单自由度机械手臂设计与调试 毕业设计（论文）

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1、指导教师评定成绩：审定成绩：重庆邮电大学自动化学院机械设计课程设计报告设计题目：单自由度机械手臂设计与调试单位（二级学院）：自动化学院专业：机械设计制造及其自动化班级：组别：第一组指导教师：仇国庆（余翠兰、赖勇、钱伯能、曹德智、龙宇、邓金池、廖德华、陈钱钢、孙惟立、陈友涛）设计时间：2010年12月重庆邮电大学自动化学院制目录一、前言3二、步进电机31.步进电动机的种类32.步进电动机的工作原理33.以四相步进电机为例4三、L297介绍51、L297的工作原理介绍52、L297参数值73、L297各引脚功能说明9

2、4、L297驱动相序的产生11四、功率放大芯片TIP12211五、控制电路121、89C52介绍122、主要功能特性123、管脚说明13六、驱动电路15七、系统软件151、编译软件keil152、软件代码16八、参考文献16一、前言机器人是二十世纪科技高速发展的的产物，各式各样的机器人已经出现在我们的身边，尤其是工业机器人即机械手臂的应用最为广泛，因此机械手臂的控制问题一直倍受科研工作者们的关注。机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事以及太空探索等

3、领域都能见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。机械手臂根据结构形式的不同分为多关节机械手臂，直角坐标系机械手臂，球坐标系机械手臂，极坐标机械手臂，柱坐标机械手臂等。  机械手臂上图为常见的六自由度机械手臂。他有X移动，Y移动，Z移动，X转动，Y转动，Z转动六个自由度组成。但是这次我们只研究单自由度的机械手臂。二、步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取

4、决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。1.步进电动机的种类目前常用的有三种步进电动机：(1)反应式步进电动机(VR)。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。(2)永磁式步进电动机(PM)。永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大。(3)混合式步进电动机(HB)。混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电

5、动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。2.步进电动机的工作原理图2三相反应式步进电动机的结构示意图1——定子 2——转子 3——定子绕组{{分页}}图2是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60º。各磁极上套有线圈，按图1连成A、B、C三相绕组。转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距为θE=360º/40=9º，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的

6、小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图2，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3º。因此，B、C极下的磁阻比A磁极下的磁阻大。若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3º；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B相绕组通电，而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作

7、用，转子按顺时针方向再转过3º。依次类推，当三相绕组按A→B→C→A顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3º的规律步进式转动起来。若改变通电顺序，按A→C→B→A顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3º的规律转动。因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角θb为30º。三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按AB→BC→CA→AB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按A→AB→B→BC→C→CA→A

8、顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算：θb=360º/NEr                                (1)式中Er——转子齿数；N——运行拍数，N=km，m为步进电动机的绕组相数，k=1或2。3.以四相步进电机为例以四相步进电机为例，四相步进电机采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适