手指力學(xué)特性測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　虛擬力、觸覺(jué)再現(xiàn)是指操作者通過(guò)觸覺(jué)設(shè)備進(jìn)行觸摸、感知和操縱虛擬物體等一系列相互作用來(lái)獲得表征虛擬物體特性觸覺(jué)感知信息的過(guò)程。虛擬力觸覺(jué)再現(xiàn)在現(xiàn)代有許多的應(yīng)用，如外科手術(shù)訓(xùn)練仿真系統(tǒng)、遙操作機(jī)器人、CAD/CAD技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　在虛擬手交互過(guò)程中，用戶

2、若能感受到真實(shí)的作用力，有助于增強(qiáng)虛擬環(huán)境的沉浸感，提高用戶虛擬操作的效率[1]，當(dāng)虛擬手指在接觸、擠壓、觸摸物體時(shí)，用戶希望感知到虛擬物體表面的硬度、黏度和紋理等。虛擬手交互的接觸力是指一個(gè)或多個(gè)虛擬手指與物體表面接觸時(shí)手指感受的作用力，用來(lái)感知虛擬物體表面的粗糙度、硬度等物理屬性。</p><p>　　力/觸覺(jué)再現(xiàn)的主要研究?jī)?nèi)容分為虛擬物體的力/觸覺(jué)建模研究、力/觸覺(jué)再現(xiàn)的人機(jī)交互感知設(shè)備研究、人的力/觸覺(jué)心

3、理和生理特性研究。本課題主要是關(guān)于手指力學(xué)特性的研究以及其測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.1 手指力學(xué)建模</p><p>　　手指力學(xué)建模是力/觸覺(jué)再現(xiàn)技術(shù)中最為重要的環(huán)節(jié)，本質(zhì)上是一種基于物理約束的物體受力的變形模型，其所計(jì)算的作用力或變形應(yīng)當(dāng)盡可能接近真實(shí)世界中物體之間相互作用所產(chǎn)生的作用力或受力變形[2]。</p><p>　　一個(gè)物體突然發(fā)生應(yīng)變

4、，此后此應(yīng)變保持常數(shù)，該物體內(nèi)相應(yīng)的應(yīng)力隨時(shí)間而減小。這一現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛或簡(jiǎn)稱松弛。若一個(gè)物體突然受應(yīng)力的作用，此后稱此應(yīng)力保持常數(shù)，而該物體將繼續(xù)發(fā)生變形，這一現(xiàn)象稱為蠕變。若一個(gè)物體承受循環(huán)載荷，加載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系通常與卸載過(guò)程的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系存在某些差異，這一現(xiàn)象稱為滯后[3]。許多材料表現(xiàn)出滯后，松弛和蠕變的性質(zhì)。三者統(tǒng)稱為粘彈性特征。</p><p>　　線性粘彈性模型中，以Kelvin模型、Maxw

5、ell模型和Poynting-Thomson模型最為基本或傳統(tǒng), 其它模型則均是在上述模型的基礎(chǔ)上派生組合而成。這些模型都是由彈性常數(shù)µ的線性彈簧與粘性系數(shù)η的阻尼器組合構(gòu)成。因而, 通過(guò)這三種傳統(tǒng)粘彈性模型, 可以得出粘彈性模型比較一般性的特點(diǎn)[4]。</p><p>　　Maxwell模型表達(dá)的思想是：所有的流體在某種程度上都是彈性的。Kelvin曾指出，在各種承受循環(huán)載荷的材料中，計(jì)及能量耗散率時(shí)

6、，Maxwell模型和Voigt模型都不完善。通常稱Kelvin模型為標(biāo)準(zhǔn)線性模型，因?yàn)樗溯d荷，伸長(zhǎng)和它們的一階（通常叫做“線性”）導(dǎo)數(shù)的最一般關(guān)系式[5]。</p><p>　　Kelvin模型由彈簧(E)與粘性元件(η)并聯(lián)而成, 其本構(gòu)方程式為：</p><p>　　σ=Eε+ηε (1.1)</p><p&g

7、t;　　Maxwell模型由彈簧（E）與粘性元件(η) 串聯(lián)而成，其本構(gòu)方程式為：</p><p><b>　　(1.2)</b></p><p>　　Poynting-Thomson模型由彈簧（E2）與粘性元件(η) 串聯(lián)后再與彈簧（E1）并聯(lián)而成, 其本構(gòu)方程式為：</p><p><b>　　(1.3)</b><

8、;/p><p>　　非線性粘彈性模型, 就本構(gòu)方程式的形式而言, 類型也較多, 這里將寫出的是基于近年試驗(yàn)結(jié)果提出的可變量本構(gòu)方程式，該本構(gòu)方程式構(gòu)成如下：</p><p><b>　　(1.4)</b></p><p><b>　　(1.5)</b></p><p>　　1.2.手指力學(xué)研究現(xiàn)狀<

9、;/p><p>　　1．2．1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　粘彈性是材料的長(zhǎng)期力學(xué)行為，同時(shí)也是高溫等特殊條件下材料的一個(gè)重要性能指標(biāo)[6]。對(duì)粘彈性的研究是建立在適當(dāng)?shù)哪Ｐ突A(chǔ)之上，建立和改進(jìn)模型需要依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)際設(shè)計(jì)需要有關(guān)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)參數(shù)，因此近年來(lái)粘彈性實(shí)驗(yàn)研究受到學(xué)者們的普遍關(guān)注。 </p><p>　　近幾年來(lái)無(wú)論從復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)還是宏觀角度，

10、國(guó)內(nèi)外學(xué)者都對(duì)復(fù)合材料的粘彈性和相關(guān)性能進(jìn)行了大量卓有成效的研究工作。從研究方式上講大體可分為三類:一是理論研究，建立理論模型，如laws和Mclaughin運(yùn)用自洽方法導(dǎo)出復(fù)合材料的蠕變?nèi)崃康谋磉_(dá)式；S. Maghous. G J .Ger us在時(shí)間域中運(yùn)用均勻化方法，得到了粘彈性多層材料的有效松弛模量的表達(dá)式；二是蠕變實(shí)驗(yàn)研究，如Hashin針對(duì)某些碳纖維復(fù)合材料界面情況，考慮界面材料剪切行為服從Maxwel模型，利用實(shí)驗(yàn)研究了這

11、種粘彈性界面對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料有效性能的影響；三是結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立有限元計(jì)算模型，進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，如Brock一enbrough等人應(yīng)用有限元方法考察了纖維的排列方式對(duì)復(fù)合材料的總體粘彈性和塑性性能的影響[7]。 </p><p>　　1.2.2 目前主要存在的問(wèn)題</p><p>　　生命運(yùn)動(dòng)是包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電磁運(yùn)動(dòng)，化學(xué)運(yùn)動(dòng)等在內(nèi)的多種運(yùn)動(dòng)形式的綜合，而以位移為特征的

12、機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，是力學(xué)的本分。因此，對(duì)生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，必然涉及很多力學(xué)問(wèn)題，這就是生物力學(xué)的主題[8]。</p><p>　　因?yàn)樯锝M織具有粘彈性的特征，因此粘彈性模型在生物力學(xué)中特別有用。在實(shí)驗(yàn)室里確定松弛曲線和蠕變曲線十分容易[9]。若使用合適的實(shí)驗(yàn)機(jī)，也很容易確定出承受周期力作用的材料的復(fù)數(shù)模量。</p><p>　　正確選擇與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合的模型是關(guān)鍵問(wèn)題。流體力學(xué)和固體力學(xué)

13、的數(shù)目繁浩的文獻(xiàn)，大體上都是以理想方程為根據(jù)。而在生物界，材料的性能一般并不符合這些簡(jiǎn)單的關(guān)系式[10]。因此，通過(guò)材料實(shí)驗(yàn)以確定用簡(jiǎn)化的本構(gòu)方程式表述生物材料的性能，準(zhǔn)確到怎樣的程度，就是十分重要的了。</p><p>　　可能除過(guò)以下的三個(gè)方面外，生物材料的力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)與工業(yè)材料的實(shí)驗(yàn)在原則上并無(wú)差別：（1）取得生物材料的大試樣的可能性極少；（2）必須嚴(yán)格留意使試樣保持活性，并使其盡量保持活體狀態(tài)；（3）很多

14、生物材料是不均勻的。由于有這些特點(diǎn)，常常需要特殊的實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備[11]。</p><p>　　1.3 論文研究題目的提出</p><p>　　為了研究人類手指的粘彈性特征，我們需要進(jìn)行對(duì)人類手指的應(yīng)力測(cè)量，由于人類手指的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，論文的任務(wù)是設(shè)計(jì)出一個(gè)可以精確測(cè)量人類手指變形和受力的測(cè)量裝置。</p><p>　　2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及傳感器選型</p>

15、<p>　　2.1 測(cè)量裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　該測(cè)量裝置由力學(xué)傳感器、步進(jìn)電機(jī)和升降機(jī)構(gòu)等組成。其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。手指放在下平臺(tái)上，傳感器等測(cè)量裝置固定在升降機(jī)構(gòu)上，升降機(jī)構(gòu)沿Z 方向運(yùn)動(dòng)。測(cè)量平臺(tái)如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 手指力學(xué)測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　測(cè)量時(shí)，將手指放在下平臺(tái)上，調(diào)節(jié)好手指與上平臺(tái)

16、之間的距離，然后通過(guò)電機(jī)控制平臺(tái)下壓，力傳感器即開(kāi)始對(duì)手指所受的力進(jìn)行測(cè)量。力傳感器與配套的控制器相連，控制器通過(guò)USB總線或RS232-C總線與PC相連。</p><p>　　測(cè)量裝置的控制主要是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。裝置的主體是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與絲杠相連，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)升降機(jī)構(gòu)做Z方向運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　2.2力傳感器的選型</p><

17、;p>　　力傳感器選用-SBC系列精巧的按鈕式微型壓力傳感器，在這里采用了SBC100型微型壓力傳感器，該傳感器小巧輕便，不銹鋼材質(zhì)，NIST校準(zhǔn)證書(shū)，具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性能好、溫度漂移小、輸出對(duì)稱性好、結(jié)構(gòu)緊湊，規(guī)格齊全。</p><p>　　其外型圖及硬件條件分別如圖2.2及表2.1所示：</p><p>　　圖2.2 SBC100型微型壓力傳感器外型圖</p>

18、<p>　　表2 .1 SBC100型微型壓力傳感器硬件條件</p><p>　　力傳感器尺寸圖分別如圖2.3所示：</p><p>　　圖2.3 SBC100型微型壓力傳感器外型尺寸圖</p><p>　　3 測(cè)量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　3．1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　在測(cè)量裝

19、置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最主要的就是直線運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)絲杠，減少了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可提高精度[12]，絲杠螺母副將絲杠轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)軌做Z軸方向的運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　圖3.1 測(cè)量裝置外型圖</p><p>　　3.1.1 絲杠螺母副的選擇</p><p>　　螺旋傳動(dòng)是利用螺桿和螺母組成的螺旋

20、副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求的。他主要用于將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。螺旋運(yùn)動(dòng)根據(jù)螺紋副的摩擦情況，可以分為三類：滑動(dòng)螺旋，滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋[13]?；瑒?dòng)螺旋構(gòu)造簡(jiǎn)單。加工方便，易于自鎖，但摩擦大，效率低（一般為30%~40%），磨損快。低速時(shí)可能爬行，定位精度和軸向剛度較差。靜壓螺旋實(shí)際上是采用靜壓流體潤(rùn)滑的滑動(dòng)螺旋。靜壓螺旋傳動(dòng)效率可達(dá)99%，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要供油系統(tǒng)。滾珠絲杠傳動(dòng)是滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的一

21、種。他具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）傳動(dòng)效率高。滾珠絲杠傳遞系統(tǒng)的效率高達(dá)90%~98%，為傳統(tǒng)的滑動(dòng)絲杠系統(tǒng)的2~4倍，所以能以較小的轉(zhuǎn)矩獲得較大的推力。</p><p>　?。?）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，工作中摩擦阻力小，靈敏度高，啟動(dòng)是無(wú)顫動(dòng)。低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象，因此可精密的控制微量進(jìn)給。</p><p>　?。?）高精度。滾珠絲

22、杠傳動(dòng)系統(tǒng)中溫升較小，并可預(yù)緊消除軸向間隙和對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長(zhǎng)。因此可以獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。</p><p>　　（4）高耐用性。剛球滾動(dòng)接觸處均經(jīng)硬化（HRC58~63）處理，并經(jīng)精密磨削，運(yùn)動(dòng)過(guò)程屬純滾動(dòng)，小隊(duì)磨損甚微，故具有較高的使用壽命和精度保持性。</p><p>　?。?）高可靠性。與其他傳動(dòng)機(jī)械，液壓傳動(dòng)相比，滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低，維修保養(yǎng)也較簡(jiǎn)

23、單，只需進(jìn)行一般的潤(rùn)滑和防塵，還可在許多特殊場(chǎng)合下工作。</p><p>　　滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機(jī)床中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)常用的傳動(dòng)裝置。它以滾珠的滾動(dòng)代替絲桿螺母副中的滑動(dòng)，摩擦力小，具有良好的性能。</p><p><b>　　它的特點(diǎn)有：</b></p><p>　　（1）傳動(dòng)效率高：機(jī)械效率可高達(dá)92%~98%。</p>

24、<p>　?。?）摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動(dòng)代替了普通絲桿螺母副的滑動(dòng)。</p><p>　?。?）軸向間隙可消除：也是由于滾珠的作用，提高了系統(tǒng)的剛性。經(jīng)預(yù)緊后可消除間隙。</p><p>　?。?）使用壽命長(zhǎng)、制造成本高：主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料，表面經(jīng)熱處理后獲得高的硬度。</p><p>　　除此之外，目前很多廠家的滾珠絲杠產(chǎn)品已形成系列且規(guī)格齊

25、全，方便選用。鑒于此，我選擇滾珠絲杠來(lái)構(gòu)建平臺(tái)。絲杠的相關(guān)計(jì)算如下：</p><p>　?。?）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程：</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　式中：——滾珠絲杠副的導(dǎo)程，單位為mm</p><p>　　——工作臺(tái)最大移動(dòng)速度，單位為mm/min</p><

26、p>　　——電機(jī)最大轉(zhuǎn)速，單位為r/min</p><p>　　——電機(jī)至絲杠的傳動(dòng)比</p><p>　　假設(shè)工作臺(tái)最大移動(dòng)速度為20mm/s，即1200mm/min。初步選擇步距角為的步進(jìn)電機(jī)，這一系列的步進(jìn)電機(jī)工作頻率在1000pps~3000pps之間，取3000pps。則電機(jī)最大轉(zhuǎn)速</p><p>　　=450r/min

27、 (3.2)</p><p><b>　　(3.3)</b></p><p>　　查閱優(yōu)勵(lì)聶夫滾珠絲杠尺寸標(biāo)準(zhǔn)，選取絲杠導(dǎo)程為4mm。</p><p>　?。?）絲杠螺母副的預(yù)緊</p><p>　　常見(jiàn)的消除間隙和預(yù)緊的方法有以下三種結(jié)構(gòu)形式。</p><p>　　墊片消隙式。采用墊片式消隙

28、和預(yù)緊的結(jié)構(gòu)原理，用螺釘連接滾珠絲杠兩個(gè)螺母的凸緣，在凸緣間加墊片。調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消隙和產(chǎn)生預(yù)緊力的目的。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，剛度高，裝卸方便。但調(diào)整費(fèi)時(shí)，很難在一次修磨中調(diào)整完成，除非更換不同厚度的墊片，故僅適用與一般精度的數(shù)控機(jī)床。</p><p>　　螺紋消隙式。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，工作可靠，調(diào)整方便，故應(yīng)用較多。但調(diào)整精度較差，預(yù)緊力不能準(zhǔn)確控制。</p>

29、;<p>　　3）齒差消隙式。這種調(diào)整方式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，尺寸較大，但調(diào)整精確可靠，不會(huì)松動(dòng)。故目前在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用較廣。</p><p>　　滾珠絲杠副的軸向間隙，是指在無(wú)負(fù)載情況下的原始軸向間隙，和在負(fù)載作用下由于滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)的彈性變形，而引起螺母軸向位移量的總和。預(yù)緊是為了消除滾珠絲杠副的軸向間隙并提高其剛度，最終是為了達(dá)到定位精度的需要。預(yù)緊的方法有很多種，最普遍和常用的是雙螺母結(jié)構(gòu)

30、，在兩個(gè)螺母之間配有墊片來(lái)達(dá)到預(yù)緊。雙螺母預(yù)緊方式如圖所示，在一根絲杠上裝兩個(gè)螺母，通過(guò)墊片對(duì)其施加一定的預(yù)緊力Fa0.使?jié)L珠與滾道接觸處產(chǎn)生一定的預(yù)變形，這樣，滾珠絲杠副不論在哪一個(gè)方向承受軸向力，只有軸向力的大小在一定范圍內(nèi)，滾珠絲杠螺母副間都不會(huì)出現(xiàn)軸向間隙。還有一種預(yù)緊是在單螺母和絲杠間通過(guò)控制中徑，并調(diào)節(jié)增大剛球直徑，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)緊目的。四點(diǎn)接觸預(yù)緊方式如圖3.2與圖3.3所示。</p><p>　　圖3

31、.2 雙螺母預(yù)緊</p><p>　　圖3.3 四點(diǎn)接觸式預(yù)緊方式</p><p>　　本測(cè)量裝置選用雙螺母預(yù)緊方式。查優(yōu)勵(lì)聶夫滾珠絲杠尺寸標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)程4mm，底徑9.5mm的絲杠，其額定動(dòng)載荷Ca為4380N。根據(jù)下面公式可計(jì)算預(yù)緊載荷Fao:</p><p><b>　　(3.4)</b></p><p>　　其中ζ為

32、預(yù)緊系數(shù)，其值可查表3.1</p><p>　　表3.1 預(yù)緊系數(shù)表</p><p>　　本裝置中的絲杠承受輕載荷，故取ζ=0.05，則得預(yù)緊載荷</p><p>　　Fao= 0.05 *4380=219N (3.5)</p><p>　　絲杠結(jié)構(gòu)圖如圖3.4所示：</p><p>

33、;　　圖3.4 絲杠結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.1.2 滾珠絲杠的支承方式選擇</p><p>　　滾珠絲杠的支承方式主要有四種：</p><p>　?。?）兩端固定。這種支承方式適用于高轉(zhuǎn)速，高精度的情況，其結(jié)構(gòu)如圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5 兩端固定方式</p><p>　　（2）一端固定，一端

34、支承。適用于中等轉(zhuǎn)速，高精度的情況，其結(jié)構(gòu)如圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6 一端固定，一端支承方式</p><p>　　（3）兩端支承。適用于中等轉(zhuǎn)速，中等精度的情況，其結(jié)構(gòu)如圖3.7所示：</p><p>　　圖3.7 兩端支承方式</p><p>　?。?）一端固定，一端自由。適用于低轉(zhuǎn)速，中精度，短軸絲杠，其結(jié)構(gòu)如圖3.8

35、所示：</p><p>　　圖3.8 一端固定，一端自由方式</p><p>　　本文選擇兩端固定的支承方式。固定端具體結(jié)構(gòu)如圖3.9所示：</p><p>　　圖3.9 固定端剖視圖</p><p>　　3.1.3 軸承的選擇</p><p>　　與滑動(dòng)軸承比較，滾動(dòng)軸承有下列優(yōu)點(diǎn)：</p><p

36、>　?。?）摩擦系數(shù)小，啟動(dòng)力矩小，效率高（與混合潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承比較）。</p><p>　?。?）徑向游隙小，還可用預(yù)緊方法消除游隙，因此運(yùn)轉(zhuǎn)精度高。</p><p>　?。?）軸向尺寸（寬度）較小，可使機(jī)器的軸向尺寸緊湊。</p><p>　　（4）某些滾動(dòng)軸承能同時(shí)承受徑向與軸向載荷，因此可使機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，緊湊。</p><p>　

37、?。?）潤(rùn)滑簡(jiǎn)單，耗油量少，便于密封，易于維護(hù)。</p><p>　?。?）為標(biāo)準(zhǔn)件，互換性好，易于選用與更換，且成本較低。</p><p>　　各種結(jié)構(gòu)類型軸承由于不同的結(jié)構(gòu)特性，可適應(yīng)于不同的使用條件，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)自己的需要進(jìn)行選擇。通常選擇軸承類型時(shí)應(yīng)綜合考慮下列各主要因素： （1）載荷情況：載荷是選擇軸承最主要的依據(jù)，通常應(yīng)根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)選擇軸承。 

38、    （2）載荷大小：一般情況下，滾子軸承由于是線接觸，承載能力大，適于承受較大載荷；球軸承由于是點(diǎn)接觸，承載能力小，適用于輕、中等載荷。各種軸承載荷能力一般以額定載荷比表示。  （3）載荷方向：純徑向力作用，宜選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承，也可考慮選用調(diào)心軸承。純軸向載荷作用，選用推力球軸承或推力滾子軸承。徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸

39、承，這兩種軸承隨接觸角。增大承受軸向載荷能力提高。若徑向載荷較大而軸向載荷較小時(shí)，也可選用深溝球軸承和內(nèi)、外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承。若軸向載荷較大而徑向載荷較小時(shí)，可選用推力角接觸球軸承、推力圓錐滾子軸承。  （4）載荷性質(zhì)：有沖擊載荷時(shí)，宜選用滾子軸承。 （5）高速性能：一般摩擦力矩小、發(fā)熱量小的軸承高速性能好。球軸承比滾子軸承有較高的極限轉(zhuǎn)速，</p><p>　　除上述因素外，還應(yīng)考

40、慮軸承的工作環(huán)境溫度、軸承密封及對(duì)摩擦力矩、振動(dòng)、噪聲等的特殊要求。</p><p>　　滾動(dòng)軸承廣泛應(yīng)用于中速，中載和一般工作條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備中。儀器精密軸承多為微型深溝球軸承。本測(cè)量裝置要求精度較高，且所用軸承主要承受徑向載荷，故選用深溝球軸承。查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，根據(jù)GB/T276-1994，選擇內(nèi)徑為8的60000型深溝球軸承，軸承代號(hào)為628。軸承結(jié)構(gòu)圖如圖3.10所示：</p>&l

41、t;p>　　圖3.10 軸承結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.1.4 導(dǎo)軌的選擇</p><p>　　導(dǎo)軌主要是用來(lái)保證各運(yùn)動(dòng)部件的相對(duì)位置和和相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，以及用來(lái)承受載荷（包括工作臺(tái)、滑板部件的重量）[14]。依定位原理，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須限制運(yùn)動(dòng)件的5個(gè)自由度，而僅保留其按規(guī)定方向移動(dòng)的自由度[15]。對(duì)導(dǎo)軌的基本要求為：</p><p>　　方向精度——運(yùn)

42、動(dòng)件沿規(guī)定方向做直線運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確程度，它取決于導(dǎo)軌本身的直線度；</p><p>　　運(yùn)動(dòng)的靈便型和平穩(wěn)性——主要取決于導(dǎo)軌中的摩擦力和導(dǎo)軌表面的幾何形狀誤差；</p><p>　　對(duì)溫度變化的不敏感性——當(dāng)溫度變化時(shí)導(dǎo)軌仍能正常工作，即不“卡死”又不晃動(dòng)；</p><p>　　耐磨性——導(dǎo)軌在長(zhǎng)時(shí)間使用后不降低精度。它主要取決于相配材料、導(dǎo)軌表面粗糙度及表面硬化；&

43、lt;/p><p>　　結(jié)構(gòu)工藝性——導(dǎo)軌應(yīng)在保證儀器工作性能的條件下，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、裝修簡(jiǎn)易、造價(jià)低。</p><p>　　按摩擦性質(zhì)分，導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌、滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌和彈性摩擦導(dǎo)軌。</p><p>　　滑動(dòng)導(dǎo)軌是支承件和運(yùn)動(dòng)件直接接觸的導(dǎo)軌，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易且接觸剛度大。缺點(diǎn)是摩擦阻力大，磨損快?；瑒?dòng)摩擦導(dǎo)軌按承導(dǎo)面形狀可分為兩類：圓柱面滑動(dòng)摩

44、擦導(dǎo)軌和棱柱面滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌。圓柱面滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌的承導(dǎo)面是圓柱面。它的主要優(yōu)點(diǎn)是承導(dǎo)面的加工和檢驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，易于達(dá)到較高的精度。單一的圓柱面導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)件除可沿其軸線做直線運(yùn)動(dòng)外，還可繞其軸線運(yùn)動(dòng)，但這種轉(zhuǎn)動(dòng)必須消除。通常情況下多采用雙圓柱形式，它既能保證定位的要求。又同時(shí)能保證較好的承載能力。考慮到圓柱導(dǎo)軌工藝性較好且本測(cè)量裝置負(fù)載較輕，本裝置選用雙圓柱導(dǎo)軌形式。</p><p>　　3.1.5 聯(lián)軸器的選擇<

45、/p><p>　　聯(lián)軸器的選擇主要考慮所需傳遞軸轉(zhuǎn)速的高低、載荷的大小、被聯(lián)接兩部件的安裝精度等、回轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性、價(jià)格等，參考各類聯(lián)軸器的特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)： </p><p>　?。?）由于制造、安裝、受載變形和溫度變化等原因，當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對(duì)中。存在一定程度的 x、y方向位移和偏斜角C1。當(dāng)徑向位移較大時(shí)，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或

46、相交兩軸的聯(lián)接可選用萬(wàn)向聯(lián)軸器等。當(dāng)工作過(guò)程中兩軸產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。</p><p>　　（2）聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對(duì)于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。 </p><p>　?。?）所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖振動(dòng)功能的要求。例如，對(duì)大功率的重載傳動(dòng)，可選用齒式聯(lián)軸器。對(duì)嚴(yán)重沖擊載

47、荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳動(dòng)，可選用輪胎式聯(lián)軸器等。</p><p>　　絕大多數(shù)聯(lián)軸器均已標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化(見(jiàn)有關(guān)手冊(cè))。設(shè)計(jì)者的任務(wù)是選用，而不是設(shè)計(jì)。選用聯(lián)軸器的基本步驟如下：</p><p><b>　　選擇聯(lián)軸器的類型：</b></p><p>　　根據(jù)傳遞載荷的大小，軸轉(zhuǎn)速的高低，被聯(lián)接兩部件的安裝精度等，參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一

48、種合用的聯(lián)軸器類型。具體選擇時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)：</p><p>　?。?）所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及對(duì)緩沖減振功能的要求。例如，對(duì)大功率的重載傳動(dòng)，可選用齒式聯(lián)軸器；對(duì)嚴(yán)重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的傳動(dòng)，可選用輪胎式聯(lián)軸器等具有高彈性的聯(lián)軸器。</p><p>　?。?）聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小。對(duì)于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選用平衡精度高的聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器等，而不宜選用存

49、在偏心的滑塊聯(lián)軸器等。</p><p>　?。?）兩軸相對(duì)位移的大小和方向。當(dāng)安裝調(diào)整后，難以保持兩軸嚴(yán)格精確對(duì)中，或工作過(guò)程中兩軸將產(chǎn)生較大的附加相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器。例如當(dāng)徑向位移較大時(shí)，可選滑塊聯(lián)軸器，角位移較大或相交兩軸的聯(lián)接可選用萬(wàn)向聯(lián)軸器等。</p><p>　?。?）聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤(rùn)滑的聯(lián)軸器此較可靠；需要潤(rùn)滑的聯(lián)軸器，其性能易受潤(rùn)

50、滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯(lián)軸器對(duì)溫度、腐蝕性介質(zhì)及強(qiáng)光等比較敏感，而且容易老化。</p><p>　　（5）聯(lián)軸器的制造、安裝、維護(hù)和成本。在滿足便用性能的前提下，應(yīng)選用裝拆方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低的聯(lián)軸器。例如剛性聯(lián)軸器不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動(dòng)軸。一般的非金屬?gòu)椥栽?lián)軸器(例如彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、梅花形彈性聯(lián)軸器等)，由于具有良好的綜合能

51、力，廣泛適用于一般的中、小功率傳動(dòng)。</p><p>　　本測(cè)量裝置將電機(jī)軸與絲杠直接相連，減少了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，可提高測(cè)量裝置的精度。聯(lián)軸器是連接兩軸或軸和回轉(zhuǎn)件，在傳遞轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開(kāi)的一種裝置，在傳動(dòng)過(guò)程中不改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)矩的大小，這是各類聯(lián)軸器的共性功能。聯(lián)軸器連接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴(yán)格的對(duì)中，而是存在著某種程度的相對(duì)位移，相對(duì)位移的

52、基本形式如圖3.11所示：</p><p>　　圖3.11 被連接兩軸相對(duì)位移基本形式</p><p>　　圖中，（1）表示兩軸平行但中心線不在同一直線上，這時(shí)產(chǎn)生的偏差稱為徑向偏差。（2）表示安裝時(shí)兩軸互成一個(gè)角度，這時(shí)產(chǎn)生的偏差稱為角向偏差。（3）表示由于機(jī)械原因產(chǎn)生的軸間往復(fù)微動(dòng)的偏差，稱為軸向偏差。（4）表示的是前述三種偏差的組合，稱為復(fù)合偏差。</p><p&

53、gt;　　相對(duì)位移的存在，要求在設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí)，要從結(jié)構(gòu)上采取各種不同的措施，使之具有適應(yīng)一定范圍的相對(duì)位移的性能。根據(jù)對(duì)各種相對(duì)位移有無(wú)補(bǔ)償能力（即能否在發(fā)生相對(duì)位移條件下保持聯(lián)接的功能），聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器（無(wú)補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）兩大類。撓性聯(lián)軸器又可按是否具有彈性元件分為無(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩個(gè)類別。撓性聯(lián)軸器因其具有撓性，故可在不同程度上補(bǔ)償兩軸間某種相對(duì)位移。撓性聯(lián)軸器品種多，用量大

54、，是最常用的聯(lián)軸器。</p><p>　　十字滑塊聯(lián)軸器屬于撓性聯(lián)軸器[16]。十字滑塊聯(lián)軸器由兩個(gè)在端面上開(kāi)有凹槽的半聯(lián)軸器和一個(gè)兩面帶有凸牙的中間盤組成。因凸牙可在凹槽中滑動(dòng)，故可補(bǔ)償安裝及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩軸間的相對(duì)位移。十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)如圖3.12所示：</p><p>　　圖3.12 十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　十字滑塊聯(lián)軸器適用于多種場(chǎng)合，如轉(zhuǎn)速計(jì)

55、、編碼器、絲杠、機(jī)床、產(chǎn)業(yè)機(jī)械等。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便、容易安裝、節(jié)省時(shí)間、尺寸范圍廣、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，便于目測(cè)檢查，可電氣絕緣等。半聯(lián)軸器和中間盤之間的滑動(dòng)能容許大的徑向和角向偏差。</p><p>　　聯(lián)軸器的固定方式有如下幾種：</p><p>　　（1）定位螺絲固定：兩個(gè)定位螺絲間隔90°對(duì)所固定的軸進(jìn)行鎖緊，是一種傳統(tǒng)的固定方式。</p><p&g

56、t;　?。?）夾緊螺絲固定：利用內(nèi)六角螺栓擰緊的力量，使狹縫收縮，而將軸心緊緊夾持住。</p><p>　?。?）鍵槽型：這種類型與定位螺絲固定型一樣，是一種最傳統(tǒng)的固定方式，適合高扭矩的傳動(dòng)，為防止軸向滑動(dòng)，通常與定位螺絲固定型、夾緊螺絲固定型并用。</p><p>　?。?）復(fù)合固定方式：在聯(lián)軸器的固定中，采用兩種固定方式來(lái)進(jìn)行聯(lián)接固定稱為復(fù)合固定方式。</p><

57、p>　　查閱《聯(lián)軸器設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》，根據(jù)絲杠小端直徑選擇HL-24-06 型十字滑塊聯(lián)軸器，選用夾緊螺絲固定方式，聯(lián)軸器聯(lián)接電機(jī)和絲杠的效果見(jiàn)圖3.13：</p><p>　　圖3.13 聯(lián)軸器聯(lián)接圖</p><p>　　十字滑塊聯(lián)軸器產(chǎn)生的空程誤差，主要由于凸起部分和凹槽之間的配合間隙產(chǎn)生的，采用概率綜合法計(jì)算。</p><p><b>　　最大空

58、程誤差</b></p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　?。?） 最小空程誤差</p><p><b>　　(3.7)</b></p><p>　　式中：Δmax──最大間隙，單位為mm；</p><p>　　Δmin ──最小間隙，單位

59、為mm</p><p>　　r──聯(lián)軸器圓盤半徑，單位為mm</p><p>　　3.1.6 電機(jī)的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)或階躍電機(jī)，國(guó)外一般稱為Step motor或Stepping motor,Pulse motor,Stepper servo,Stepper等等。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)可簡(jiǎn)單的定義為：根

60、據(jù)輸入的脈沖信號(hào)，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)一定的角度（或長(zhǎng)度），若不改變勵(lì)磁狀態(tài)則保持一定位置而靜止的電動(dòng)機(jī)。從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)是一種受脈沖控制的無(wú)刷式直流電動(dòng)機(jī)，也可以看作是在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率同步的電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)如同普通電機(jī)，有轉(zhuǎn)子和定子，定子上有繞組，它們分為若干相，每像磁極上有極齒，轉(zhuǎn)子上也有若干個(gè)齒。當(dāng)某相定子繞組通以直流電激勵(lì)后，便能吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子上的齒與定子的該

61、相極齒對(duì)齊，而其他相定子齒與轉(zhuǎn)子錯(cuò)開(kāi)一個(gè)小的角度。當(dāng)各相繞組輪流通以電流時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的機(jī)電設(shè)備。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)分3種：永磁式，反應(yīng)式和混合式[17]。</p><p>　　永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)線圈。它的輸出轉(zhuǎn)距大，動(dòng)態(tài)性能好。轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。</p><p&

62、gt;　　反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。他的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。</p><p>　　混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，他的輸出轉(zhuǎn)距大，步距角小。與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，混合式步進(jìn)電機(jī)具有功耗低，輸出功率大，動(dòng)態(tài)性能好，運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲低，步距精度高等優(yōu)點(diǎn)?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)配合帶細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器，可獲得優(yōu)越的性能，因而在實(shí)際中獲得了廣泛的應(yīng)用。<

63、/p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)廉價(jià)。</p><p>　?。?）位移與輸入脈沖信號(hào)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期累積，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單又有一定精度的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，也可以在要求更高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　?。?）無(wú)刷，電機(jī)本體部件少，可靠性高。</p&

64、gt;<p>　?。?）易于啟動(dòng)，停止，正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性能好。</p><p>　　（5）停止時(shí)，有自鎖功能。</p><p>　?。?）步距角選擇范圍大，可在幾十度到180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通常可以在超低速下高轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行，通常不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。、</p><p>　?。?）速度可在相當(dāng)范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)?？捎靡慌_(tái)控制器控制幾臺(tái)電

65、動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)</p><p><b>　　行。</b></p><p>　　本測(cè)量裝置選用混合式步進(jìn)電機(jī)，初步選定步距角為0.9度。假設(shè)單個(gè)平臺(tái)質(zhì)量為3kg,傳感器及其固定裝置的質(zhì)量為1kg，則對(duì)于下平臺(tái)，其載荷為4kg，上平臺(tái)絲杠荷載：</p><p><b>　　(3.8)</b></p><p>

66、;　　其中9.8為重力加速度，0.1為摩擦系數(shù)。有工作載荷產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　　(3.9)</b></p><p>　　其中為導(dǎo)程，等于4mm,為機(jī)械效率，取0.9。由預(yù)緊載荷產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩：</p><p><b>　　(3.10)</b></p><p>　　其中為預(yù)緊載荷，等于

67、219N，為預(yù)緊螺母內(nèi)的摩擦系數(shù)，取0.2，則驅(qū)動(dòng)力矩：</p><p><b>　　(3.11)</b></p><p>　　一般要求不超過(guò)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的30%，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)，即要求不超過(guò)其保持轉(zhuǎn)矩的30%，即：</p><p><b>　　(3.12)</b></p><p>　　查閱《微特電機(jī)

68、應(yīng)用手冊(cè)》，選擇42BYG3430-0.9型步進(jìn)電機(jī)，其保持轉(zhuǎn)矩為，符合使用要求。</p><p>　　電機(jī)外形圖如圖3.14所示：</p><p>　　圖3.14 電機(jī)外形圖</p><p>　　3．2 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　升降機(jī)構(gòu)的作用是帶動(dòng)傳感器做Z方向的運(yùn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)三維圖如圖3.15所示：</p><

69、p>　　圖3.15 升降機(jī)構(gòu)三維圖</p><p>　　該機(jī)構(gòu)是通過(guò)絲杠與電機(jī)相連的一個(gè)滑塊，在滑塊與下平臺(tái)對(duì)應(yīng)的地方安裝一個(gè)傳感器，用以測(cè)量手指受到的壓力，通過(guò)控制電機(jī)使滑塊上下移動(dòng)來(lái)測(cè)量出手指上的作用力。</p><p><b>　　4 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本測(cè)量裝置的控制主要是針對(duì) X-Y 平臺(tái)內(nèi)的步進(jìn)電機(jī)的

70、控制。本裝置選用的步進(jìn)電機(jī)為42BYG3430-0.9 型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，該型步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.9°，保持轉(zhuǎn)矩為240×10-3N·m，額定電流為0.4A。</p><p>　　4.1 步進(jìn)電機(jī)工作原理</p><p>　　圖4.1為兩相步進(jìn)電機(jī)的工作原理示意圖，它有兩個(gè)繞組。當(dāng)一個(gè)繞組通電后，其定子磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，將轉(zhuǎn)子吸合到此磁極處。若繞組在控制脈沖

71、的作用下，通電方向順序按照A→ B→ A→ B四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；通電順序?yàn)锳→ B→ A→ B時(shí)，電機(jī)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂泼}沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即90°。四個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。脈沖頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快。</p><p>　　圖4.1 步進(jìn)電機(jī)工作原理圖</p><p>　　實(shí)際步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)要比圖4.1所示的模型復(fù)雜。其轉(zhuǎn)

72、子鐵芯和定子磁極上均有小齒，齒距相等[18]。步進(jìn)電機(jī)步距角的大小由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、控制繞組的相數(shù)和通電方式?jīng)Q定，它們之間存在以下關(guān)系：</p><p><b>　　(4.1)</b></p><p>　　其中θa為步距角，m為步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)，C為通電狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)單極性通電時(shí)C=1，而雙極性通電時(shí)C=2，Zr為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)。控制繞組通電狀態(tài)的改變是由外加輸入脈沖驅(qū)動(dòng)電

73、路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每當(dāng)外電路送入一個(gè)脈沖，控制繞組的通電狀態(tài)即改變一次，與此對(duì)應(yīng)的是步進(jìn)電機(jī)將轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角。因此步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的步距角數(shù)等于外加脈沖數(shù)，則步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　　(4.2)</b></p><p>　　式中，f為步進(jìn)電機(jī)通電的脈沖頻率，單位為Hz；n為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。</p><p>　　步進(jìn)

74、電機(jī)的轉(zhuǎn)速用步距角表示，則為：</p><p><b>　　(4.3)</b></p><p>　　由上面三式可知，電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)越多，步距角就越小，電機(jī)在脈沖頻率一定時(shí)的轉(zhuǎn)速也越低。當(dāng)電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)一定時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和輸入的脈沖頻率成正比。因此，改變輸入的脈沖頻率就可以改變轉(zhuǎn)速，改變通電狀態(tài)順序就可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。</p><p&g

75、t;　　4.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制策略綜述</p><p>　　要確保步進(jìn)電機(jī)性能，它的驅(qū)動(dòng)與控制是至關(guān)重要的[19]。下面對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制原理進(jìn)行介紹。</p><p>　　4.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作[20]。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路完成由弱電到強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換和放大，也就是將邏輯電平信號(hào)變換成電機(jī)繞組所需的

76、具有一定功率的電流脈沖信號(hào)。驅(qū)動(dòng)控制電路由環(huán)形分配器和功率放大器組成。環(huán)形分配器是用于控制步進(jìn)電機(jī)的通電方式的，其作用是將控制器送來(lái)的一系列指令脈沖按照一定的順序和分配方式加到功率放大器上，控制各相繞組的通電、斷電。環(huán)形分配器功能可由硬件或軟件產(chǎn)生，硬件環(huán)形分配器是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和控制方式設(shè)計(jì)的。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖4.2。當(dāng)給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖信號(hào)和一個(gè)正方向信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過(guò)環(huán)形分配器和功率放大后，給電機(jī)繞組通電的順序?yàn)锳→

77、B→ A→ B，其四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；若方向信號(hào)變?yōu)樨?fù)時(shí)，通電時(shí)序就變?yōu)锳→ B→ A→ B，電機(jī)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，功率放大電路由單電壓電路、高低壓電路發(fā)展到現(xiàn)在的斬波電路。其基本原理是：在電機(jī)繞組回路中，串聯(lián)一個(gè)電流檢測(cè)回路，當(dāng)繞組電流降低到某一下限值時(shí)，電流檢測(cè)回路發(fā)出信號(hào)，控制高壓開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，讓高電壓再次作用在繞組上，使繞組電流重新上升；當(dāng)電流回升

78、到上限值時(shí)，高壓電源又自動(dòng)斷開(kāi)。重復(fù)上述過(guò)程，使繞組電流的平均值恒定，電流波形的波頂維持在預(yù)定數(shù)值上，解決了高低壓電路在低頻段工作時(shí)電流下凹的問(wèn)題，使電機(jī)在低頻段力矩增大。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)一定時(shí)，供給驅(qū)動(dòng)器的電壓值對(duì)電機(jī)性能影響較大，電壓越高，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高、加速度越大；在驅(qū)動(dòng)器上一般有相電流調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)，相電流設(shè)的越大，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高、力矩越大。</p><p>　　圖4.

79、2 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖</p><p>　　4.2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制方式</p><p>　　根據(jù)輸出電壓極性的不同，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)及其控制電路可分為兩類：一類是單極性驅(qū)動(dòng)電路，適用于電磁轉(zhuǎn)矩與電流極性無(wú)關(guān)的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；另一類是雙極性驅(qū)動(dòng)電路，適用于與電磁轉(zhuǎn)矩和電流極性有關(guān)的永磁式或混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。就具體電路型式而言，常見(jiàn)的有單極性驅(qū)動(dòng)電路、雙極性驅(qū)動(dòng)電路、高低壓驅(qū)動(dòng)電

80、路、斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路、雙繞組電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路、調(diào)頻調(diào)壓型驅(qū)動(dòng)電路、細(xì)分(或微步)控制電路等。下面主要對(duì)雙極性驅(qū)動(dòng)、高低壓驅(qū)動(dòng)、調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)和細(xì)分控制等進(jìn)行介紹。</p><p><b>　　雙極性驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　雙極性驅(qū)動(dòng)電路采用H橋結(jié)構(gòu)，每相繞組驅(qū)動(dòng)電路由四個(gè)開(kāi)關(guān)管構(gòu)成。每相繞組電流可以獨(dú)立控制，而且在續(xù)流階段，能實(shí)現(xiàn)能量回饋。因此，雙極性驅(qū)動(dòng)電

81、路效率高，特別適用于大功率步進(jìn)電機(jī)，但電機(jī)繞組相數(shù)增多時(shí)，所需功率器件增多，成本升高。</p><p><b>　　高低壓驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　高低壓驅(qū)動(dòng)電路中，在開(kāi)通或關(guān)斷時(shí)使用高電壓，以縮短電流的上升和下降時(shí)間，而導(dǎo)通期間則采用低電壓，以維持繞組電流。該控制的優(yōu)點(diǎn)是在很寬的頻段內(nèi)保證相繞組有較大的平均電流，在截止時(shí)又能迅速泄放，并實(shí)現(xiàn)能量回饋，電磁轉(zhuǎn)矩

82、較大且較穩(wěn)定，系統(tǒng)有較高的響應(yīng)；不足之處是低頻時(shí)電機(jī)振動(dòng)噪聲大，低頻共振現(xiàn)象存在。</p><p><b>　　調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)</b></p><p>　　調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)方式是20世紀(jì)80年代對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式研究的重要成果。這種方式采用脈寬調(diào)制改變驅(qū)動(dòng)器功率電路的入端電壓值，使電動(dòng)機(jī)繞組電壓在低頻時(shí)較低，在高頻時(shí)較高，采用不同的頻率—電壓控制關(guān)系可以得到不同的力矩特性。

83、這種方法在步進(jìn)電機(jī)的低速阻尼和高速運(yùn)行的矛盾要求之間做出折中，可以使步進(jìn)電機(jī)在整個(gè)步進(jìn)頻域內(nèi)具有較好的性能。</p><p><b>　　細(xì)分控制</b></p><p>　　細(xì)分控制將步進(jìn)電機(jī)的固定步距角變?yōu)榭删幊虒?shí)現(xiàn)的任意步距角，能夠在一定程度上抑制震蕩，改善電機(jī)性能。細(xì)分驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的一次飛躍，它是在對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行機(jī)理深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上提出的。細(xì)分驅(qū)動(dòng)技

84、術(shù)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研究，逐步發(fā)展到90年代完全成熟。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行需要各相電流滿足一定的時(shí)序要求，而電磁力的大小與繞組通電電流的大小有關(guān)，如果繞組中電流不再是方波，而是一個(gè)分成n個(gè)臺(tái)階的近似階梯波，電機(jī)每運(yùn)行一個(gè)階梯即轉(zhuǎn)動(dòng)一步。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)n小步時(shí)，實(shí)際上相當(dāng)于轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，這就是所謂的細(xì)分。</p><p>　　4.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)</p>&

85、lt;p>　　4.3.1 系統(tǒng)概述</p><p>　　本系統(tǒng)主要由上位機(jī)、AT89S52單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4.3所示。其中，上位機(jī)是PC機(jī)，將用戶輸入的控制命令通過(guò)串行口輸出到下位的AT89S52單片機(jī)，單片機(jī)按照上位機(jī)的命令，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照預(yù)先設(shè)定好的路徑運(yùn)行。各單片機(jī)接收到上位機(jī)發(fā)出的指令后，由單片機(jī)通過(guò)軟件編程來(lái)控制X電機(jī)和Y電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方

86、向、步數(shù)和速度，達(dá)到自動(dòng)定位的目的。</p><p>　　圖4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　一般的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路較多采用斬波恒流驅(qū)動(dòng)方式，由于這種方式利用邏輯環(huán)節(jié)控制器件的通斷，采用的器件較多，所以電路設(shè)計(jì)較復(fù)雜，不易達(dá)到穩(wěn)定[21]。本裝置采用UC3842芯片生成步進(jìn)電機(jī)的PWM步進(jìn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，既能使步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確快速地?fù)Q向，又能通過(guò)構(gòu)成電流反饋閉環(huán)使電流達(dá)到恒定。&

87、lt;/p><p>　　4.3.2 硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)的硬件電路由通信模塊、控制信號(hào)發(fā)生模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。</p><p><b>　　通信模塊</b></p><p>　　由于本系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不多，為此采用了簡(jiǎn)單易用的串行通信方式。雖然PC機(jī)和AT89S52單片機(jī)上都有串行口，但是并不

88、能直接把它們相連，必須先要解決電平轉(zhuǎn)換問(wèn)題。</p><p>　　完成TTL和RS232C電平邏輯轉(zhuǎn)換的方法很多，一般是選用集成電路芯片。本裝置中，選用MAX232轉(zhuǎn)換出RS232C作為電平轉(zhuǎn)換的器件，經(jīng)MAX232轉(zhuǎn)換出RS232C串行信號(hào)，便可建立與PC機(jī)的RS232C通信連接。</p><p><b>　　控制信號(hào)發(fā)生模塊</b></p><

89、p>　　本系統(tǒng)中，采用環(huán)形分配器PMM8713產(chǎn)生控制信號(hào)，再通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。PMM8713是日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器，它采用DIP16封裝 ,適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。PMM8713在控制二相或四相步進(jìn)電機(jī)時(shí)都可選擇三種勵(lì)磁方式(1相勵(lì)磁 ,2相勵(lì)磁 ,1 - 2相勵(lì)磁三種勵(lì)磁方式之一) , 每相最小的拉電流和灌電流為 20mA 。它有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。選用單脈沖輸入法，

90、如圖4.4所示，圖中的CK為時(shí)鐘脈沖輸入，步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向由U/D的高、低電位決定。</p><p>　　圖4.4 環(huán)形分配器接口電路</p><p><b>　　驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路采用的是PWM閉環(huán)恒流驅(qū)動(dòng)方式。恒流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想是設(shè)法使</p><p>　　通過(guò)導(dǎo)通相繞組的電流不

91、論在鎖定、低頻、或高頻工作時(shí)均保持額定值，使電機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩的輸出特性[22]。這是目前使用較多，效果較好的一種功率接口電路。</p><p>　　斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路如圖4.5所示。圖中主開(kāi)關(guān)T2的發(fā)射極與地之間接一取樣電阻R，通過(guò)電阻R檢測(cè)繞組中的電流大小。將給定電壓uc與取樣電阻上的電壓比較，一旦uc高于取樣電阻上的電壓，則比較器輸出高電平。若此時(shí)控制脈沖ui為高電平，主開(kāi)關(guān)T1、T2同時(shí)導(dǎo)通，電源向相繞組供電，

92、繞組電流增加，電阻R的電壓也相應(yīng)升高。當(dāng)R上的電壓超過(guò)uc時(shí)，比較器輸出低電平，在與門的作用下，T1截止，相繞組中通過(guò)D1、D2續(xù)流，電流減小，電阻R上的電壓也相應(yīng)地減小。一旦電阻R上的電壓低于uc，則比較器重新輸出高電平，主開(kāi)關(guān)T又恢復(fù)導(dǎo)通，電源又向相繞組供電，這樣反復(fù)循環(huán)，直至ui為低電平為止。此時(shí)，T1、T2均截止。</p><p>　　圖4.5 斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　

93、　斬波恒流驅(qū)動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)：由于使用了電流反饋，繞組電流可以恒定，且不隨電機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化，從而保證在很大的頻率范圍內(nèi)電機(jī)都能輸出恒定的轉(zhuǎn)矩，這樣，高頻響應(yīng)大大提高，且輸出轉(zhuǎn)矩均勻，電源效率高。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用UC3842為脈沖調(diào)制驅(qū)動(dòng)芯片，芯片管腳見(jiàn)圖4.6。</p><p>　　圖4.6 UC3842管腳圖</p><p>　　PMM8713輸出信號(hào)

94、與UC3842的1腳相連，UC3842的6腳輸出步進(jìn)脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)。為防止步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)干擾單片機(jī)的工作，還必須在單片機(jī)輸出口和驅(qū)動(dòng)電路之間加一隔離電路。這里使用光耦合器來(lái)達(dá)到光電隔離的目的。</p><p>　　（4）步進(jìn)電機(jī)的限位保護(hù)</p><p>　　X-Y平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍是有限制的，當(dāng)電機(jī)走到每個(gè)極限位置時(shí)，就不能繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，否則，將會(huì)引起機(jī)械的損傷[23]。為了避免這一情況

95、的發(fā)生，在分平臺(tái)的左右端各安裝一個(gè)限位開(kāi)關(guān)。</p><p>　　4.3.3 軟件程序設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件部分分為上位機(jī)程序和單片機(jī)程序兩部分。其中上位機(jī)程序主要是通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)用戶界面和串口通信功能；單片機(jī)程序除了串口編程，更重要的是產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)。</p><p><b>　　上位機(jī)編程</b></p><

96、p>　　上位機(jī)程序可以使用VB編寫，利用MSComm控件通過(guò)串口給下位機(jī)傳送數(shù)</p><p>　　據(jù)。通過(guò)用戶界面，用戶可以輸入兩臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)，這些電機(jī)的控制命令被通過(guò)串口送到下位單片機(jī)，由單片機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按照命令運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p><b>　?。?）單片機(jī)編程</b></p><p>　　上

97、位機(jī)通過(guò)串口發(fā)送給單片機(jī)的數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過(guò)中斷方式接受并保存。串行口設(shè)置為工作方式1，一幀數(shù)據(jù)為10位，定時(shí)器T1為通信產(chǎn)生時(shí)序信號(hào)控制其波特率。</p><p>　　接收程序中，在串口中斷服務(wù)子程序中保存接收的數(shù)據(jù)到預(yù)定的存儲(chǔ)區(qū)域。在以后的控制中，可以從這些存儲(chǔ)區(qū)域中獲得各臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行要求，從而控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的最高起動(dòng)頻率一般為幾百赫茲到三四千赫茲，而最

98、高運(yùn)行頻率則可達(dá)到幾萬(wàn)赫茲[24]。以超過(guò)最高起動(dòng)頻率的頻率直接起動(dòng)，將出現(xiàn)“失步”現(xiàn)象。而對(duì)于正在快速旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)電機(jī)，若到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，立即停發(fā)脈沖，令其立即準(zhǔn)確鎖定，也是很難實(shí)現(xiàn)的；由于慣性，電機(jī)往往會(huì)沖過(guò)頭，也會(huì)出現(xiàn)“失步”現(xiàn)象[25]。</p><p>　　加減速定位控制的方法可以充分發(fā)揮步進(jìn)電機(jī)的潛力，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的定位過(guò)程如圖4.7所示，通過(guò)加速—恒定高速—減速—恒定低速—鎖定，就可以既快又穩(wěn)地準(zhǔn)確定位。

99、本系統(tǒng)的加減速規(guī)律采用直線規(guī)律，這樣計(jì)算起來(lái)比較簡(jiǎn)單。加速過(guò)程與減速過(guò)程的斜率相等。這里關(guān)鍵的是要保證總步數(shù)要符合給定值， 即總步數(shù)N=N1+N2+N3+N4。那么在軟件設(shè)計(jì)中為了保證總步數(shù)不出錯(cuò)，要建立隨時(shí)校核總步數(shù)是否達(dá)到給定值的機(jī)制。</p><p>　　圖4.7 加減速定位過(guò)程</p><p>　　本程序的關(guān)鍵是定時(shí)器中斷服務(wù)程序，它主要做三件事情：使步進(jìn)電機(jī)走一步，累計(jì)轉(zhuǎn)過(guò)的步數(shù)

100、，向定時(shí)器送下一個(gè)延時(shí)參數(shù)。整個(gè)定時(shí)器中斷服務(wù)程序的運(yùn)行時(shí)間必須比走步脈沖間隔短。在電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，運(yùn)算可能來(lái)不及，可以采用查表方式查出每一檔頻率所需要的裝載值。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)主要包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩部分。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主要設(shè)計(jì)了X-Y 工作臺(tái)和滑塊機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，給出了控制

101、框圖。</p><p>　　本測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，參考了一些成熟產(chǎn)品的技術(shù)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，參考借鑒前人的研究成果，可以少走彎路，縮短了設(shè)計(jì)周期。</p><p>　　基于降低成本和易于實(shí)現(xiàn)的考慮，本測(cè)量裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方法都比較簡(jiǎn)單，這也在一定程度上影響了系統(tǒng)的綜合性能。比如X-Y 平臺(tái)使用的圓柱形導(dǎo)軌，雖然制造簡(jiǎn)單，成本較低，但比較容易磨損，磨損后精度下降。又如控制系統(tǒng)采用開(kāi)環(huán)控制，

102、雖然系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但精度與閉環(huán)控制還有差距。若加裝光電編碼器引入反饋，則系統(tǒng)的控制精度可以得到提升。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文的研究工作是在我的導(dǎo)師孫中圣老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的，在我的論文的研究工作中傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)使我深受啟迪。導(dǎo)師對(duì)于細(xì)節(jié)的重視尤其讓我難忘。從尊敬的導(dǎo)

103、師身上，我不僅學(xué)到了扎實(shí)、寬廣的專業(yè)知識(shí)，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。</p><p>　　在此，向所有關(guān)心和幫助過(guò)我的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)、朋友和家人表示由衷的謝意。</p><p>　　同時(shí)，衷心的感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b><

104、;/p><p>　　[1] MASSIE T H , SAL ISBURY J K. The PHAN To Mhaptic interface : a device for probing virtual objects[C]Proceedings of the ASME Dynamic Systems and Control Division. Chicago :ASME ,1994 .</p>&

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109、06，（6）：187-189．</p><p>　　[13] 王華坤，范元?jiǎng)祝畽C(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]．北京：兵器工業(yè)出版社，2001：299-230．</p><p>　　[14] 趙躍進(jìn)，何獻(xiàn)忠．精密機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，2003：204-208．</p><p>　　[15] 李蕾，崔建國(guó)．精密機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：

110、237-240．</p><p>　　[16] 文斌．聯(lián)軸器設(shè)計(jì)選用手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：3-5．</p><p>　　[17] 黃大緒，于方，常力斌，等．微特電機(jī)應(yīng)用手冊(cè)[M]．福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2007：359-361．</p><p>　　[18] 趙鐵彥，何小剛．兩相混合步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)研究[J]．科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，