一種四驅(qū)AGV搬運(yùn)車的懸架系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u348一種四驅(qū)AGV搬運(yùn)車的懸架系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)案例 1267091.1懸架系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 271491.1.1系統(tǒng)的機(jī)械構(gòu)成 2177371.1.2分析與計(jì)算 2173351.1.3機(jī)械結(jié)構(gòu)的建模 6174341.1.4動(dòng)力參數(shù)匹配計(jì)算 7200581.1.5動(dòng)力器件選型 7210061.1.6電池的選擇 9208731.1.7校核 1075601.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11234611.2.1最小系統(tǒng)相關(guān)元件 11303821.2.2原理圖設(shè)計(jì)及說(shuō)明 12129031.3電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊 12291671.1.1單個(gè)電機(jī)啟停控制 14204011.1.2單個(gè)電機(jī)速度控制 15174231.1.3電機(jī)轉(zhuǎn)角控制 18220051.4車身姿態(tài)檢測(cè)模塊 20193151.4.1傳感器選型 20166011.4.2車身姿態(tài)檢測(cè)電路 2163191.4.3車身姿態(tài)檢測(cè)模塊程序 22317501.4.4姿態(tài)與轉(zhuǎn)角換算 2363141.4.5車身姿態(tài)調(diào)整 2664531.4.6CAN接口設(shè)計(jì) 27217231.4.7人機(jī)接口設(shè)計(jì) 28266281.5電源電路設(shè)計(jì) 3088071.5.1相關(guān)元件介紹 3013051.5.2原理圖設(shè)計(jì)及說(shuō)明 301.1懸架系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1.1系統(tǒng)的機(jī)械構(gòu)成該懸架系統(tǒng)的機(jī)械部分最重要的就是支撐貨箱的四個(gè)支腿，另外由于工作空間的限制，因此支腿的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮的是如何在狹小空間把電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)。本系統(tǒng)采用伺服電動(dòng)缸作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電動(dòng)缸是液壓缸最好的替代品，因?yàn)殡妱?dòng)缸不僅能夠?qū)㈦姍C(jī)的螺旋傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為支腿的直線伸縮運(yùn)動(dòng)，而且也可承受的較大的載荷，能使調(diào)平后的平臺(tái)穩(wěn)定。調(diào)平支腿由伺服電機(jī)、行星減速機(jī)、梯形絲杠及絲杠螺母組成。電機(jī)通過(guò)減速機(jī)、驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)使得與絲杠螺母固定的調(diào)平腿缸體上下運(yùn)動(dòng)，起到升降的作用。工作原理為當(dāng)電機(jī)收到來(lái)自控制器也就是接收到脈沖信號(hào)后，電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)并通過(guò)同步帶或者同步螺母帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)一定的圈數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)支腿的升降運(yùn)動(dòng)，達(dá)到指定位置。也能實(shí)現(xiàn)較高的精度控制，因此越來(lái)越適用于各種工作場(chǎng)合。1.1.2分析與計(jì)算AGV搬運(yùn)車貨箱的尺寸如下：表1.1AGV貨箱尺寸長(zhǎng)寬高載重1500mm1200mm2000mm500KG根據(jù)此AGV搬運(yùn)車工作場(chǎng)合，對(duì)整車進(jìn)行力與力矩計(jì)算分析：載貨重量得到此AGV搬運(yùn)車不傾覆則需要懸架調(diào)整的最小角度為圖1.1受力示意圖由于高層住宅樓樓段高度不能小于2200mm，一般為3000mm，此AGV搬運(yùn)車所載的貨物一般都為大體積貨物，高度可達(dá)2000mm，因此對(duì)于此懸架系統(tǒng)的調(diào)平行程有很大的尺寸約束，經(jīng)計(jì)算在靜止?fàn)顟B(tài)下若要保證此AGV搬運(yùn)車不傾覆則需要的調(diào)整的最小角度為15°在AGV搬運(yùn)車上樓梯時(shí)，由于此AGV搬運(yùn)車為四驅(qū)故地面給車輪沿樓梯向上的切向力，地面給整車向后的摩擦力同理根據(jù)力矩平衡可得：載貨質(zhì)量AGV車質(zhì)量摩擦系數(shù)可得：=圖1.2受力示意圖同理在AGV搬運(yùn)車下樓梯時(shí)可得：因此對(duì)于伺服電動(dòng)缸的行程以及尺寸且對(duì)于此貨箱采用四點(diǎn)支撐，如下圖，貨物重量為500kg，故每個(gè)支撐腿最多可承載200kg，伺服電動(dòng)缸安裝方式采用尾部鉸接，此伺服電動(dòng)缸采用力姆泰克DMB系列伺服缸型號(hào)為DMB05300RC，具體參數(shù)如下：產(chǎn)品系列絲杠導(dǎo)程（mm）額定推力（KN）最大速度（mm/s）最大行程（mm）缸體重量（KG）DMB05533503007.9表1.2伺服電動(dòng)缸參數(shù)表圖1.3支撐點(diǎn)示意圖在懸架系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)缸作為支腿來(lái)調(diào)整車身姿態(tài)，其作用為將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為支腿的伸縮運(yùn)動(dòng)。支腿結(jié)構(gòu)如圖所示。圖1.4電動(dòng)缸結(jié)構(gòu)圖1.1.3機(jī)械結(jié)構(gòu)的建模圖1.5建模示意圖此結(jié)構(gòu)采用4個(gè)電動(dòng)缸作為支腿，滿足工作條件，搬運(yùn)車在爬樓梯時(shí)四個(gè)電動(dòng)缸前后差動(dòng)調(diào)整角度，使得AGV搬運(yùn)車穩(wěn)定運(yùn)行。在AGV搬運(yùn)車上樓時(shí)搬運(yùn)車前端兩個(gè)伺服電動(dòng)缸降低縮短行程，同時(shí)后端兩個(gè)伺服電動(dòng)缸同時(shí)升高。伺服電動(dòng)缸與貨箱和GAV車的底板都采用鉸接的方式。1.1.4動(dòng)力參數(shù)匹配計(jì)算伺服電機(jī)為支腿的升降提供動(dòng)力，伺服電機(jī)在工作時(shí)需要連接一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器一方面可以更方便的控制電機(jī)的啟停和速度，另一方面可把較弱的單片機(jī)輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為可供電機(jī)使用的信號(hào)。要使得AGV搬運(yùn)車在搬運(yùn)貨物不傾覆則需要的力矩為對(duì)AGV搬運(yùn)車后輪取矩：載貨重量向后的力矩向前的力矩本結(jié)構(gòu)采用四個(gè)伺服電動(dòng)缸，故每個(gè)電動(dòng)缸分擔(dān)的力矩為1.1.5動(dòng)力器件選型因?yàn)樵诠ぷ髡ｋ妷合?，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速是一定的速度若過(guò)高，則可能導(dǎo)致在調(diào)平時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，因此對(duì)于大多數(shù)伺服電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)速都過(guò)于快，因此需要減速機(jī)來(lái)減速增扭。減速機(jī)型號(hào)為AB090-010-S2-P2，則電機(jī)功率為：轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速減速機(jī)傳動(dòng)比為因此經(jīng)減速機(jī)降速增扭后具體參數(shù)如下圖所示，因此選用的伺服電機(jī)型號(hào)為110ST-04030-24V。電機(jī)型號(hào)額定功率（KW）額定轉(zhuǎn)速（rpm）最高轉(zhuǎn)速（rpm）額定扭矩（Nm）峰值扭矩（Nm）110ST-□04030-24V230003600927表1.3電機(jī)參數(shù)圖圖1.6電機(jī)外形尺寸圖1.1.6電池的選擇如今，蓄電池和鋰電池是工業(yè)場(chǎng)合中應(yīng)用比較廣泛的兩種電池。鋰離子電池是以鋰金屬為負(fù)極材料的電池。它的工作原理是電解質(zhì)溶液中鋰離子在正負(fù)極之間的運(yùn)動(dòng)。蓄電池又稱二次電池，能將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，并能充放電。它是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的一種。鋰電池的性能比電池好，但由于價(jià)格的原因，大多數(shù)用戶選擇蓄電池。鋰電池的使用壽命比鋰電池長(zhǎng)。在相同容量下，鋰電池的體積比較小，節(jié)約空間。電池放電低，電池可以長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，并且可以快速充放電。蓄電池具有記憶效應(yīng)，不能隨時(shí)充放電。自放電嚴(yán)重，不能長(zhǎng)時(shí)間大電流放電。因此在本系統(tǒng)中采用鉛酸蓄電池蓄電池放電電流與容量的關(guān)系遵循Peukert方程∶C=Int式中，C——容量（Ah）I——電流（A）t——時(shí)間（s，min或h）n——常數(shù)負(fù)載電流為10A，正常運(yùn)行時(shí)直流電壓為12V，基本計(jì)算如下：最大直流母線電壓Umax=12×1.15=11.8V最小直流母線電壓Umin=12×0.9=10.8V單體電壓為12的電池只數(shù)Umax/2.25（浮充電壓）=11.8/12.25=1.12約2只最低放電電壓UmIn/2=10.8/1=10.8V所要求的放電容量：Ct=10A×10H=100AH校正系數(shù)：K=0.018校正后的容量：Ce=100AH，因此選擇的型AM12-100蓄電池滿足要求。產(chǎn)品型號(hào)額定電壓容量長(zhǎng)(mm)寬(mm)高(mm)重量(kg)參考內(nèi)阻電池總數(shù)連接方式AM12-10012V-100AH32917222329.84.02串聯(lián)表1.4蓄電池參數(shù)表1.1.7校核電動(dòng)機(jī)和蓄電池選型確定，此時(shí)AGV整車重量為：表1.5AGV整車參數(shù)表長(zhǎng)寬高自重載重1200mm1000mm650mm1.03t500kg確定電機(jī)和蓄電池后，對(duì)整車再次進(jìn)行分析，校核，經(jīng)計(jì)算校核后，此電機(jī)與蓄電池尺寸約束滿足要求，懸架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)符合條件。已知電機(jī)功率p=2kw，轉(zhuǎn)速n=3000r/min,絲桿導(dǎo)程L=10mm,絲桿直徑d=16mm總推力=加速度（F=ma）+重力（或摩擦阻力）+30%余量自鎖性：滾珠絲桿不能自鎖，可選帶安全制動(dòng)的電機(jī)；滾珠絲桿副的導(dǎo)程Ph計(jì)算由表12-1-40中式（1）6mmL=10≧Ph符合導(dǎo)程要求速度滿足使用要求最大推力Fa=最大推力T=輸入電機(jī)扭矩N.mL=絲杠導(dǎo)程mA=減速比=傳動(dòng)效率（0.9~0.95）電機(jī)輸出扭矩=0.64N.m=361.7N.m球造型與滑塊設(shè)備總重F=274N受力符合要求1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2.1最小系統(tǒng)相關(guān)元件單片機(jī)又稱單片微控制器它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，可開(kāi)發(fā)多種功能，它是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講，一塊芯片僅相當(dāng)于一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。它可外接多種元器件拓展功能，它雖然體積小，但計(jì)算機(jī)的主要功能部件全部都含有，不但能進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，且能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算功能。本系統(tǒng)選用的是STC89C52RC單片機(jī)，是新一代增強(qiáng)型單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，帶ADC，四路PWM。單片機(jī)的最小系統(tǒng)是指單片機(jī)可以正常執(zhí)行程序，正常工作的最簡(jiǎn)單工作環(huán)境，例如點(diǎn)亮一顆LED的最小系統(tǒng)，正是因?yàn)橛辛藛纹瑱C(jī)的最小系統(tǒng)的保證，才可以使單片機(jī)正常工作，穩(wěn)定執(zhí)行其他程序，最小系統(tǒng)主要是三個(gè)方面：1、單片機(jī)的電源部分VCC/GND，2、時(shí)鐘電路為單片機(jī)提供一個(gè)頻率和幅度穩(wěn)定的脈沖序列，單片機(jī)以此脈沖將內(nèi)部電路協(xié)調(diào)一致，同步工作。當(dāng)然也是必不可少的一部分。3、復(fù)位信號(hào)，復(fù)位電路是一個(gè)輔助電路，一般在上電階段或者調(diào)試過(guò)程中起作用。復(fù)位電路多使用電容和電阻來(lái)搭建電路。相關(guān)原件清單：STC89C52RC1片按鍵1個(gè)10K電阻1個(gè)10uf3個(gè)12M晶振1個(gè)1.2.2原理圖設(shè)計(jì)及說(shuō)明單片機(jī)最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括三個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。復(fù)位電路：由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成，在系統(tǒng)上電階段，由圖可以知道，復(fù)位端產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的幾十毫秒的復(fù)位電平，并且，這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來(lái)決定。復(fù)位電路多使用電容和電阻搭建一個(gè)RC充電和放電電路。晶振電路：晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，他可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)在串聯(lián)一個(gè)電容，一般的晶振電路都是在一個(gè)反相放大器的兩端接入晶振，在有兩個(gè)電容，分別接到晶振的兩端。圖1.7單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖1.3電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模塊對(duì)于伺服電機(jī)而言，精確的控制離不開(kāi)伺服驅(qū)動(dòng)器，要想伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)需要脈沖信號(hào)，上文中對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行了分析，計(jì)算與選擇。下面將對(duì)電機(jī)控制做分述。首先我們對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行功能選型。伺服驅(qū)動(dòng)器是一種自動(dòng)設(shè)備，它接受指令信號(hào)并將其與伺服機(jī)構(gòu)的反饋進(jìn)行比較，又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來(lái)控制伺服電機(jī)的一種控制器，屬于伺服系統(tǒng)中極其重要的一部分，也是運(yùn)動(dòng)控制的重要組成部分，它的作用就是驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)使設(shè)備產(chǎn)生動(dòng)力而正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在極大多數(shù)工業(yè)領(lǐng)域中，對(duì)于伺服電機(jī)的控制都離不開(kāi)伺服驅(qū)動(dòng)器，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人，工廠車間及數(shù)控加工中心等自動(dòng)化設(shè)備中。一般是通過(guò)位置、速度和力矩三種方式對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制。伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)接受外部脈沖串，然后計(jì)算脈沖偏差通過(guò)脈沖偏差以及當(dāng)前的轉(zhuǎn)速去調(diào)整電壓的數(shù)值或者正弦波頻率，正弦波頻率決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速，不同的電流決定電機(jī)的扭矩。因?yàn)檎也l率比較低時(shí)，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率也比較低，也就是旋轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速慢。本課題選用的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是應(yīng)用較為廣泛的型號(hào)為IDS830。該伺服驅(qū)動(dòng)器本驅(qū)動(dòng)器提供位置、速度、扭矩三種基本操作模式。除了上述的基本控制方式外，驅(qū)動(dòng)器還提供RS232通訊控制方式、PWM控制、外部脈沖、CAN總線、RS485總線等控制方式，通訊控制方式時(shí)，無(wú)論是選擇任何一種控制模式，控制來(lái)源一定要選擇PC數(shù)字輸入。然后根據(jù)通訊的格式和驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，定位精度支持：1/4000,1/5000,1/10000。表1.4驅(qū)動(dòng)器電氣參數(shù)工作電壓24-60VDC輸出電流峰值30A額定轉(zhuǎn)速3000RPM，支持最高8000RPM控制方式外部脈沖、CAN總線、RS485總線、RS232通訊控制等，支持位置、速度和力矩模式異常保護(hù)具備欠壓、過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)流、位置偏差過(guò)大、編碼器異常等保護(hù)，報(bào)警開(kāi)集輸出接收頻率范圍600KHZ最高空載加速200RPM/ms適配電機(jī)24V/36V/48V低壓伺服電機(jī)、加裝編碼器的直流無(wú)刷電機(jī)或空心杯電機(jī)1.1.1單個(gè)電機(jī)啟?？刂飘?dāng)控制器給出一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)于電機(jī)的啟停，在控制時(shí)外部給一個(gè)脈沖信號(hào)，脈沖數(shù)的多少控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。對(duì)于伺服電機(jī)的控制有三種控制方式分別是、速度控制方式、轉(zhuǎn)矩控制方式、位置控制方式來(lái)控制，單片機(jī)通過(guò)給伺服電機(jī)給驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖信號(hào)，來(lái)控制伺服電機(jī)。對(duì)于伺服電機(jī)，它的后部帶有旋轉(zhuǎn)編碼器，作為一個(gè)半閉環(huán)控制的電機(jī)它有一定的閉環(huán)能力，因此電機(jī)才能精確的輸出，精確的反饋。伺服電機(jī)中旋轉(zhuǎn)編碼器隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器能反饋轉(zhuǎn)子的位移量，及就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，知道了轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)，通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器的計(jì)時(shí)便可得到伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外還有一種力矩控制方式，力矩控制相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，力矩控制不在乎電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，它只要保證輸出的扭矩大小。本系統(tǒng)采用伺服電機(jī)的位置控制模式。伺服電機(jī)接收到一定的脈沖信號(hào)相應(yīng)的伺服電機(jī)就會(huì)根據(jù)傳輸過(guò)來(lái)的脈沖信號(hào)旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的角度，伺服電機(jī)主要靠脈沖來(lái)定位，基本上可以這樣理解，不僅伺服電機(jī)可以接受脈沖信號(hào)同時(shí)編碼器也可以發(fā)送脈沖信號(hào)，這樣就形成了一個(gè)閉環(huán)，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于單個(gè)伺服電機(jī)的啟停控制，首先用按鍵表示脈沖輸入，則電機(jī)的啟?？刂瞥绦?yàn)椋憾xOutPutPWM(u8cnt)子程序voidOutPutPWM(u8cnt){u8temp;temp=RESOLUTION-cnt;while(cnt--)PWM=0;//高電平部分while(temp--)PWM=1;//低電平部分}

輸出PWM脈沖的程序?yàn)椋篿f(power)OutPutPWM(pwmcnt);elsePWM=1;啟?？刂瞥绦颍篠witch(key){case0:break;case1://啟停控制power=!power;if(power)LED1=0;else{LED1=1;MotorCtrl(0);}break;1.1.2單個(gè)電機(jī)速度控制對(duì)于電機(jī)的速度控制，以改變脈沖信號(hào)的占空比來(lái)控制輸出電壓的平均值，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的調(diào)速控制。通過(guò)對(duì)信號(hào)占空比的調(diào)整來(lái)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。控制伺服電機(jī)需要一個(gè)位控模塊。如果是位置控制，那么要控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速就是要控制控制器發(fā)送過(guò)來(lái)的脈沖頻率，也就是要控制從控制器經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送處理后的PWM波。脈沖頻率越高，速度越快。如果是速度控制模式，發(fā)送的是正負(fù)10伏模擬量信號(hào)，電壓值越大，那轉(zhuǎn)速越快。伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性。本系統(tǒng)采用PWM脈沖調(diào)寬法來(lái)對(duì)輸入脈沖進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速。簡(jiǎn)介：PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼的方法，通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)至用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)。及就是在一個(gè)周期中，高電平所對(duì)應(yīng)的寬度。對(duì)高電平所對(duì)應(yīng)的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制輸出電壓的作用，進(jìn)而控制速度。（2）調(diào)速原理：占空比表示了在一個(gè)周期T里，電壓導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。其變化范圍為0—1。在一個(gè)周期里面，我們通過(guò)調(diào)節(jié)這一個(gè)周期里面高電平的寬度，來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，占空比就表示了在一個(gè)周期里面，高電平所占的這一周期所占的比重，在電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值U取決于占空比的大小。比如說(shuō)在一個(gè)5V的輸入電壓，它的占空比是75%的高電平，25%的低電平，那么輸出的電壓就是1.75V。改變占空比的值就可以進(jìn)一步改變電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的。因此說(shuō)調(diào)速也就是通過(guò)調(diào)整端電壓值來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在PWM調(diào)速時(shí)，占空比是一個(gè)及其重要的參數(shù)。以下是3種方式都可以改變占空比的值。圖1.8占空比示意圖計(jì)算公式：占空比=ton/T定寬調(diào)平法調(diào)寬調(diào)平法定頻調(diào)寬法目前，在直流伺服電機(jī)控制中，主要使用定頻調(diào)寬法通過(guò)對(duì)信號(hào)占空比的調(diào)整來(lái)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)采用伺服電機(jī)的位置控制模式，通過(guò)外部輸入的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小。程序如下，可根據(jù)改變程序中的數(shù)值來(lái)達(dá)到PWM調(diào)速的目的：調(diào)速控制程序如下：bitpreP32;u8ZKB;Voidtimer0init();Voidmain(){Timer0-init();EA=1;While(1){If(P32==0&&PreP32==1)ZKB++;elseZKB=0;}preP32=P32;}VoidTimer0init()//1ms定時(shí)=1000us{TMOD=(TMOD&0XF0)I0x01;TH0=(65530-1000/1.085)/256;TL0=(65530-1000/1.085);TR0=1;ET0=1;}Voidtimer0()interrupt1{Staticu8cnt;TH0=(65530-1000/1.085)/256;TL0=(65530-1000/1.085);cnt++;If(cnt>ZKB)Cnt=0;If(cnt<1)}1.1.3電機(jī)轉(zhuǎn)角控制伺服電機(jī)是通過(guò)控制脈沖時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度，而電動(dòng)缸則是可以將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為支腿的伸縮運(yùn)動(dòng)因此對(duì)于支腿伸縮量的控制便是對(duì)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角控制。伺服電機(jī)接收到一定的脈沖信號(hào)就會(huì)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，基本上可以這樣理解，不僅伺服電機(jī)可以接受脈沖信號(hào)同時(shí)編碼器也可以發(fā)送脈沖信號(hào)，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。在本系統(tǒng)中支腿的伸縮長(zhǎng)度由電機(jī)的轉(zhuǎn)角控制，在調(diào)平系統(tǒng)中，前面經(jīng)過(guò)計(jì)算得到為防止搬運(yùn)車傾覆所需要調(diào)整的最小角度為18°因此在行程檢測(cè)中需要用到編碼器。編碼器一般有兩種類型，一種是增量式編碼器，另一種是絕對(duì)值編碼器；增量式編碼器一般是安裝在機(jī)械轉(zhuǎn)軸上，能夠按照刻度檢測(cè)旋轉(zhuǎn)件所在的一個(gè)位置，增量式編碼器量程只能是一圈。而絕對(duì)值編碼器精度比增量式編碼器高，無(wú)時(shí)無(wú)刻不在檢測(cè)所在位置，量程比較廣。因此本系統(tǒng)選用絕對(duì)是編碼器。絕對(duì)值編碼器是一種能檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角并將數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備的傳感器，絕對(duì)值編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，線數(shù)越多，分辨率越高。此模塊選用的絕對(duì)值編碼器為倍加福公司生產(chǎn)普遍應(yīng)用的的一款編碼器AHS58N絕對(duì)值編碼器，它的分辨率是13位，最大傳輸速率1MBit/s，2500線（脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)）。已知電機(jī)編碼器是2500線，電子齒輪比大約為1：則發(fā)一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1/2500圈，也就是0.14°單片機(jī)產(chǎn)生脈沖的程序段為：voidddjzm(uintn){for(i=0;i<n;i++){P0_7=0;delay(50);P0_7=1;delay(50);}}1.4車身姿態(tài)檢測(cè)模塊前面已經(jīng)對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制作了說(shuō)明，對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在AGV搬運(yùn)車工作時(shí)，懸架系統(tǒng)要能及時(shí)調(diào)整車身姿態(tài)保證車輛安全平穩(wěn)運(yùn)行，因此對(duì)于懸架系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要根據(jù)不同的工作場(chǎng)合進(jìn)行調(diào)整，對(duì)此下面將對(duì)AGV車身姿態(tài)檢測(cè)做說(shuō)明。1.4.1傳感器選型MPU9250是一個(gè)的復(fù)合芯片，它集成了很多功能，具有陀螺儀特性，加速度特性，電子陀螺儀特性，能讀取各個(gè)軸的數(shù)據(jù)，是一款9軸的運(yùn)動(dòng)跟蹤檢測(cè)裝置，在運(yùn)動(dòng)設(shè)備中很常用，他在的封裝中融合了3軸加速度，3軸陀螺儀以及數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器（DMP），數(shù)字運(yùn)動(dòng)處理器可將采集或者反饋到信息做處理，MPU9250兼容了MPU6515的功能，MPU9250是由三個(gè)獨(dú)立檢測(cè)“X、Y、Z”軸的MEMS構(gòu)成，功能齊全。其較突出的I2C方案，在12C主模式中，該芯片可以自己讀取到以下“X、Y、Z”的數(shù)據(jù)，可直接輸出9軸的全部數(shù)據(jù)。它有三種特性：分別是陀螺儀特性，加速度特性，電子羅盤特性。三軸陀螺儀特性工作起來(lái)比較耗電，而且編程量程可變。而加速度特性和電子羅盤特性相對(duì)來(lái)說(shuō)耗電不多都在幾百uA以內(nèi)，而加速度特性有兩個(gè)獨(dú)特的功能一個(gè)是用戶可編程中斷，一個(gè)是運(yùn)動(dòng)中斷喚醒功能。這個(gè)對(duì)于低功耗設(shè)備是很重要的，在我們需要使用到這個(gè)功能時(shí)，我們可以將其喚醒，在不需要時(shí)可一直處于休眠狀態(tài)。圖1.9加速度和陀螺儀的方向和極性圖1.10電子羅盤的方向它的引腳圖如下：圖1.11MPU9250引腳圖1.4.2車身姿態(tài)檢測(cè)電路本系統(tǒng)中采用九軸陀螺儀加上電子指南針來(lái)檢測(cè)車身姿態(tài)，MPU9250內(nèi)部集成有3軸陀螺儀、3軸加速度計(jì)、3軸電子羅盤，輸出信號(hào)都是16位的數(shù)字量，該模塊中用到了穩(wěn)壓芯片。圖1.12姿態(tài)檢測(cè)原理圖1.4.3車身姿態(tài)檢測(cè)模塊程序MPU9250讀取部分代碼如下：獲取車身三軸角速度三軸加速度ucharRead(ucharREG_Address)//將指定地址處的數(shù)據(jù)讀出來(lái)，然后返回。{ucharREG_data;//定義一個(gè)臨時(shí)uchar類型的變量--REG_dataI2C_Start();I2C_Send(SlaveAddress);//CPU向MPU9250發(fā)送該器件的地址I2C_Send(REG_Address);//然后CPU向MPU9250發(fā)送要讀取地址處的地址I2C_Start();I2C_Send(SlaveAddress+1);//CPU向MPU9250發(fā)送該器件的地址值加1后的地址，REG_data=I2C_Recv();//CPU接收來(lái)自MPU9250發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)I2C_SendACK(1);I2C_Stop();returnREG_data;//返回讀到的數(shù)REG_data}int16Getdata(ucharREG_Address){ucharH,L;//定義2個(gè)臨時(shí)uchar類型的變量--H和LH=Read(REG_Address);//將第一個(gè)地址處的數(shù)據(jù)讀出來(lái)，然后賦值給HL=Read(REG_Address+1);return(H<<8)+L;}1.4.4姿態(tài)與轉(zhuǎn)角換算本系統(tǒng)采用51單片機(jī)控制4個(gè)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，以達(dá)到控制支腿的升降從而保證四驅(qū)AGV搬運(yùn)車的安全運(yùn)行，由于采用的是伺服電機(jī)，理論上電機(jī)的速度越快對(duì)本系統(tǒng)越有利，因?yàn)殡姍C(jī)速度越快就越能縮短調(diào)平的時(shí)間，但在實(shí)際應(yīng)用中速度不能太快，首先受到調(diào)平精度的限制，如果速度過(guò)快一是可能會(huì)出現(xiàn)慣性力比較大的情況，對(duì)調(diào)平精度有影響，二是當(dāng)伺服電機(jī)上升到一定的速度時(shí)，轉(zhuǎn)矩會(huì)急速下降。這樣的話不僅在調(diào)平后電機(jī)不能夠自鎖，甚至在不能驅(qū)動(dòng)支腿上升等，從而影響工作穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)陀螺儀對(duì)步行梯傾角數(shù)據(jù)收集，可將數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，因此根據(jù)采集回來(lái)的傾角，單片機(jī)控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的角度，由于在步行梯中有很大的尺寸約束，單片機(jī)通過(guò)控制伺服電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制支撐腿的伸縮達(dá)到所需要調(diào)整的角度。經(jīng)過(guò)之前的計(jì)算得出在搬運(yùn)車工作時(shí)，懸架系統(tǒng)要對(duì)貨箱進(jìn)行角度調(diào)整，要調(diào)整的角度為18°，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果單片機(jī)要控制四個(gè)伺服電動(dòng)缸的伸縮從而調(diào)整平臺(tái)，由于所運(yùn)載的貨物體積大，故在調(diào)整角度是，伺服電動(dòng)缸的運(yùn)行速度不能過(guò)快，若過(guò)快則可能導(dǎo)致出現(xiàn)貨物中心不穩(wěn)，前后搖晃的情況，故對(duì)于伺服電機(jī)的控制要更精確，本系統(tǒng)采用的伺服電機(jī)控制器，在對(duì)于控制電機(jī)運(yùn)行速度方面由有更突出的特點(diǎn)。伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為3000r/min，3000r/60s=50r/s;該伺服電機(jī)編碼器分辨率為4080；電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)編碼器反饋脈沖頻率是4080×50r/s;；4）上位機(jī)發(fā)出的脈沖頻率=200×1000/s；5）當(dāng)上位機(jī)滿額發(fā)出脈沖時(shí)，伺服恰好額定速度運(yùn)行，這時(shí)的電子齒輪比：電子齒輪比=反饋脈沖頻率/上位機(jī)滿額發(fā)出脈沖頻率=（4080×50r/s）/200×1000/s=204000/200000=1.02已知電機(jī)編碼器是2500線，電子齒輪比大約為1：則發(fā)一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1/2500圈，也就是0.14°圖1.13支撐腿示意圖俯仰①：L1、L4伸長(zhǎng)相應(yīng)長(zhǎng)度，L2、L3不動(dòng)：當(dāng)檢測(cè)到車身傾角當(dāng)前為時(shí)，根據(jù)計(jì)算則需要調(diào)整到期望值為，則調(diào)整的角度為，才可使得AGV搬運(yùn)車安全運(yùn)行，已知同一側(cè)電動(dòng)缸之間距離為1200mm，絲杠螺距為10mm，根據(jù)三角關(guān)系可得需要的電動(dòng)缸伸長(zhǎng)。絲杠螺距為10mm，則絲杠需要轉(zhuǎn)動(dòng)25圈，減速比為N=60，則電機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)25N圈，即為1500圈。則電機(jī)轉(zhuǎn)角為：因此當(dāng)AGV搬運(yùn)車工作時(shí)檢測(cè)但樓梯傾角，則對(duì)應(yīng)控制調(diào)整的伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角度為：即需要的脈沖數(shù)為：②L1、L4收縮，L2、L3伸長(zhǎng)：車身姿態(tài)當(dāng)前值，期望值收縮80，則對(duì)應(yīng)絲杠需要轉(zhuǎn)動(dòng)=8圈，減速比，電機(jī)轉(zhuǎn)角為：伸長(zhǎng)，則對(duì)應(yīng)絲杠需要轉(zhuǎn)動(dòng) 圈，電機(jī)轉(zhuǎn)角為：翻滾當(dāng)車身姿態(tài)與水平面夾角為8°時(shí)，要使得安全運(yùn)行的期望值為與水平夾角為0°故調(diào)整角度為8°。根據(jù)三角關(guān)系可得需要伸長(zhǎng)83mm，對(duì)應(yīng)絲杠需要轉(zhuǎn)動(dòng)8.3圈，則電機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)8.3N圈，N=60，因此需要的電機(jī)轉(zhuǎn)角為推廣可得：已知車身姿態(tài)當(dāng)前值故需要調(diào)整的角度為則電缸需要的伸縮長(zhǎng)度為：則電機(jī)轉(zhuǎn)角為：1.4.5車身姿態(tài)調(diào)整由陀螺儀模塊采集到的傾角信息后，上面計(jì)算出了一些特定場(chǎng)合車身姿態(tài)下，懸架系統(tǒng)需要調(diào)整的角度，根據(jù)電動(dòng)缸伸縮長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)到伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，因此，對(duì)于車身姿態(tài)的調(diào)整就是對(duì)伺服電動(dòng)缸伸縮量的控制，也就是對(duì)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角的控制，因?yàn)榇藨壹芟到y(tǒng)采用四個(gè)支撐腿，故對(duì)于車身姿態(tài)的調(diào)整就是同時(shí)對(duì)四個(gè)伺服電機(jī)的控制。首先第一種情況就是：調(diào)整車身俯仰姿態(tài)，這兒有兩種情況，固定兩個(gè)電機(jī)不動(dòng)，另外一側(cè)的兩個(gè)電機(jī)同時(shí)調(diào)整對(duì)應(yīng)的角度。兩側(cè)的電機(jī)同時(shí)差動(dòng)調(diào)整，一側(cè)的電機(jī)控制的支腿升高，另外一側(cè)電機(jī)控制的支腿收縮，同時(shí)調(diào)整。在AGV搬運(yùn)車工作時(shí)在某一特定場(chǎng)合所遇到的樓梯傾角也不盡相同，因此此懸架系統(tǒng)需要根據(jù)不同的工作場(chǎng)合調(diào)整不同的角度，使得AGV搬運(yùn)車平穩(wěn)正常運(yùn)行。其次第二種情況就是:調(diào)整車身翻滾角；在AGV搬運(yùn)車工作時(shí)也可能遇到的情況是車身左右兩側(cè)高度不一，此時(shí)則需要調(diào)整左右兩側(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)角。車聲姿態(tài)調(diào)整硬件原理圖如下：伺服使能輸入用于伺服電機(jī)的使能或禁止。0V時(shí)驅(qū)動(dòng)器將切斷電機(jī)電源，使電機(jī)處于自由狀態(tài)不響應(yīng)脈沖。脈沖指令PULSE+脈沖信號(hào)：脈沖上升沿有效，高電平時(shí)4-5V，低電平時(shí)0-0.5V，脈沖寬度應(yīng)大于1.6us，脈沖指令PULSE-方向指令DIR+方向信號(hào)：DIR+與DIR-之間輸入高電平時(shí)反轉(zhuǎn)，反之正轉(zhuǎn)。方向信號(hào)應(yīng)先于脈沖信號(hào)至少5us建立，高電平時(shí)4-5V，低電平時(shí)0-0.5V。方向指令DIR-電機(jī)接口信息車聲姿態(tài)調(diào)整控制程序:voidmain(){Timer0_Init();//初始化定時(shí)器Uart_Init();EA=1;//打開(kāi)全局中斷Delay1ms(1000);//延時(shí)1swhile(1){Read_Key();//按動(dòng)一次按鍵執(zhí)行一次if(puss_key==1){MOTOR_Run_Angle(1,1,1);//電機(jī)1正轉(zhuǎn)開(kāi)啟MOTOR_Run_Angle(2,1,1);//電機(jī)2正轉(zhuǎn)開(kāi)啟MOTOR_Run_Angle(3,0,1);MOTOR_Run_Angle(4,0,1);Delay1ms(RUN_Angle*bili);//電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度MOTOR_Run_Angle(1,0,1);//電機(jī)關(guān)閉MOTOR_Run_Angle(2,0,1);//電機(jī)關(guān)閉MOTOR_Run_Angle(3,0,1);//電機(jī)關(guān)閉MOTOR_Run_Angle(4,0,1);//電機(jī)關(guān)閉puss_key=0;}}}1.4.6CAN接口設(shè)計(jì)基于CAN總線的系統(tǒng)主要由主控制器和數(shù)據(jù)采集與控制單元組成。CAN總線接口由三部分構(gòu)成，是微處理器，CAN控制器，收發(fā)器，上位機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的操作平臺(tái)，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元，各功能模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制功能；子模塊中，傳感器負(fù)責(zé)對(duì)車身姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，控制單元控制各模塊完成功