以及其它傳感器數(shù)據(jù)，使電機連續(xù)產(chǎn)生最佳力矩，確保機器人連續(xù)平穩(wěn)地移動，而不會傾斜摔倒。機器人等自動設備的姿勢控制是倒立擺機器人控制技術的潛在應用，可以實現(xiàn)新的移動方式。 圖1.7 日本W(wǎng)V-1倒立擺機器人 圖1.8 環(huán)形直線一級倒立擺圖1.8為一種新型的環(huán)形倒立擺產(chǎn)品，它采用開放的控制解決方案和模塊化的實驗平臺，以旋轉(zhuǎn)運動模塊為基礎平臺，主要采用MATLAB實驗環(huán)境，利用Simulink對系統(tǒng)進行建模分析與控制器設計以及仿真，利用Real-Time Windows Target對系統(tǒng)進行實時控制。與直線倒立擺相比，環(huán)形倒

15、立擺的軌道無機械限位，更適合起擺算法研究實驗，便于研究。倒立擺是理想的自動控制教學實驗設備，它能全方位地滿足自動控制教學的要求，許多抽象的控制概念如系統(tǒng)穩(wěn)定性、可控性、系統(tǒng)收斂速度和系統(tǒng)抗干擾能力等。都可以通過倒立擺直觀地表現(xiàn)出來。由于倒立擺系統(tǒng)的高階次 、嚴重不穩(wěn)定、多變量、非線性和強耦合等特性，吸引著許多學者和研究人員不斷地從倒立擺控制中發(fā)掘新的控制策略和算法，并應用于航天科技和機器人等領域。倒立擺實驗平臺同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 8 頁能滿足一般的實驗要求，不僅是必備的控制教學設備，也是進行控制理論研究和一些新型控制算法的設計與開發(fā)的理想平臺。圖 1.9 為平面一級

16、倒立擺和它的擺桿幾何運動坐標系的運動建模示意圖。本設計中的平面二級倒立擺是在平面一級擺的基礎上加裝一個球關節(jié)和擺桿，以及兩個編碼器組成。圖1.9 倒立擺實物照片及其對應坐標系1.2.21.2.2倒立擺相關技術的發(fā)展趨勢倒立擺相關技術的發(fā)展趨勢 倒立擺實物控制實驗是控制領域中用來檢驗某種控制理論或方法的典型方案。最初研究開始于二十世紀 50 年代，麻省理工學院（MIT）的控制論專家根據(jù)火箭發(fā)射助推器原理設計出一級倒立擺實驗設備，而后世界各國都將一級倒立擺控制作為驗證某種控制理論或方法的典型方案。后來又人們參照雙足機器人控制問題研制二級倒立擺控制設備，從而提高了檢驗控制理論或方法的能力，也拓寬了控

17、制理論或方法的檢驗范圍。三級倒立擺是由一、二級倒立擺演繹而來，背景相當復雜。一級倒立擺控制實物系統(tǒng)已廣泛用于教學，二級倒立擺控制實物系統(tǒng)已見于某些實驗室中。三級倒立擺控制的實物系統(tǒng)實現(xiàn)是世界公認的困難問題。四級倒立擺控制的實物系統(tǒng)實現(xiàn)更加困難。2001 年 9 月，北京師范大學珠海分校智能控制實驗室采用變論域自適應控制成功地實現(xiàn)了三級倒立擺實物系統(tǒng)控制，具有很好的穩(wěn)定性、魯棒性和定位功能。這說明變論域自適應控制是一種高性能的自動控制，將會形成一個新的控制理論分支。經(jīng)教育部組織專家鑒定，認為“此項技術達到了國際先進水平”。而后，從 2001 年 10 月著手研究四級倒立擺實物控制題。這是一個國際

18、空白的極其困難的問題。經(jīng)過 10 個多月的刻苦攻關，在 2002 年 8 月世界上第一個成功實現(xiàn)了四級倒立擺實物控制。經(jīng)教育部組織專家鑒定，認為該項成果“既具有豐富的理論又包含實用價值很高的方法與技術，特別在世界上第一個成功地實現(xiàn)了四級倒立擺實物控制，在自同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 9 頁適應 Fuzzy 控制理論和實驗研究方面，均取得了突破性的成果。這是一項原創(chuàng)性的具有國際領先水平的重大科技成果”。他們進一步的研究目標是設法實現(xiàn)平面運動四級倒立擺實物控制，這將又是一個高難度的世界難題。 可見，倒立擺的研究將朝著多級擺桿復雜化的方向發(fā)展，控制理論也面臨一些需要攻克的難關?；?/p>

19、于倒立擺系統(tǒng)在機器人，軍工，航天等高科技領域的重要應用，倒立擺的研究將會越來越得到重視和發(fā)展。1.31.3 平面二級倒立擺的組成平面二級倒立擺的組成1.3.11.3.1 支撐及運動平臺系統(tǒng)支撐及運動平臺系統(tǒng)基于 XY 二維數(shù)控工作臺模塊的平面二級倒立擺擺系統(tǒng)以設計的二維數(shù)控工作臺為基本運動模塊。該模塊由兩個交流伺服電機驅(qū)動工作臺面（滑動小車）沿 X、Y 兩個方向的滾珠絲杠在水平面運動，完成定位控制和速度跟蹤的任務。XY 平臺固定于底座之上。1.3.21.3.2 擺桿及反饋控制系統(tǒng)擺桿及反饋控制系統(tǒng)在 Y 運動平臺（滑動小車）上加裝兩個球關節(jié)和兩根擺桿，則構(gòu)成了復雜的控制教學平臺平面二級倒立擺系

20、統(tǒng)。該系統(tǒng)可用一測試、研究和開發(fā)各類新的控制算法。 基于二自由度機械臂模塊的平面擺系統(tǒng)以平面型二自由度機械臂為基本控制模塊。在機械臂的執(zhí)行末端加裝兩個兩自由度球關節(jié)和單級擺桿，構(gòu)成比較復雜的平面二級擺系統(tǒng)。由于機械臂執(zhí)行末端的運動在 XY 平面不解耦19，所以在控制算法的實現(xiàn)上比較復雜，該系統(tǒng)可用于各類控制課程的教學研究和研討。其中兩級擺桿的兩個轉(zhuǎn)動自由度上均安裝有兩個旋轉(zhuǎn)編碼器，用于測量擺桿的角度，并反饋至控制系統(tǒng)，進行分析后由系統(tǒng)再決定兩個電機的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速，達到控制兩級擺桿平衡穩(wěn)定的目的。實現(xiàn)設計要求。1.41.4論文的意義及主要完成的工作論文的意義及主要完成的工作在控制理論發(fā)展的過程中，

21、 某一理論的正確性及實際應用中的可行性需要一個按其理論設計的控制器去控制一個典型對象來驗證。 倒立擺就是這樣一個被控制對象。在控制過程中能有效地反映控制中的許多關鍵問題， 如非線性問題、 系統(tǒng)的魯棒性問題、隨動問題、鎮(zhèn)定問題及跟蹤問題等。倒立擺系統(tǒng)作為一個實驗裝置，形象直觀、結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 10 頁件組成參數(shù)和形狀易于改變，成本低廉。 倒立擺系統(tǒng)的控制效果可以通過其穩(wěn)定性直觀地體現(xiàn)，也可以通過擺桿角度 小車位移和穩(wěn)定時間直接度量。其實驗效果直觀，顯著。當新的控制理論與方法出現(xiàn)后，可以用倒立擺對其正確性和實用性加以物理驗證，并對各種方法進行快捷、有效、

22、生動的比較。倒立擺的研究具有重要的工程背景：(1) 機器人的站立與行走類似雙倒立擺系統(tǒng)盡管第一臺機器人在美國問世至今已有三十年的歷史；機器人的關鍵技術機器人的行走控制至今仍未能很好解決。(2) 在火箭等飛行器的飛行過程中，為了保持其正確的姿態(tài)，要不斷進行實時控制。(3) 通信衛(wèi)星在預先計算好的軌道和確定的位置上運行的同時， 要保持其穩(wěn)定的姿態(tài)，使衛(wèi)星天線一直指向地球，使它的太陽能電池板一直指向太陽。(4) 偵察衛(wèi)星中攝像機的輕微抖動會對攝像的圖像質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響 為了提高攝像的質(zhì)量，必須能自動地保持伺服云臺的穩(wěn)定，消除震動。(5) 為防止單級火箭在拐彎時斷裂而誕生的柔性火箭(多級火箭)其飛行

23、姿態(tài)的控制也可以用多級倒立擺系統(tǒng)進行研究11。倒立擺的研究有著重要的實際意義。機器人行走就類似倒立擺系統(tǒng)。從日常生活中所見到的任何重心在上、也是支點在下的控制問題，到空間飛行器和各類伺服云臺的穩(wěn)定，都和倒立擺系統(tǒng)的穩(wěn)定控制有很大相似性，故對其穩(wěn)定控制在實際中有很多用場，如海上鉆井平臺的穩(wěn)定控制、衛(wèi)星發(fā)射架的穩(wěn)定控制、火箭姿態(tài)控制、飛機安全著陸、化工過程控制等。倒立擺還是理想的自動控制教學實驗設備，它能全方位地滿足自動控制教學的要求，許多抽象的控制概念如系統(tǒng)穩(wěn)定性、可控性、系統(tǒng)收斂速度和系統(tǒng)抗干擾能力等。都可以通過倒立擺直觀地表現(xiàn)出來。由于倒立擺系統(tǒng)的高階次 、嚴重不穩(wěn)定、多變量、非線性和強耦合

24、等特性，吸引著許多學者和研究人員不斷地從倒立擺控制中發(fā)掘新的控制策略和算法，并應用于航天科技和機器人等領域。倒立擺實驗平臺能滿足一般的實驗要求，不僅是必備的控制教學設備，也是進行控制理論研究和一些新型控制算法的設計與開發(fā)的理想平臺12。主要完成的工作：設計平面二級倒立擺機械圖。包括運動系統(tǒng)及擺桿系統(tǒng)的設計，繪制零件圖和裝配圖。 1、完成平面二級倒立擺的 cad 裝配圖和零件圖，對倒立擺的支撐底座、運動平臺、傳動機構(gòu)、擺桿系統(tǒng)、連接和緊固機構(gòu)等的外形和尺寸進行設計，包括材料的選擇，驅(qū)動電機、絲杠等的選擇和設計，結(jié)合計算和查閱資料確定設計的可行性和結(jié)構(gòu)的可靠性。2、完成平面二級倒立擺的部分零件圖,

25、包括零件具體的技術指標，以及加工材質(zhì)等。3、對整體機械結(jié)構(gòu)的合理性進行分析，對局部尺寸進行優(yōu)化修改。同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 11 頁第二章第二章 系統(tǒng)設計系統(tǒng)設計2.12.1二級倒立擺工作原理二級倒立擺工作原理二級倒立擺試驗系統(tǒng)其電路部分主要有：測速電機，位置測量電位器，角度傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，信號轉(zhuǎn)換電路，驅(qū)動電路，電源，電機，計算機，各類電線等等。電機采用70LYX04 型直流永磁式力矩電機，這種電機額定電壓和額定轉(zhuǎn)速底，輸出力矩大，易于實現(xiàn)實時控制，測速電機與電機軸之間有齒輪連接，電機轉(zhuǎn)速不同時，輸出不同電壓信號。位置測量電位計是一個滑動變阻器，兩端加+15V 和

26、-15V 電壓，可以得到位移的電壓信號。角度傳感器精密導電塑料電位計，兩端加+15V 和-15V 電壓，用于獲得擺桿偏移豎直方向的角度。圖 2.1 二級倒立擺系統(tǒng)工作原理圖二級倒立擺試驗系統(tǒng)的信號流程為：傳感器角度信息，位置信息，速度信息通過采集卡反饋給計算機，由計算機對該三種信號作處理，通過預定的算法程序得出控制信號，再通過采集卡的輸出口將信號變成模擬信號輸出給信號級，由信號級 PWM（脈沖調(diào)制）處理，變成脈沖信號傳遞給功率級，有功率級輸出可以直接控制電機轉(zhuǎn)動的電壓,控制電機正反轉(zhuǎn)，從而達到控制倒立擺的目的。同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 12 頁圖 2.2 二級倒立擺系統(tǒng)的

27、閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖2.22.2總體結(jié)構(gòu)設計方法總體結(jié)構(gòu)設計方法2.2.12.2.1 二級倒立擺裝配圖設計的特點：二級倒立擺裝配圖設計的特點：二級倒立擺裝配圖設計的內(nèi)容和繪圖步驟，與我們公司非標加工設備大體相同。在設計時仔細的參考了有關資料和各種倒立擺的裝配圖設計的內(nèi)容。下面闡述的是本次設計的二級倒立擺裝配圖的設計特點和設計步驟。1、確定滑臺底座的位置和相應的尺寸1）在相應的視圖位置上畫出滑臺底座的中心線，并根據(jù)計算和標準件（絲桿長度、絲桿端坐的寬度）畫出滑臺底座的輪廓（圖 2.4 所示） 。圖 2.4 滑臺底座的輪廓2）根據(jù)標準件（絲桿長度、絲桿端坐寬度）畫出定位絲桿的四只螺釘孔（圖 2.4 所示

28、）所示。螺釘?shù)拇笮∪Q與標注件的尺寸。3）根據(jù)標準件（LM 滾動導軌副）畫出滑臺底座側(cè)面的螺釘孔，并且確定滑臺的厚度（圖 2.5所示）同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 13 頁圖 2.5 滑臺底座的厚度及孔位置4）確定了底座的長度、寬度、厚度并且按照標準間把相應的孔的位置確定后，下一步就是把標準間按裝到底座上。 （圖 2.6 所示）圖 2.6 滑臺與標準件連接5）根據(jù)標準件（絲桿、伺服電機、聯(lián)軸器等等）在滑臺底座上安裝伺服電機，確定伺服電機的位置。 （圖 2.7 所示）圖 2.7 滑臺與伺服電機連接上述步驟結(jié)束滑臺底座的設計完成。2、確定滑塊上軸承做大小和平面的安裝尺寸1）根據(jù)設

29、計計算要求確定一級倒立擺軸的大小，從而確定軸承的型號。根據(jù)軸承的型號設計出軸承座的輪廓尺寸（圖 2.8 所示）同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 14 頁圖 2.8 軸承座的輪廓2）根據(jù)軸承座的輪廓尺寸和標準件（伺服電機、聯(lián)軸器）的尺寸確定滑塊的平面大小，并且在要求安裝標準件和軸承座位置畫出相應的孔位置。圖（2.9 所示）圖 2.9 滑塊平面的安裝3、確定二級擺桿關節(jié)處的輪廓和相應的尺寸1）根據(jù)計算得出二級擺桿關節(jié)出軸的直徑，根據(jù)直接選擇相應的軸承。2）根據(jù)標準件（軸承、旋轉(zhuǎn)編碼器）的輪廓的尺寸，畫出二極倒立擺桿關節(jié)處的相應的圖紙。 （圖 3.0 所示）同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論

30、文共 32 頁 第 15 頁圖 3.0 二級倒立擺關節(jié)出圖紙3）根據(jù)滑臺底座的大小確定整體底座的寬度和長度，根據(jù)二級倒立擺的兩個桿子的長度確定整體底座的高度，保證倒立擺兩個桿子不能夠接觸到地面。4、組裝圖紙1）畫出二級倒立擺的兩根桿，并用相應的方式連接起來，整套圖紙就完成了基本的輪廓設計。 （圖 3.1 所示）圖 3.1 二級倒立擺的整套圖紙同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 16 頁2.32.3 零件的選型零件的選型2.3.12.3.1 伺服電機選型伺服電機選型伺服電動的發(fā)展經(jīng)歷了有液壓到電氣的過程，電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動電機的類型分為直流伺服電動機和交流伺服電動機，交流伺服系統(tǒng)

31、按其采用的驅(qū)動電機類型又可分為永磁同步電動機交流伺服系統(tǒng)和感應式異步電動機交流伺服類型。由直流伺服電動機存在機械結(jié)構(gòu)復雜、維修工作量大，包括電刷、換向器等稱為直流伺服驅(qū)動技術發(fā)展的瓶頸。隨著微處理技術、大功率電力電子技術的成熟和電機永磁材料的發(fā)展和成本降低，交流伺服系統(tǒng)得到長足發(fā)展并將逐步取代直流伺服系統(tǒng)。松下伺服電機的特點：1、 智能化的自動調(diào)整：根據(jù)負載慣量的變化，與自適應濾波其配合，從低剛性到高剛性都可以自動地調(diào)整增益。在因旋轉(zhuǎn)方向不同產(chǎn)生不同負載轉(zhuǎn)矩的垂直軸情況下，也可以進行自動調(diào)整。具備異常速度檢測功能，因此可以將增益調(diào)整過程中產(chǎn)生的異常速度調(diào)整正常。通過面板操作，可以在監(jiān)控實時調(diào)整

32、情況的同時，進行設定和確認。2、高速高響應速度響應頻率最高可達 1KHZ，內(nèi)置了瞬時速度觀測器，可以快速、高分辨率的檢測出電機轉(zhuǎn)速。高性能的機械適應性：無論是易振動的傳送帶驅(qū)動機械，還是高剛性的絲桿傳動機械，都可以用自動調(diào)整功能實現(xiàn)高速定位。3、超低振動 自適應濾波器內(nèi)置自適應濾波器，可以根據(jù)機械共振頻率不同而自動地調(diào)整陷波濾波器頻率。可以控制由機械不穩(wěn)定以及共振頻率變化而發(fā)生的噪聲。兩個陷波濾波器內(nèi)置了不同于自適應濾波器的兩個獨立通道的濾波器兩個陷波濾波器可以以 1HZ 為單位，分別設置陷波的頻率和幅度4、振動抑制控制同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 17 頁內(nèi)置了兩個通道的振

33、動抑制濾波器，可以以 0.1HZ 為單位，分別設置振動頻率，也可以抑制剛性較低的機械在啟動和停止時產(chǎn)生的振動。兩個通道的振動頻率，可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向的不同而自動地切換，或者也可以分別對應于由于外部輸入信號切換而產(chǎn)生的機械位置變化而導致的振動頻率。即使設置的振動頻率和濾波器數(shù)值不確切，也不會導致不穩(wěn)定狀態(tài)。1、 根據(jù)負載條件選擇電動機電動機上有兩種負載，一種是轉(zhuǎn)矩負載一種是慣量負載，選擇電動機是必須計算這些負載，以確保滿足以下條件：1） 當機床處于非切屑狀態(tài)時，在整個速度范圍內(nèi)負載轉(zhuǎn)矩應小于電機的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。2） 最大切屑轉(zhuǎn)矩所占時間（負載百分比即“ON”時間）滿足所期望值。3） 以希望的時間常

34、數(shù)進行加速。一般來說，負載轉(zhuǎn)矩有助減速，如果加速不成問題，以同一時間常數(shù)進行減速也沒有問題。加速時間按以下步驟進行。假設電機軸按照 NC 或位控所確定的 ACC/DEC 方式進行理想的運動來得到加速速率。用加速速率乘以總的慣量（電機慣量+負載慣量）計算出加速轉(zhuǎn)矩。將負載轉(zhuǎn)矩（摩擦轉(zhuǎn)矩）與加速轉(zhuǎn)矩相加求得電機軸所需轉(zhuǎn)矩電機軸所需轉(zhuǎn)矩應小于電機的最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩，同時，小于伺服放大器電流限制回路所限制的轉(zhuǎn)矩。表 2.1 交流伺服電機的選擇（規(guī)格 MINAS A4）系列MSMD額定輸出功率50W200W適配驅(qū)動器型號MADDT1205MADDT1207外形分類A 型額定轉(zhuǎn)矩（N.m）0.160.64最大

35、轉(zhuǎn)矩（N.m）0.481.91額定轉(zhuǎn)矩（rpm）3000/5000無制動器0.0250.14電機慣量（）mkg2410有制動器0.0270.16變壓器容量（KVA）0.30.5編碼器17 位（分辨率 131072）同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 18 頁2.3.22.3.2 LMLM 滾動導軌副選擇：滾動導軌副選擇：圖 3.2 HSR15R 型結(jié)構(gòu)圖LM 滾動導軌副：滾珠列沿著 LM 導軌和 LM 滑塊上經(jīng)過精密研磨加工的 4 列滾動溝道滾動；通過組裝 LM 滑塊兩端上的端蓋板作循環(huán)運動。LM 滑塊 sha 那個安裝了保持擋板擋住鋼球，因此即使抽出 LM 導軌，鋼球也不會脫落（

36、HSR8、10 和 12 型除外） 。因為各滾珠列是按 45接觸角配置的，所以對于 LM 滑塊上的 4 個方向上的作用（徑向、反徑向和橫方向） ，均具有相同的額定負荷能力，可在各種各樣的姿勢中使用。并且因能施加均等的預負荷，從而既能維持較低的摩擦系數(shù)，有加強了 4 個方向上的剛性。同時，因橫截面高度低，并且對 LM 滑塊進行了高剛性設計，從而能實現(xiàn)穩(wěn)定的高精度直線運動。4 方向等負荷型：因為各滾珠列是按 45解除角配置的，故對于 LM 滑塊上的 4 個方向上的作用（徑向、反徑向和橫向） ，均具有相同的額定負荷能力。可在各種各樣的姿勢中使用，用途廣泛。高剛性型：因滾珠的配置是采用平衡性良好的 4

37、 列排列，所以能夠施加預壓，并且容易地提升 4 方向上的剛性。自動調(diào)整能力：由于 THK 獨特的正面組合（DF 組合）的圓弧溝槽的自動調(diào)節(jié)能力，在不施加預壓的狀態(tài)下也能吸收安裝誤差，從而得到精度高、平滑穩(wěn)定的直線運動。出色的耐久性：即使在預壓或過量偏移負荷的作用之下，滾珠表面也不會發(fā)生差動滑動。通過對軌道橫截面的小型化，使重心變低，并同時實現(xiàn)了高剛性。備有不銹鋼型可供選擇：LM 滑塊、LM 導軌、滾珠也可采用特制不銹剛型。同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 19 頁2.3.42.3.4 聯(lián)軸器的選擇：聯(lián)軸器的選擇：1）聯(lián)軸器的定義：聯(lián)軸器是用來連接兩根軸與軸與其他回轉(zhuǎn)零件，使之回轉(zhuǎn)

38、并傳遞轉(zhuǎn)矩。用聯(lián)軸器連接的兩軸在工作時不能分離，必須停車拆卸才能分離。2）聯(lián)軸器的種類：根據(jù)被連接兩軸的相對位置關系，聯(lián)軸器可分為固定式和可移式兩類。固定式聯(lián)軸器用在兩軸能嚴格對中，工作時不發(fā)生相對位移的場合；可移式聯(lián)軸器則用在兩軸有偏斜或工作中有相對位置的場合。3）聯(lián)軸器的選擇：聯(lián)軸器所連接的兩軸，由于制造和安裝誤差、運轉(zhuǎn)時零件的變形和軸承磨損等原因可能發(fā)生相對位置變化，兩軸可能發(fā)生 xiangdui 位移或偏斜的情況。如果這些位移得不到補償，將會在軸、軸承、聯(lián)軸器上引起附加載荷。因此，在不能避免兩軸相對位移的情況下，應采用擾性聯(lián)軸器來補償被連接兩軸的位移和偏斜。按照補償方法的不同，擾性聯(lián)軸

39、器又可分為兩類，無彈性元件擾性聯(lián)軸器和有彈性元件擾性聯(lián)軸器。圖 3.3所示的是加緊螺絲固定微型剛性聯(lián)軸器它的優(yōu)點有：1、重量輕、超低慣性和靈敏度。2、鋁合金和不銹鋼材料3、定位螺絲固定、夾緊螺絲固定兩種圖 3.3 夾緊螺絲固定微型剛性聯(lián)軸器同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 20 頁2.3.52.3.5 編碼器的選擇編碼器的選擇: :編碼器的主要是把位移或轉(zhuǎn)角變成電信號輸送給控制系統(tǒng)的一個重要部分。 （圖 3.4）是歐姆龍這兩個型號的輸入和輸出的接線圖。 （圖 3.5）是編碼器的外形輪廓和相關尺寸。圖 3.4 編碼器輸入輸出接線圖圖 3.5 編碼器外形樣式40的通用型對應電源電壓D

40、C524V(集電極開路輸出型)外徑40備有2000P/R的分辨率具備使Z相對簡單化的原點位置顯示功能實現(xiàn)軸負重、徑向30N、推力向20N附有逆接、負荷短路保護回路，改善了可靠性同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 21 頁(也備有線性驅(qū)動輸出)2.3.62.3.6 滾動軸承的選擇：滾動軸承的選擇：圖 3.6 滾動軸承的外形圖滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)由外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架組成（圖 3.6） 。外圈和內(nèi)圈都只有一定形式的滾道，以保證滾動體在其間作精確的旋轉(zhuǎn)，還可以降低滾動體與內(nèi)、外圈之間的接觸應力。保持架的功能是把滾動體彼此隔開并沿滾道均勻分布。通常內(nèi)圈隨軸頸轉(zhuǎn)動，外圈固定，有時也可以是

41、外圈轉(zhuǎn)動而內(nèi)圈固定。深溝球軸承主要是承受徑向載荷，也可以同時承受少量雙向軸向載荷，工作時內(nèi)外圈軸線允許偏斜 816。摩擦阻力小，極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，應用最廣泛。但承受沖擊載荷能力較差，使用于高速的場合。在高速是可代替推力球軸承。選擇滾動軸承的類型時，應根據(jù)軸承所受工作載荷的大小。 、方向和性質(zhì)，轉(zhuǎn)速高低，空間位置，調(diào)心性能以及其他要求，選定合適的軸承類型。具體選擇時可參考如下原則：1）球軸承承受載能力較低，抗沖擊能力較差，但旋轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速較高，適用于輕載、高速和要求精度旋轉(zhuǎn)的場合。2）滾子軸承承受能力強，抗沖擊能力較強，但旋轉(zhuǎn)精度和極限轉(zhuǎn)速較低，多用于重載或有沖擊載荷的場合。3

42、）同時承受徑向及軸向載荷的軸承，應區(qū)別不同情況選取軸承類型。以徑向載荷為主的可選深溝球軸承；軸向載荷和徑向載荷都較大的可選用角接觸軸承或圓錐滾子軸承；軸向載荷比徑向載荷大很多或要求變形較小的可選用圓柱滾子軸承（或深溝球軸承）和推力軸承聯(lián)合使用。4）如一根軸的兩個軸承孔的同心度難以保證，或軸受載后發(fā)生較大的彎曲變形，應選用調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。5）選擇軸承類型時要考慮經(jīng)濟性。一般說來，球軸承比滾子軸承價格便宜，深溝球軸承最便宜。精度愈高的軸承價格愈貴，所以選用高精度軸承呢個必須慎重。同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 22 頁滾動軸承的壽命計算也是選擇的一個重要依據(jù)，它的基本概念

43、為：1） 軸承壽命：指軸承中任一原件（套圈、墊圈或滾動體）首次出現(xiàn)疲勞擴展跡象前的總轉(zhuǎn)數(shù)（L）或在一定轉(zhuǎn)速下工作的小時數(shù)（h）.2） 基本額定壽命：指一批相同型號的軸承，在相同條件運轉(zhuǎn)，其中 90%的軸承中任一原件都不發(fā)生疲勞擴展跡象前，所轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)（用 L 表示）或在一定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)的總小時數(shù)（用 Lh 表示）3） 滾動軸承的可靠度：指一組在相同條件下運轉(zhuǎn)，近于相同的滾動軸承期望達到或超過規(guī)定壽命的百分率。單個滾動軸承的可靠度為該軸承達到或超過規(guī)定壽命的概率。4） 基本額定動載荷（C）：指一批滾動軸承理論上所能承受的載荷，在該載荷作用下，軸承的基本額定壽命（L）為一百萬轉(zhuǎn)。滾動軸承壽命計算的

44、基本公式為pCLnh6010610660LhnPC 圖 3.7 深溝軸承的剖面圖同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 23 頁2.3.72.3.7 滾珠絲杠的選擇：滾珠絲杠的選擇：滾珠絲桿主要是由螺母和螺桿組成，用來將回轉(zhuǎn)運動變換為直線運動，同時傳遞動力。 （如圖 3.7 所示）圖 3.7 滾珠絲桿外型圖冷軋型滾珠螺桿 KGS：KGS-1204（如圖 3.7 所示）在螺紋滾制過程中，螺紋外型經(jīng)由冷軋過程制成。表面經(jīng)過強化及平滑處理，且材質(zhì)顆?？勺匀粷L動，不受干擾。進一步地說，冷軋滾珠螺桿螺紋表面經(jīng)電感強硬化處理，硬化厚度依照不同規(guī)格約為 1.5mm。硬化處理后表面會產(chǎn)生氧化物層，必須

45、以橡膠擦拭片擦拭去除。螺桿在放入高級倉庫儲存之前，必須經(jīng)過校直處理以求得所要求的直度。滾珠螺桿的每一道制程皆須要機械操作員的高度注意力及經(jīng)驗。滾動摩擦力比起梯形螺桿傳動組的斜面摩擦力有下述有點：（高精密性、高剛性、低軸向背隙、高穩(wěn)定性、操作平順、壽命長）表 2.2 螺桿規(guī)格型式MICRON LineKGS螺紋哥德式外型（點狀外型）哥德式外型（點狀外型）公稱直徑12-40mm12-8-mm導程螺紋數(shù)螺紋旋轉(zhuǎn)方向4-50mm單/多螺紋數(shù)型式右旋螺紋；KGS2005 另有左旋螺紋4-50mm單/多螺紋數(shù)型式右旋螺紋；KGS2005 另有左旋螺紋長度標準品：5600mm(KGS 1204 及 1205

46、 為1300mm)標準品：5600mm(KGS 1204 及 1205 為1300mm)材質(zhì)1.1213(C f53)1.12、3（Cf53）同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 24 頁滾珠導槽經(jīng)電感硬化及拋光處理，螺桿末端與軸心經(jīng)退火處理滾珠導槽經(jīng)電感硬化及拋光處理，螺桿末端與軸心經(jīng)退火處理導程間距精度23m/300mm50-200m/300mm真直度L1000mm 時；0.1mm/mL1000mm 時；0.1mm/m左/右旋螺紋螺桿僅 KGS 2005 有僅 KGS 2005 有滾珠螺帽選擇：滾珠螺帽可說是滾珠螺桿傳動組的心臟。螺帽品質(zhì)決定整個滾珠螺桿傳動組的運轉(zhuǎn)特性。法蘭滾珠

47、螺帽 KGF/圓筒滾珠螺帽 KGM1、法蘭滾珠螺帽（KGF）附有安裝孔，而圓筒滾珠螺帽（KGM）附有鍵槽。2、可結(jié)合兩個螺帽組成零背隙之預壓雙螺帽組。3、材質(zhì)：鋼 1.7131（ESP65）或 1.3505（100Cr6）硬化處理的螺帽滾珠導槽、溝槽、與面為一體研磨制成，因次可以確保其高度品質(zhì)。4、不同滾珠循環(huán)系統(tǒng)，適用于各種直徑與導程螺桿。5、附除塵環(huán)，可減少潤滑油流失及去除灰塵。滾珠循環(huán)系統(tǒng)：循環(huán)器-E：單螺紋數(shù)滾珠螺桿傳動組螺桿每旋轉(zhuǎn)一圈，里面的鋼珠從上一個導槽被推出并向后推進下一個導槽。特別研發(fā)的循環(huán)器是以強化玻璃纖維塑膠制成，可確保鋼珠循環(huán)運動順暢及避免造成鋼珠磨損。本設計運轉(zhuǎn)時特別

48、安靜。并提供最小的螺帽徑向規(guī)格。最常見的螺紋導程為 510mm。2 24 4 計算和校核計算和校核二級倒立擺材料重量（kg/m）計算公式1：無縫鋼管：壁厚外徑s:2466. 0DsDsw2：圓鋼：外徑:006165. 02dwd3：鋁棒：外徑dwd20022. 0同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 25 頁4：鋁塊：高度：寬度hBhwB00271. 0常用材料密度t/m3, g/cm3材料名稱密度材料名稱密度材料名稱密度材料名稱密度灰鑄鐵7.0鋁鎳合金2.7工業(yè)用毛氈0.3聚砜1.24白口鑄鐵7.55軟木0.10.4纖維蛇紋石石棉2.22.4賽璐珞1.351.4可鍛鑄鐵7.3木材（

49、含水15/100）0.40.75角閃石石棉3.23.3有機玻璃1.181.19工業(yè)純鐵7.87膠合板0.56工業(yè)橡膠1.31.8泡沫塑料0.2鑄鋼7.8刨花板0.6平膠板1.61.8玻璃鋼1.42.1鋼材7.85竹材0.9皮革0.41.2尼龍1.041.15高速鋼8.38.7木炭0.30.5軟鋼紙板0.9ABS 樹脂1.021.08不銹鋼、合金鋼7.9石墨22.2纖維紙板1.3石棉板11.3硅鋼片7.557.8石膏2.22.4酚醛層壓板1.31.45石棉線0.450.55紫銅8.9水泥3.053.15平板玻璃2.5橡膠石棉板1.52.0鋁2.7混凝土1.82.45實驗器皿玻璃2.456石棉布制

50、動帶2錫7.29硅藻土2.2耐高溫玻璃2.23橡膠夾布傳動帶0.81.2鈦4.51普通粘土磚1.7石英玻璃2.2磷酸1.78金19.32粘土耐火磚2.1陶瓷2.32.45鹽酸1.2銀10.5大理石2.62.7碳化鈣（電石）2.22硫酸（87/100）1.8鎂1.74花鋼巖2.63膠木1.31.4硝酸1.54鋅板7.3金剛石3.53.6電玉1.451.55酒精0.8鉛板11.37金剛砂4聚氯乙烯1.351.4汽油0.660.7同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 26 頁5工業(yè)鎳8.9普通剛玉3.853.9聚苯乙烯1.051.07煤油0.780.82鎳銅合金8.8白鋼玉3.9聚四氟乙烯

51、0.920.95石油（原油）0.82錫基軸承合金7.347.75碳化硅3.1聚丙烯0.90.91各類機油0.90.95鉛基軸承合金9.3310.67云母2.73.1聚甲醛1.411.43汞13.55鎂合金1.741.81瀝青0.91.5聚苯醚1.061.07水（4）1鋅鋁合金6.36.9石蠟0.9空氣（20）0.0012一、二級倒立擺整體重量的計算1）計算滑臺底座質(zhì)量：0.0027140mm60mm=6.5kg/m6.5kg/m0.8m=5.2kg2)計算底座腳重量：0.0027116mm69mm+0.0027116mm24mm=4.03kg/m4.03kg/m0.12m4=1.93kg3)計

52、算軸承座 1 重量：0.0027123mm40mm+0.002716mm40mm=3.15kg/m3.15kg/m0.35m=0.11kg4)計算軸承座 2 重量：0.0027136mm42mm=4.1kg/m4.1kg/m0.045m=0.18kg5)計算擺桿重量：0.002210 平方=0.22kg/m 0.22kg/m0.15m2 根=0.066kg6）計算軸 1 的重量：0.002212 平方=0.32kg/m 0.32kg/m0.036m=0.01kg7)計算軸 2 的重量：0.002212 平方=0.32kg/m 0.32kg/m0.067m=0.02kg交流伺服電機 1 重量：M

53、ADDT1207 重量已知為 0.82kg.交流伺服電機 2 重量：MADDT1205 重量已知為 0.32kg.旋轉(zhuǎn)編碼器重量：0.1kg滾珠絲杠重量：0.75kg/m0.4=0.3kg滾動導軌副重量：滑塊重量：0.18kg同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 27 頁 導軌重量：1.5kg/m0.185m=0.277kg總體重量約為：5.2kg+1.93kg+0.11kg+0.18kg+0.66kg+0.01kg+0.02kg+0.82kg+0.32kg+0.1kg+0.3kg+0.18kg+0.277kg=10.1kg二、交流伺服電動機的計算和校核進給速度：min/20mvf定

54、位次數(shù)：min/40次n直線運動體重量：kg5M 滾動絲桿長度：mLB4 . 0定位時間：sec2 . 1tm滾珠絲桿直徑：mDB012. 0電氣定位精度：mm01. 0滾珠絲桿螺距：mPB05. 0摩擦系數(shù)：2 . 0聯(lián)軸器重量：kgMk05. 0機械效率：9 . 0聯(lián)軸器直徑：mDK03. 0速度圖：同濟大學繼續(xù)教育學院倒立擺論文共 32 頁 第 28 頁ssssnttvttttttcfsmasda4 . 0235. 01 . 02 . 135. 02025. 0601 . 02 . 1601 . 0,15506060速度計算：要求驅(qū)動電機速度：min/400005. 020rpvNbfj電機速度，采用直接聯(lián)接，所以減速比：1/R=1/1故：min/4000rNm負載轉(zhuǎn)矩：mNRMPTBL1037 . 89 . 014. 32005. 052 . 08 . 928 . 9負載慣量：直線運動體：mRPJkgBML26221/2 . 351014. 32005. 02滾珠絲杠：mDLJkgBBB26434/4 . 64 . 0