自动发卡手臂说明书-大学毕业设计.doc

毕业设计（论文）

题目： 自动机械手臂设计

系 别 航空与机械工程系
专业名称 机械设计制造及其自动化
班级学号 108102305
学生姓名 程正伟
指导教师 邢普

二O一四 年 五 月

毕业设计（论文）任务书

I、毕业设计(论文)题目：

自动发卡机械手臂设计

II、毕 业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：

卡片宽度、长度 (mm*mm) 54X86
厚度(mm)0.7-0.95
每次储存一张卡，感测小车的距离自动调整手臂位置。手臂位置调整时，发卡机构始
保持水平。
电机功率(W)／电压(v)／转速(r／min) 90／24／60
外形尺寸 与发卡机头配合。

III、毕 业设计(论文)工作内容及完成时间：
1.开题报告、外文资料翻译（不少于6000字符） 第1-2周
2．运动及动力参数计算 第3-5周
3．发卡机械手臂总体设计 第6-8周
4．转位调整机构、出卡机构设计计算 第9-11周
5.用三维软件对系统进行实体建模和设计 第12-13周
6．绘制装配图，零、部件图 第14-15周
7.毕业论文撰写、答辩准备及论文答辩 第16-17周

Ⅳ 、主 要参考资料：
[1] 路峰等 多位置精密定位机械式转位机构 专利号 ZL 200820123960.7

[2] 温丽斯 曾藴仪 发卡机的拨卡机构 专利 ZL200620154347.2
[3] 贾恒石,旋转伸出式无人值守自动发卡机 专利申请好 201010130680.0

[4] 王开来 一种卡片封装机的转盘送卡机构 专利 ZL200520060965.6
[5]V. Ya. Bulanov,etc. Effect of diamond dressing on the state of the surface . layers of

high-speed steel cutting tools Materials Science, Volume 4, Number 6 / 1972.11

航空与机械工程 系 机械设计制造及其自动化 专业类 1081023班

学生（签名）：

填写日期： 2014 年 5 月 17 日

指导教师（签名）：

助理指导教师(并指出所负责的部分)：

航空与机械工程 系（室）主任（签名）：

附注:任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。

学士学位论文原创性声明
本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名： 日期：2014年5月20日

学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

作者签名： 日期：2014年5月20日

导师签名： 日期：2014年5月20日

自动发卡机械手臂设计

学生姓名：程正伟 班级：1081023
指导老师：邢普

摘要：机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备, 具有很高的灵活度与耐力度和作业准确性，并具备在恶劣的环境中完成作业的能力，因而广泛应用于各个行业中，已经成为许多行业中不可或缺的设备。
高速公路发卡机作为现代化高速公路系统中的关键设备，具有无人值守、自动发卡和废卡回收等作用。高速公路发卡机可以通过系统控制自动出卡，缩短收费站服务频率。
本论文主要针对发卡机上的发卡机械手臂进行设计。并对出卡机构的出卡运动进行仿真设计。自动发卡手臂的作用在于，由于司机停车位置不当，手拿不到卡的情况下，发卡机的机械手臂就可以有效地进行转位调整，方便司机按键取卡。
论文设计的自动发卡手臂由自动转位机构和发卡机构组成。在研究发卡机出卡机理的基础上，利用SolidWorks或ug软件，对自动转位机构和出卡机构进行实体建模和动态仿真。设计的发卡手臂对于解决高速公路入口拥堵，提高公路运输效率具有重要的意义。

关键词：机械手、自动化、发卡机、出卡机构

指导老师签名：

Automatic hairpin mechanical arm design

Student Name: Cheng Zheng Wei Class: 1081023
Supervisor: Xing pu

Abstract: Manipulator is in recent decades developed a kind of high-tech automated production equipment, has the very high flexibility and good strength and accuracy, and have the ability to finish the homework in the harsh environment, and therefore is widely used in various industries, has become the indispensable equipment in many industry.
Highway card machine as the key equipment in modern highway system, unattended, automatic card issuing and waste recycling, and so on. Highway card machine can automatically by the system control card, shorten the toll station service frequency.
This paper mainly aims at the card of card machine mechanical arm to carry on the design. And the card of a card mechanism movement simulation design. The role of automatic hairpin arm is that due to the inappropriate position of the driver who stops, hands get card, credit card machine mechanical arm can effectively adjust transposition, convenient take card driver button.
Paper design of the automatic hairpin arm consists of automatic indexing mechanism and card issuers. On the the card issuing machine mechanism, on the basis of using SolidWorks or ug software, the automatic indexing mechanism and the card institution entity modeling and dynamic simulation. Design of hairpin arm for solving highway entrance congestion, improve the efficiency of road transportation is of great importance.

Keywords:manipulator,automation,card machine,card institution

Signature of Supervisor:

目 录

1 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 研究依据 2
1.3 国内外研究概况及发展趋势 2
1.4 研究内容及实验方案 3
2 自动发卡机械手臂总体结构设计 5
2.1 机械手臂主要组成零件 5
2.1.1轴承座 5
2.2.2 转臂 6
2.2 机械手臂其他零件 7
2.2.1 齿轮的设计 7
2.2.2 传感器 10
3 转位调整机构结构的设计 12
3.1系统介绍 12
3.1.1驱动系统 12
3.1.2控制系统 13
3.1.3位置检测装置 14
3.2机械手的分类 14
3.3机械手臂转位方式 16
3.4机械手臂转位要求 16
4 自动发卡机械手臂结构设计 17
4.1出卡机构出卡方式的设计 17
4.1.1卷卡出卡方式 17
4.2出卡机构中其他主要部分的相关设计 18
4.2.1弹簧压紧底板 18
4.2.2步进电动机 18
4.3步进电动机的选用 19
4.3.1所选步进电动机的相关资料 23

4.4发卡机的电源部分的介绍 25
5 发卡机出卡机构结构设计 27
5.1出卡机构的总体结构及其运动分析 27
5.1.1出卡机构的结构 27
5.2出卡机构各主要传动零件的结构设计 28
5.2.1摩擦轮的设计 28
5.2.2传动轴的设计及校核 29
5.3自动机械手臂总体结构设计二维图 30
6 结论 32
致 谢 33
参考文献 34

南昌航空大学科技学院2014届学生学位论文
自动发卡机械手臂设计

1 绪论

1.1引言
近些年来，随着国民经济的发展和车辆数量的不断增加，高速公路收费站在车流量较大的情况下时常出现拥堵。这不仅增加了收费站车辆的延误时间，而且增大了车辆的运行成本，还增加了汽车尾气的排放。如何利用先进技术解决大车流量下高速公路出入口车辆堵塞，提高高速公路的通行效率，减少人力成本，降低收费员的劳动强度，已成为高速公路收费管理系统建设工作和社会各方面密切关注的焦点，国内福建、江西、四川、山东等省部分高速公路运营单位均先后尝试采用了IC 通行卡自动发卡机收费技术，并收到了良好的效果。 
    相对于传统手工收费模式，采用IC无人值守自动发卡机在运营管理上的优势十分明显。主要体现在： 
 (1)入口人员取消，节约人员费用。每个入口车道可减少几名收费员，从而减少直接费用。  
 (2)自动完成发卡全部工作，发卡机完成读写、计数、发出动作，大幅度提高了效率，在减少相关配置人员的同时，也减少了卡的污损和丢失。  
(3)降低管理成本，改善运营环境，提高管理水平。IC卡在车道间直接周转，避免收费员与管理员之间的人工交接，减少了工作量，缩短了交班时间，系统通过设备管卡，避免了各种人为因素的影响，进而消除了丢卡、作弊的可能。  
(4)实现车道间卡的直接周转，大量减少系统用卡量。IC卡在车道间直接周转使用，当班可多次循环，加快卡的周转，提高利用率，节省大笔购卡费用，经济效益显著。   
(5)服务质量客观，不受人为因素影响，卡机全天运转，不休息，不换班。   
(6)成为现代化高速公路的靓丽风景，整洁规范，具有良好的窗口形象。    
(7)取消收费亭、收费岛，可以绿化、美化环境。  
(8)在加快高速公路入口通行能力的同时，可以将原入口的人员补充到新增出口，或者把主要精力放到闲置外场车流引导上，缓解通行压力
(9)机械手臂的应用也将会越来越广泛,机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备，作业的准确性和环境中完成作业的能力。而在司机手不够长，拿不到卡的情况下，发卡机的机械手臂就可以有效地进行转位调整，使司机拿到卡。

1.2 研究依据
高速公路收费的通行介质循环流通使用的IC卡，促进了高速公路收费系统的自动化和智能化得发展，而全自动收/发卡机的应用对IC卡的管理来说是革命性的。在高速公路联网收费系统中采用全自动收发卡机，收费员不直接与卡接触，卡的管理完全由卡机自动完成，做到人卡分离，并实现对每一张通行卡实施有效跟踪管理，克服了以往的偷卡、丢卡。并且发卡机的转位调整机构，在其基础上进行大幅度的改良，特别是在手与卡之间的距离思路上，在设计中通过激光传感调整出卡口的位置，保证了发卡的可靠性。

1.3 国内外研究概况及发展趋势
国内的全自动无人值守发卡机设计研发尚处于发展阶段，已经有数十家公司及科研机构正在进行该项目的研发及专利申报，但是运用于实际的产品却并不多，大多数产品还是依赖国外进口技术。例如广东省电子技术研究所在2009年提交了一种具有废卡回收功能的发卡机构的专利申请，2010年国家知识产权局又授权了一种带承载托板的收发卡机构的专利项目。早在2007年石家庄泛安科技开发有限公司就已经设计制造成功了V8259系列无人值守全发卡机并已经在广东部分地区的高速路段投入使用。年前，沪首台高速发卡机试用，从上海市市政养护部门获悉，上海高速公路第一台全发卡机在G1501沪嘉嘉定城区收费站投入试用，车辆通过收费口的时间减少3至5秒。
据高速公路工作人员介绍，最新投入的发卡机结合了自动识别车型、记录车牌信息和发通行卡三大功能。配有红外线感应柱和摄像机在操作时，能对车辆车型进行识别，迅速抓拍到车辆照片。所有信息自动储存在通行卡上，至出口处直接交卡即可完成缴费。
V8259 系列无人值守全发卡机是一种具有高度自动化 IC 卡管理水平的机电设备。应用于高速公路入口、停车场入口，提供无人值守发卡功能。车辆经过发卡机时，司机按动发卡按钮，根据语音提示取得 IC 卡后，方可通行。其中V8259GF/GH/H 型是 V8259 系列中的几款代表产品。V8259GF/GH 型无人值守全发卡机为固定卡夹型全发卡机，使用此卡机可在入口直接将出口车道收回在 IC卡箱内的散卡，由人工装入入口无人值守发卡机内置的固定卡夹内，装载后通过“标志卡”刷卡，通知收费站发卡机的每一个固定卡夹内的 IC 卡数量。K8259H 卡道可伸缩型无人值守卡机，是国内无人值守卡机领域的又一次飞跃，开创了人性化卡机设计的先河。为了方便司机取卡，K8259型无人值守全发卡机将发卡道设计成活动卡道，司机取卡时自动伸出卡道，按下发卡机的发卡按钮，根据语音提示取得 IC 卡，取卡后通行，卡机自动缩回卡道。该设备采用无人值守发卡机和车牌自动识别相接合的技术方案，使得无人值守发卡车道的车牌输入成为可能，发放通行的 IC 卡上自动记录车辆的车牌信息，防止了 IC 卡的换卡、倒卡等舞弊现象。但这种卡箱整体伸缩的发卡机，由于体积较大在伸缩的时候容易碰撞到取卡车辆。且伸缩距离太短，作用有限。
本文中的发卡机出卡机构主要运用了卷卡出卡方式，发卡机转位调整机构运用了机械手臂旋转调整方式。
发展趋势：由于社会经济的不断发展，我国的机动车使用数量越来越多，导致城市的交通拥堵越来越严重，同时，机动车数量的迅速增长对高速公路收费系统也造成了很大的压力，传统的人工收费、现金收费方式已经落伍，想要确保高速公路车道收费系统快速有效的运行，就必须设计并实现更符合实际的现代化高速公路车道收费系统。在高速公路里程迅速增长的背景下，对收费管理，交通控制，安全管理的要求日益提高，提高运输效率、降低运输成本的要求日益迫切。利用各种高新技术，特别是电子信息技术来提高管理效率、交通效率和保障安全，成为当前交通管理的主要方向。而高速公路收费系统是高速公路的重要组成部分，是高速公路业主回收投资的重要保障，常用的封闭式高速公路收费系统利用通行卡或通行票来标示车辆，在高速公路出口根据在通行卡中记录的车辆进入路段信息进行收费。
无人值守发卡机是智能交通的基本组成构件之一，将IC卡读写、发放、存储、计数、整理等功能集成一体，既能完成业务需求，又可以代替人工管理，不再需要工作人员清点、整理、交接卡、大幅度提高了工作效率，同时缩短了交班时间，减少了相关人员配置和点卡机等设备的使用。但由于在机器试用过程中还存在机器局部设计缺陷、短期成本较高、诸多问题，至今还未在全国范围普及使用。
综上所述，在未来的高速公路管理中，发卡机必定占有主导地位，相关部门对这类机器的研究投入也会相应加大，这类机器的品种也会如雨后春笋一般逐渐增多，功能同样也会越加齐全。现代高速公路急需一种可靠地自动发卡结构来取代封闭式的人工发卡，本文的研究具有较强的科研价值和现实意义。

1.4 研究内容和实验方案 
针对目前大部分高速公路收费系统存在的系统收费介质落后或依靠人力导致高速公路运行欠流畅而且浪费人力资源的问题，本文提出了一种以非接触IC卡为收费介质，通过自动发卡机自动发卡的系统的设计与实现方法。本系统所使用的技术对其它使用非接触IC卡为收费介质的其它交通收费系统也有一定的借鉴意义。在这样的框架结构和设计思想的指导下，本文的主要研究内容是： 
(1)针对现有大部分高速公路收费系统的不足之处，阐述一种以非接触IC 卡为收费介质的新型自动发卡系统设计，提出设计方法。 
(2)系统需要对自动发卡机设备的软硬件进行设计。 
以非接触 IC 卡读写技术为核心，构建一种性能可靠，具有较高性价比的高速公路自动发卡系统，从而更好的提高高速公路运行的流畅性。本次设计拟定研究流程为：     
(1)确定设计方向，了解高速公路自动发卡机的使用情况，确定自动发卡机带来的效率，确定自动发卡机的设计方向。 
(2)文献查阅，阅读国关于自动发卡技术的相关文献，IC 卡读写技术资料，计算机数据库等书籍。 
(3)完成设计，系统设计包括两方面：一方面确定系统的硬件组成和工作流程；另一方面进行专用设备的软硬件设计。
本设计课题主要是自动发卡机出卡机构及转位调整机构的产品结构设计。本次出卡机构是研究发卡机出卡口部位的工作原理及各零件的设计要求，而转位调整机构是以研究机械手臂，了解转位的调整过程及其原理。还要对当今市场上的各种发卡机进行广泛的调查、研究等实践工作，用以收集高速公路发卡机出卡机构的各种资料，在指导老师的细心教导下，通过对各种发卡机或类似产品进行分析对比，吸取部分优点，分析发卡机的实用性、可靠性等多种性能，并在关键问题上进行改良。首先根据卡片尺寸要求和发卡机基本功能要求对发卡机各零部件进行简要的设计，部分零件的材料和尺寸可以与同类产品相同。在基础设计完成后开始软件三维建模，在此选用ug软件对发卡机卡出机构中各零件的进行三维建模设计，并按照实际装配约束要求进行装配。在此过程中，添加控制系统的工作原理，结合发卡机出卡机构的结构特点，选择传感器等控制系统零部件的安装位置，形成一个完整的出卡系统。并且，根据机械手驱动系统的工作原理，设计一个能够完美达到调位要求的转位装置。
在机械自动化技术高度发展的今天，对发卡机的研究及其有关的学科和领域仍是值得深入研究的课题，具有很大的应用价值和现实意义。

2 发卡机械手臂总体结构设计

2.1机械手臂主要组成零件

2.1.1轴承座

设计要求：
1.功能性的要求
轴承座是整个机械手的基础，对全部运动件起支撑作用，底面固定在基础上，转筒与轴承臂切合。工作时轴承臂转动，实现出卡口的转位，要求转位灵活，定位准确，工作协调。

2.适应性要求
为便于调整，适应转位角度不同的要求，起止位置要方便调整，要求设置可调式定位机构。

2.1.2转臂

转臂是支承被出卡机构的重要部件。转臂的作用是通过导轨所施加的力进行转动，使得出卡口到达所要调整的位置。
工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。

2.2 机械手臂其他零件
2.2.1齿轮的设计
已知齿轮传动的最大转矩为，由于在传动过程中，机构对轴向力没有过多的要求，不用考虑过大的屈服极限，所以选取最简单的选取圆柱直齿轮。在齿轮材料选择上，本文中选取小齿轮材料为40Cr调质，齿面平均硬度取280HBS，齿数为20，模数同样为1.25.齿宽与低速大齿轮相同。而大齿轮材料选用选用45号钢，调质处理，硬度为240HBS。
根据上文选择的电机圆柱低速齿轮的设计及校核，将大齿轮齿数选取较大值主要是为了便于直接安装电机驱动齿轮，不会与出卡机构其他构件相冲突，要实现三个摩擦轮实现联动，还需要一个小型中转齿轮配合传动，本文选取第三级圆柱直齿齿轮的相关参数如下。
对于模数的选择，模数越大，疲劳强度越差，由于发卡机出卡机构力的作用较小，冲击载荷不大，本文选用较小的模数和较大的齿数，这样不仅可以增大重合度、改善传动的平稳性，还能够减少金属切削量，节省制造费用。在此齿轮模数选取m=1.25，压力角为。低速级大齿轮选取，高速级小齿轮选取。齿轮且低速级大齿轮的分度圆直径为
表3-2 大齿轮的基本参数
基本参数
符号、计算公式
数值
齿数

40
模数

1.25
压力角
α
20°
齿顶高

1.25
径向间隙

0.25
轮毂直径

10
轴孔直径

10
计算分度园直径
D=m*z1=1.25*40=50mm

计算中心距

由于高速小齿轮承受的载荷较大，失效周期更短。所以首先计算小齿轮配合的圆周力，径向力，法相力如下
圆周力:Ft=2T/d (3-17)
径向力:Fr=Ft*tan a (3-18)
法向力:Fn=Ft/cos a (3-19)
式中：d-小齿轮的节圆直径,对标准齿轮就是分度圆直径,单位为mm
T-小齿轮传递的转矩,单位为N.mm
a-啮合角,对标准齿轮.a=25度

根据《机械设计》[1]中对齿宽的介绍，当齿轮传动功率不大时，可以在强度要求达标的情况下将齿轮的齿宽合理缩小,初定齿宽为b=4mm。
假设齿轮每天有6小时运动，发卡机每年工作250天，工作年限为8年，则可以计算得到齿轮应力循环次数
N=60*n*a*l

分别通过查阅《机械设计》[1]表10-2，图10-8，表10-3，根据发卡机传动平稳，传动精密等特点选取使用系数=1.0，动载系数，载荷分配系数，可知齿轮的计算载荷

K=KAKVKHαβKHβ

通过查阅《机械设计》[1]表10-5得齿形系数，查阅图10-18得，。已知小齿轮所选材料40Cr的许用应力，45号钢（大齿轮）的许用应力MPa已知根据齿根危险截面接触应力计算公式得

根据将轮齿视为悬臂梁的假设，该数值远小于40Cr调质钢的疲劳极限。故齿根危险截面的弯曲应力满足使用要求。
由于齿轮在正常工作环境下的失效形势大部分是齿根弯面疲劳破坏，根据《机械设计》[1]关于应力循环公式 ，并查阅《机械设计》[1 ]图10-19可得疲劳寿命系数，，取安全效率为S=1。
本文对小齿轮进行接触疲劳强度的校核，已知齿宽细数，由《机械设计》[1 ]表10-6查得40Cr材料的弹性影响系数，所以小齿轮的最小安全直径为
所以根据计算后的数据可知，该齿轮在接触疲劳强度和弯曲疲劳强度方面都满足要求。同理，将大齿轮套用同样方式校核，必定满足工作要求，本文略去其校核流程。如图3-13为大笑齿轮的配合示意图

1—大齿轮；2—小齿轮
图3—13 大小齿轮的配合简图

2.2.2传感器

（1）传感器的选择
传感器有很多种，例如压力传感器、温度传感器、速度传感器和激光传感器等。而根据本文设计要求，所以选用激光传感器。

（2）激光传感器的概述
利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

（3）激光传感器的分类
激光器按工作物质可分为 4种。①固体激光器：它的工作物质是固体。常用的有红宝石激光器、掺钕的钇铝石榴石激光器 (即YAG激光器)和钕玻璃激光器等。它们的结构大致相同，特点是小而坚固、功率高，钕玻璃激光器是目前脉冲输出功率最高的器件，已达到数十兆瓦。②气体激光器：它的工作物质为气体。现已有各种气体原子、离子、金属蒸气、气体分子激光器。常用的有二氧化碳激光器、氦氖激光器和一氧化碳激光器，其形状如普通放电管，特点是输出稳定，单色性好,寿命长,但功率较小，转换效率较低。③液体激光器：它又可分为螯合物激光器、无机液体激光器和有机染料激光器，其中最重要的是有机染料激光器，它的最大特点是波长连续可调。④半导体激光器：它是较年轻的一种激光器，其中较成熟的是砷化镓激光器。特点是效率高、体积小、重量轻、结构简单，适宜于在飞机、军舰、坦克上以及步兵随身携带。可制成测距仪和瞄准器。但输出功率较小、定向性较差、受环境温度影响较大。

（4）激光传感器的工作原理
激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。 　常见的是激光测距传感器，它通过记录并处理从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离。激光传感器必须极其精确地测定传输时间，因为光速太快。

3 转位调整机构结构的设计

3.1系统介绍

各系统相互之间的关系如方框图所示。

机械手组成方框图

3.1.1驱动系统
驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置调节装置和辅助
装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、机械传动。控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动， 
并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。

3.1.2控制系统
控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。
这部分能实现对整个发卡机各个机构中的驱动步进电动机的启动、停止和路径识别等控制，还能实现工作位置的检测、卡片定位等，主要由驱动步进电动机、驱动器、检测开关、直流稳压电源、控制电路等组成。
发卡机控制系统有三种结构：集中控制、主从控制和分布式控制。集中控制是用一块较强的单片机实现全部控制功能。在早期的单片机控制中多采用这种结构，但是这种控制结构维护困难，不易进行系统的扩展。随着计算机技术的进步和单片机控制质量的提高，集中式控制已不能满足需要，取而代之的是主从式控制和分布式控制结构。分布式控制常用于发卡机的多传感器融合技术，即由上一级主控制计算机负责整个系统的管理和数据运算等，下一级由许多微处理器组成，每一个微处理器负责传感器数据的处理和电磁铁等构建的驱动，控制步进电动机的启停，并且平行的完成任务，因而提高了工作速度和处理能力。这些微处理器和主控之间的关系是通过总线形式实现的，这种结构易于系统的扩展和维护。
实验中为了实现比较理想的控制，采用两层多CPU分布控制，总线的物理层采用RS-485总线标准。上位机主要由89C51单片机组成，负责完成控制算法处理、传感器信息融合和卡片定位信息处理等功能：下位机控制系统采用多个89C2051单片机作为微处理器，主要完成电动机驱动、ST151光电传感器信号处理并实现和上层控制系统通信的。可将控制系统分为几个层次的模块，每个模块完成不同的特定功能，最后在上位机控制系统的统一协调下共同工作。在此基础上，结合柔性体系结构思想，采用分层递阶式结构。
其总体框图如图2-9所示。
图2-9 控制部分的结构框图
3.1.3位置检测装置
控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置.

3.2机械手的分类
工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。

(一)按用途分
机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:
1、专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产的自动换刀机械手，如自动机床、自动线的上、下料机械手。 
2、通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以“开一关”式控制定位，只能是点位控制:可以是点位的，也可以实现连续轨控制；同时还可分为伺服型和一般型的机械手，伺服型具有伺服系统定位控制系统，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。

(二)按驱动方式分
1、液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。
2、气压传动机械手是以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。
3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，用于工作主机的上、下料。动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。
4、电力传动机械手即有特殊结构的感应电动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。

（三）按控制方式分
1、点位控制它的运动为空间点到点之间的移动，只能控制运动过程中几个点的位置，不能控制其运动轨迹。若欲控制的点数多，则必然增加电气控制系统的复杂性。目前使用的专用和通用工业机械手均属于此类。
2、连续轨迹控制它的运动轨迹为空间的任意连续曲线，其特点是设定点为无限的，整个移动过程处于控制之下，可以实现平稳和准确的运动，并且使用范围广，但电气控制系统复杂。这类工业机械手一般采用小型计算机进行控制。

现在的机械手大多采用液压传动，液压传动存在以下几个缺点:
(1)液压传动在工作过程中常有较多的能量损失(摩擦损失、泄露损失等):液压传动易泄漏，不仅污染工作场地，限制其应用范围，可能引起失火事故，而且影响执行部分的运动平稳性及正确性。
(2)工作时受温度变化影响较大。油温变化时，液体粘度变化，引起运动特性变化。
(3)因液压脉动和液体中混入空气，易产生噪声。
(4)为了减少泄漏，液压元件的制造工艺水平要求较高，故价格较高;且使用维护需要较高技术水平。
鉴于以上这些缺点，本机械手拟采用电力传动，电力传动有以下优点：
（1）无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低