大連理工大學(xué)機(jī)械電子大作業(yè)之新木牛流馬匯總

大連理工大學(xué)研究生試卷字新木牛流馬之垃圾自卸車新木牛流馬之垃圾自卸車單片機(jī)控制系統(tǒng) 地球是我們賴以生存的家園，為我們提供美好的生活環(huán)境，我們應(yīng)努力保護(hù)它。隨著時代的發(fā)展，人們生活節(jié)奏的加快，一次性垃圾袋、餐盒等越來越受人們的歡迎。但是在給人們帶來便利的同時，順著而來的是這種垃圾越來越多，清潔起來也越來越不方便。而垃圾清理人員每天生活在骯臟的環(huán)境中，呼吸著熏天的氣味，并時常被人誤會為“臟”的代名詞，嚴(yán)重危害著垃圾清理和回收人員的導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)；增塑劑和添加劑的滲出會導(dǎo)致地下水污染；混入城市垃圾一同能夠判別障礙物達(dá)到指定地點，并且判斷垃圾是否裝滿，最后返回原點并自動傾如此可以減輕人力和物力以達(dá)到總體要求。自卸車分為機(jī)械部分和控制部分，其控制及運行過程如圖2.1所示：到達(dá)到達(dá)規(guī)定地點待機(jī)判別是否裝滿啟動并原路返回返回原點機(jī)動各傳感器手動控制恢復(fù)原態(tài)11 其速度的快慢，且路遇障礙物到達(dá)指定地點時停止行駛并待機(jī)等待下一步的執(zhí)行命圾，其中傳感器判斷是否裝滿，若裝滿則再次啟動裝返回到原點即垃圾中轉(zhuǎn)站時調(diào)整姿勢，并且啟動液壓垃圾。垃圾傾卸完畢后，自卸車將恢復(fù)原始狀態(tài)繼續(xù)下去直到垃圾清理完畢。如若自卸車在行駛的過程中制自卸車來完成此次的裝運，等待垃圾運送完成后再1)移動：在平地上能夠?qū)崿F(xiàn)直行和拐彎等運動，并且在行駛過程中可以調(diào)節(jié)關(guān)可4)避障：當(dāng)自卸車遇到障礙物時可以通過傳感器的檢測執(zhí)下一步的命令，鳴正械機(jī)構(gòu)設(shè)計4.1整車主要參數(shù)550mm*920mm*700mm；00mm*700mm*500mm；.2技術(shù)參數(shù)工作電壓：24V；mm助定位)；22 創(chuàng))33 4.4自卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計設(shè)計的核心技術(shù)問題。應(yīng)根據(jù)使用具體實際要求結(jié)合制造工藝條件，在多方案綜合比較的基礎(chǔ)上決定取舍。但不論選取何種升舉機(jī)構(gòu)，都必須確保舉升力與最大舉升角度，這兩項是基本的要求，但由大，只要保證升舉角即可。4.4.1升舉機(jī)構(gòu)的形式在當(dāng)今的自卸汽車上，液壓升舉機(jī)構(gòu)被廣泛采用。根據(jù)油缸與車廂底板的桿組合式兩大類。1)直推式升舉機(jī)構(gòu)置式；根據(jù)液壓缸形式的不同分為單級液壓缸直推式和多級液壓缸直推式；根據(jù)44 卸車車廂是向后傾斜貨物的，雖然會增加液壓缸的缸行程，車廂傾斜的穩(wěn)定性好，有利于縮短車廂升的液壓缸筒和活塞桿易于加工，故這種中置式升舉直推式升舉機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單緊湊、升舉效率高，工藝簡單，成本低，安裝位置所需推力小于連桿組合式。2)連桿組合式升舉機(jī)構(gòu)連桿組合式升舉機(jī)構(gòu)的液壓缸通過連桿作用在車廂底架上。常用的連桿組合桿式(馬勒里舉升臂式)、液壓缸后推連桿式(加伍德舉升臂式)、液壓缸前推杠桿式、液壓缸后推杠桿式、液壓缸浮動連桿式等。連桿式升舉機(jī)構(gòu)主要是利用一套三角連桿系使升舉液壓缸以較小的行程將車55 4.4.2升舉機(jī)構(gòu)形式的確定：1)自卸車的使用條件與環(huán)境，本車是行駛在公路上，且工作條件差，垃圾不考慮制造工藝與制造成本，要求盡可能的降低成本。3)液壓系統(tǒng)是否能承受在升舉質(zhì)量作用下的升舉力以及液壓油缸的行程能否4.4.3最大升舉角、升舉降落時間的確定安息角是建筑學(xué)上的詞匯，指一堆散料保持自然穩(wěn)定狀態(tài)的最大角度。一旦這個普通生活垃圾的安息角一般為350~450。max大于貨物的安息角。自卸車車廂最大升舉角可在角降落到車架上的時間，一般為8s~15s。如圖4.7所示。66 4.5差速機(jī)構(gòu)現(xiàn)在，用于輪式機(jī)器人的底盤的輪系結(jié)構(gòu)己經(jīng)越來越多。就從地面移動的角度而言，就有履帶式、車輪式、腿腳式、軀干式等很多種形式。車輪式結(jié)構(gòu)具有移動平穩(wěn)，體積小，易于控制等優(yōu)點。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，車輪式結(jié)構(gòu)也逐步差速輪結(jié)構(gòu)具有行走平穩(wěn)、振動小、容易控制速度和方向等優(yōu)點。為了獲取很好的靈活性和機(jī)動性，通常采用雙電機(jī)分別驅(qū)動左右輪的控制方式。左右兩輪子的轉(zhuǎn)速和方向相同時自卸車會保持直線運動，而當(dāng)兩個輪子的轉(zhuǎn)速不同時自卸要將上述運動方式結(jié)合即可。77 系統(tǒng)設(shè)計傳感部件的選擇為了使垃圾自卸車具有以上所述功能，先必須具有感知外界的能力和內(nèi)部的能力，即通過傳感器進(jìn)行外部環(huán)境和內(nèi)部情況的信息采集。傳感器是用來感知外界和內(nèi)部信息，以確定周圍的環(huán)境、當(dāng)前的位姿以及其自身運動狀態(tài)；控制器用來分析采集到的信息，并執(zhí)行預(yù)定的程序；自卸車的執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收控制器發(fā)來的指令，完成相應(yīng)的運動。這是一個循環(huán)控制，其控制框圖如圖5.1所示。執(zhí)行機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器控制器垃圾自卸車確定其在二維工作環(huán)境中相對于全局坐標(biāo)的位姿，是其機(jī)器人導(dǎo)航、路徑規(guī)劃與運動控制的首要環(huán)節(jié)。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，定位傳感器需要滿用航跡推算的光電編碼器；采用路標(biāo)方式的超聲波測距儀、光電開關(guān)、方式；慣性導(dǎo)航方式與航跡推算一樣具有自包含的優(yōu)點，可以預(yù)留接口，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性；圖像定位的實時性較差、對處理器要求較高，不予采用。當(dāng)檢測到障礙物時，常用的傳感器為超聲波傳感器和紅外傳感器。機(jī)器人的感知需求:1)光纖傳感器：通過將光纖傳感器陣列分布于機(jī)器人底盤下，探測地面上的2)光電編碼器：通過光電編碼器檢測機(jī)器人行走的速度、位移。方向性好。整體方案(原創(chuàng))在整個系統(tǒng)的總體設(shè)計中，控制系統(tǒng)的設(shè)計尤為重要?？刂葡到y(tǒng)是整個機(jī)器系統(tǒng)的靈魂?？刂葡到y(tǒng)的先進(jìn)與否，直接決定了整個機(jī)器人系統(tǒng)智能化水平的高低。自卸車的各種功能都在控制系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)下實現(xiàn)；控制系統(tǒng)設(shè)計策略也決定了整個自卸車系統(tǒng)的功能特點和可擴(kuò)展性。本方案設(shè)計的自卸車控制系統(tǒng)，具備障礙物檢測避碰、速度檢測、轉(zhuǎn)向、電源低電壓監(jiān)測和充電等功能，并可工作于實時手動遙控等多種模式。并且還有燈88 路及液壓系統(tǒng)等多種模塊。以上模塊通過傳感器超聲遙控操作模塊接口電路左輪碼盤充電模塊/液壓蜂鳴器PWM驅(qū)動STC12C5A60S2單片機(jī)*2接口電路左輪電機(jī)右輪電機(jī)右輪碼盤LED燈控制電路RS-232復(fù)位電路傳感器器系統(tǒng)框圖系統(tǒng)設(shè)計.3.1處理器的選型99單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，使用方便，容易實現(xiàn)模塊化，并且處理功能強，速度快，低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品，價格便宜，控制功能強，環(huán)境適應(yīng)5.3.2電機(jī)及驅(qū)動電路的選擇體化產(chǎn)品，性能上相較一般的傳統(tǒng)直流電機(jī)有很大優(yōu)勢，是當(dāng)今最理想的調(diào)速電2)直流電機(jī)PWM調(diào)速直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可以分為兩類：調(diào)節(jié)勵磁磁通的勵磁控制方法和調(diào)節(jié)電樞電壓的電樞控制方法。其中勵磁控制方法在低速時受磁極飽和的限制， 在高速時受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強度的限制，并且勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少?，F(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞控制方3)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計垃圾自卸車采用左右兩輪獨立驅(qū)動，采用差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，每個車輪分別由一為了防止其對前級的邏輯電平產(chǎn)生影響，采用了一定的隔離措施。所以這里將主要分兩部分來介紹該模塊的設(shè)計:一是光電耦合器TLP521為主的光電隔離電路；設(shè)計光電隔離電路的目的是隔離前端的控制信號與負(fù)載，針對本文，就是隔離PWM驅(qū)動電流，以增加系統(tǒng)的安全性，減小電路各部分間的干擾。常用的方法控制信號PWM的頻率低于20KHz，沒有使用高速速穩(wěn)定高效的控制電機(jī)，并且能都在電機(jī)過流過壓過載等故障條件下對電路系統(tǒng) 3.3人機(jī)交互模塊為了方便機(jī)器人在初始化或運行過程中進(jìn)行人為設(shè)置、控制，本系統(tǒng)采用人機(jī)交互的輸入，即手柄。本系統(tǒng)使用的手柄可以是對市面上常見的手柄進(jìn)行改裝而成，處理器通過時鐘線、控制線、數(shù)據(jù)線和手柄連接，根據(jù)協(xié)議與其通信，實現(xiàn)手柄控制信號的讀取。當(dāng)自卸車工作在純手動測試狀態(tài)下，可以通過手柄控制自卸車的前進(jìn)、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等一系列動作；當(dāng)自卸車工作在運行狀態(tài)下，可以實 .3.4復(fù)位電路設(shè)計對于任何一個電子系統(tǒng)來說，復(fù)位電路都是非常重要的。這是因為系統(tǒng)的各個單元要正常地工作，必須有一個穩(wěn)定、確定的初始狀態(tài)，這個就是靠準(zhǔn)確的復(fù)運行過程中，可以通過按鍵控制使系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，這種復(fù)位方式稱手動電復(fù)位和手動復(fù)位對于一個穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)來說，是必不可少的功能實如果電源的電壓不穩(wěn)定，出現(xiàn)較大范圍的波動，系統(tǒng)的復(fù)位則會出現(xiàn)致程序的運行錯誤甚至死機(jī)，因此有必要對復(fù)位電路進(jìn)行監(jiān)控。常是否帶有看門狗模塊 5.3.5晶振電路設(shè)計的原理圖如下所示:5.3.6LED燈和蜂鳴器電路設(shè)計 .7避障模塊設(shè)計就很有可能與之發(fā)生碰撞， 1)紅外傳感器兩類：直射式紅外傳感感器是指紅外發(fā)光管和接收管相對安放在發(fā)射離；反射式傳感器是指紅外發(fā)光管和接收管并紅外光照，當(dāng)發(fā)光管發(fā)出的紅外光遇到反射物介質(zhì)中傳播的速度已知，而測得，則可根據(jù)上述兩項參數(shù) 發(fā)射的超聲波與其遇到障礙物后產(chǎn)生回波之間 5.4總電路圖(原創(chuàng))與仿真型的建立由于電機(jī)的輸出軸直接與負(fù)載軸相連，轉(zhuǎn)動部件固定在負(fù)載軸上，即為常見的電機(jī)直接驅(qū)動負(fù)載形式。如果不考慮傳動軸在轉(zhuǎn)動過程中的彈性形變，即把傳動軸的剛度看作無窮大，就可以在系統(tǒng)設(shè)計過程中，將執(zhí)行電機(jī)和負(fù)載視為一個aaR分別表示電機(jī)的電樞電壓，電樞電感和電樞電阻；J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量，J為amL負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量；D、D分別表示電機(jī)和負(fù)載的粘性阻尼系數(shù)；k為電機(jī)的電mLm磁力矩系數(shù)；k為電機(jī)的反電勢系數(shù)；9為電機(jī)-負(fù)載的轉(zhuǎn)角，emm在這一實驗中，認(rèn)為電機(jī)與負(fù)載的轉(zhuǎn)角是相同的，并考慮了電機(jī)及負(fù)載轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生的粘滯阻尼力矩，所以其電壓方程、力矩方程變?yōu)槿缦滦问剑?11(J+J)s+(D+D)mLmLkeUa+-Ekmaa9km=muLJJsR(J+J)+L(D+D)]s+R(D+D)+kkaamLamLamLamLme6.2設(shè)定電機(jī)的各參數(shù)建立從ua到9.m的傳遞函數(shù)模型，求其頻率特性，并分別取(Dm+DL)=50Jl=6Kg.m2折合到轉(zhuǎn)動軸上仿真bclearRa=2.5;La=0.037;Km=56.25;Ke=45.3;Jm=0.5;Jl=6;