AT89S51单片机全地形八足机器人机械手的设计(7)
(3)腰关节电机和手爪电机所承受扭矩远远小于肘关节和肩关节
由计算得知腰关节、肩关节肘关节中肩关节所承受的扭矩最大，其值约为26N/m，而手爪电机对扭矩要求不高，从步进电机输出最大扭矩和经济适用性角度考虑得出：腰部回转关节、肩关节和肘关节采用56BYG250D-0241型号的步进电机，而手爪驱动采用42BYG250C-0501型号的步进电机，表2.2为56BYG250D-0241和42BYG250C-0501的相关参数。
电机型号 相数 步距角
(°) 相电流
(A) 保持转矩
(n*m) 转动惯量
(g*cm²) 重量
(Kg) 外形尺寸
（mm）
56BYG250D-0241 2 0.9 2.2 1.72 460 1 56x56x76
42BYG250C-0501 2 0.9 1.5 0.54 82 0.36 42x42x48
表2.2为56BYG250D-0241和42BYG250C-0501的相关参数
图2.6 所用步进电机的实物图与原理图
2.4 传动方式
2.4.1 减速比的确定
由于一般的电机驱动系统输出的力矩较小，需要通过传动机构来增加力矩，必须在电机和关节之间安装减速装置，56BYG250D-0241型号的步进电机最大输出扭矩为1.72N/m，为了使其达到满足驱动要求决定，腰关节和电机间减速比为1:5，肩关节和电机间的减速比为1:20，肘关节和电机间的减速比为1:5,手爪电机直接驱动。
2.4.2传动方式的确定
传动机构的一般要求有[8]：
(1)结构紧凑，即具有相同的传动功率和传动比时体积最小，重量最轻；
(2)传动刚度大，即由驱动器的输出轴到连杆关节的转轴在相同的扭矩时角度变形要小，这样可以提高整机的固有频率，并大大减轻整机的低频振动； (3)回差要小，即由正转到反转时空行程要小，这样可得到较高的位置控制精度； (4)寿命长、价格低。
本文所选用的电机都采用了电机和齿轮轮系一体化的设计，结构紧凑，具有很强的带负载能力，但是不能通过电机直接驱动各个连杆的运动。为减小机构运行过程的冲击和振动，并且不降低控制精度，腰部回转关节、肩关节和肘关节都采用了齿形带传动，由于机械手爪所需的的力矩不是很大，所以手爪部分决定用步进电机直接配合凸轮来驱动。
1. 腰部回转关节、肘关节的传动方式
腰部关节、肘关节和电机间的传动采用一级减速传动，减速比为1:5，传动方式为齿形带传动，齿形带传动是同步带的一种，用来传递平行轴间的运动或将回转运动转换成直线运动，
齿形带传动原理如图2.7所示。
图2.7齿形带传动原理齿轮带的传动比计算公式为
图2.8 肘关节和肩关节传动装置图
2.肩关节与电机间的传动方式:
肩关节和电机间采用二级减速传动，电机输出力矩经过一级齿轮传动减速后，再通过二级齿形带传动减速来驱动关节转动。一级减速比为1:4，二级减速比为1:5，整个减速比为1:20。
2.机械手爪与电机间的传动方式
手抓电机采用步进电机转头和凸轮连接控制手爪连杆的来回运动，从而达到是手爪开合的效果，简单、方便，节省空间，具体实现如图2.8所示：
图2.9 手爪部分驱动机构
3 电控系统硬件设计
随着材料科学、工艺技术、计算机技术的发展与进步，电路系统向着集成度极高的方向发展。CPU的生产制造技术，也朝着综合性、技术性、实用性发展。如CPU的运算位数从4位、8位 到32位机的发展，运算速度从8 MHz、32 MHz到1.6 GHz。可以说是日新月异的发展着。其中单片机在控制系统中的应用是越来越普遍了。单片机控制系统是以单片机（CPU）为核心部件，扩展一些外部接口和设备，组成单片机工业控制机，主要用于工业过程控制。要进行单片机系统设计首先必须具有一定的硬件基础知识；其次，需要具有一定的软件设计能力，能够根据系统的要求，灵活地设计出所需要的程序；第三，具有综合运用知识的能力。