學士學位論文末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)設計和仿真摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.1.1 引言11.1.2 背景需求21.2 設計的主要研究內(nèi)容4第2章 航天器捕獲系統(tǒng)的末端執(zhí)行機構(gòu)52.1 總體結(jié)構(gòu)與主要工作構(gòu)件52.1.1 總體結(jié)構(gòu)52.1.2 機構(gòu)組件及功能82.2 末端執(zhí)行機構(gòu)主動裝置結(jié)構(gòu)概述8第3章 驅(qū)動系統(tǒng)步進電機的選擇93.1 工作原理93.2 電機及選擇103.2.1 步距角的選擇103.2.2 靜力矩的選擇103.2.3 電流的選擇113.2.4 步進電機的相數(shù)113.2.5 力矩與功率換算11第4章 測控系統(tǒng)134.1 測控系統(tǒng)組成134.2 總體設計及待解決的問題134.3 電子測控系統(tǒng)134.4 計算系統(tǒng)144.5 電機控制系統(tǒng)14第5章 絲杠的選擇175.1 進給滾珠絲杠副的軸向剛度175.2 套筒的剛度185.2.1 單套筒軸向剛度185.2.2 帶預壓載荷的雙套筒軸向剛度185.3 支承軸承的剛度195.4 套筒及軸承支承部件的剛度205.5 進給滾珠絲杠副的扭轉(zhuǎn)剛度20第6章 大平臺位姿調(diào)整機構(gòu)及其工作原理236.1 大平臺位資調(diào)整機構(gòu)236.2 被動裝置結(jié)構(gòu)概述236.3 對接機構(gòu)工作原理23結(jié)論25致謝26參考文獻27附錄28外文文獻及翻譯28千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空行- I -第1章 緒論1.1 課題背景1.1.1 引言隨著21世紀世界航天事業(yè)的迅速發(fā)展和對太空探索的不斷深入，未來將有大量的空間任務需要人類來完成，如衛(wèi)星捕獲回收、在軌裝配維修、科學實驗載荷的照料等空間技術逐漸受到各國關注，各航天大國試圖通過發(fā)展上述技術擺脫有限的運載能力對大型空間設施建設的制約、增強航天器的在軌自持能力和延長航大器的在軌壽命。在軌捕獲技術是在軌服務（On-Orbit Servicing）技術當中的一項關鍵技術。在軌捕獲（OOC，On-Orbit Capture）技術是指在有人或無人參與的情況下對空間目標實施抓捕的技術。早在20世紀70，80年代，隨著航天任務的不斷拓展，1984年美國首次以航天飛機為在軌平臺，在宇航員參與的情況下，利用空間機械臂RMS成功捕獲回收故障狀態(tài)的“太陽峰年”衛(wèi)星，這標志著在軌捕獲技術首次應用到在軌服務領域。此后美國多次以航天飛機為平臺、以空間機械臂為捕獲手段完成了一系列衛(wèi)星捕獲及釋放任務。空間機械臂作為捕獲裝置，具有適應微重力、高溫差、高輻射太空環(huán)境的作業(yè)能力。航天飛機的機械臂還承擔了多次外太空精確操縱任務。例如，將航天飛機有效載荷施放進入預定軌道，幫助航天員對發(fā)生故障的航天器進行維修等。在國際空間站上，它可以幫助宇航員完成大型空間結(jié)構(gòu)的搬運和組裝，協(xié)助完成航天飛機與空間站的對接和分離，營救與釋放軌道衛(wèi)星以及在軌補充燃料或處理有害物體，完成日常維護、修理和檢查任務等。隨著航天任務的增多，各國航天機構(gòu)逐漸意識到在軌捕獲是在軌服務的一項重要技術基礎，即對于大多數(shù)在軌服務操作而言，首先要解決操作目標的抓捕問題。當前在軌捕獲技術仍然是航天高技術領域當中的一項極具前瞻性和挑戰(zhàn)性的課題。國內(nèi)外好多航天科研單位和機構(gòu)對此技術表現(xiàn)出高度的關注，并且已經(jīng)開始對相關技術及應用前景進行探討論證，在軌捕獲技術已經(jīng)成為航天高技術領域的一個研究熱點。機器人手爪研究的關鍵在于：安全可靠性、自適應性和更高的智能。安全可靠性研究確保整個機器人系統(tǒng)工作萬無一失，因此，要求其手爪結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)要簡單化。對于艙外專用手爪，需要設計機械柔順結(jié)構(gòu)彌補自由飛行機器人控制系統(tǒng)精度誤差，吸收存在的微小位置和角度偏差，有利于自動對接或捕獲目標。對于服務機器人手爪，需要提高通用性，使得手爪具備適應各種被抓物體形狀的能力。由于受到遙操作通訊大延時和限量影響，手爪智能化研究可以提高手爪決策的本地化，減少通訊量，減少地面干預，減少出錯的可能性。機器人手爪的未來發(fā)展具有以下幾個趨勢：1）小型化，集成化技術的發(fā)展；目前手爪的體積和重量是制約手爪應用的一個重要的指標，如何縮小手爪的尺寸和重量是擺在世人面前的一個重要研究內(nèi)容。2）仿生技術的發(fā)展；制造出像人手一樣的機器人手爪是研究人員不懈的追求，因此無論是驅(qū)動和傳動系統(tǒng)，還是制造類皮膚傳感器，人們都試圖從仿生的角度進行模擬，比如對于皮膚傳感器的模擬，對于人工肌肉的模擬等 。3）主動信息獲取技術的發(fā)展；機器人傳感器的研究正從被動感知向著主動感知的轉(zhuǎn)變，被動感知的信息是局部的信息，而盲人對環(huán)境信息的感受是通過手臂，大腦記憶等協(xié)同完成的，從而使人們認識到主動式的感知過程是一種更好地獲取外部環(huán)境和內(nèi)部信息的方式。4）信息的融合技術的發(fā)展。為發(fā)展我國的載人航天工程并最終實現(xiàn)建立基本的空間有人平臺，進行空間天地觀測、空間科學與技術試驗，以及建立天地往返運輸系統(tǒng)和建造載人空間站的目標，亟需對航天器捕獲系統(tǒng)末端執(zhí)行機構(gòu)進行深入研究。可靠的設計和充分的地面試驗驗證是航天器捕獲系統(tǒng)末端執(zhí)行機構(gòu)安全性與可靠性的保證。在研究中，立足于國內(nèi)，適當引進國外研制航天器捕獲系統(tǒng)末端執(zhí)行機構(gòu)的先進技術和經(jīng)驗是一種較經(jīng)濟有效的模式。1.1.2 背景需求隨著航天技術的發(fā)展，空間對接技術得到迅速發(fā)展和廣泛應用，其中對連接在兩個航天器的機械對接機構(gòu)系統(tǒng)的技術要求也越來越高，同時也增加了對接機構(gòu)的復雜性。根據(jù)航天器對接的不同用途,有多種不同形式的對接機構(gòu)。而與對接機構(gòu)特點相匹配的對接方式有兩種：一種是直接捕獲與對接方式，稱為在軌對接，另一種是先?？亢笥蓹C械臂抓獲(捕獲)，然后依靠機械臂幫助實現(xiàn)對接。在近30多年的空間開發(fā)歷史中,人類最偉大的壯舉是阿波羅計劃的實施。1969年7月20日,阿波羅11號的阿姆斯特朗成為第一位在月球表面留下腳印的地球人。 美國NASA從1981年4月哥倫比亞號航天飛機起飛開始,共試飛多次,完成了各種試驗任務。在這些試驗中雖然航天飛機機械手系統(tǒng)(SRSM)或載人操縱部件(MMU)都和空間機器人相差很遠,只不過是宇航員艙外活動(EVA)的輔助手段而已。但是NASA所進行的這些試驗對將來空間機器人應完成的任務、性能,尤其對空間機器人和人的分工及未來發(fā)展方向指明了方向。自1981年美國初次完成航天飛機試飛行以來,已經(jīng)完成了各種空間試驗和作業(yè),不但成功地捕獲了故障衛(wèi)星,而且進行維修后重新投放使用。同時通過試驗,為在軌道上建造永久性基地即空間站打下了基礎。但必須認識到宇宙空間所具有的強幅射線、超真空、高溫差、微重力等惡劣環(huán)境,這些環(huán)境對人類來說是無法生存的。因此,宇航員的作業(yè)具有一定的危險性,在艙外作業(yè)效率無法保證。要想順利地開發(fā)空間資源,不采用空間機器人技術是很難實現(xiàn)的。末端執(zhí)行器是一種自動控制、可重復編程、多功能、多自由度的操作機，是能搬運物料、工件或操作工具以及完成其他各種作業(yè)的高精密機電一體化設備。工業(yè)機器人末端執(zhí)行器裝在操作機手腕的前端，是直接實現(xiàn)操作功能的機構(gòu)。末端執(zhí)行器因用途不同而結(jié)構(gòu)各異，一般可分為三大類：機械夾持器、特種末端執(zhí)行器、萬能手(或靈巧手)。下面僅以機械夾持器為例作為介紹。機械夾持器它是工業(yè)機器人中最常用的一種末端執(zhí)行器。機械夾持器具備的基本功能：首先它應具有夾持和松開的功能。夾持器夾持工件時，應有一定的力約束和形狀約束，以保證被夾工件在移動、停留和裝入過程中不改變姿態(tài)。當需要松開工件時，應完全松開。另外，它還應保證工件夾持姿態(tài)的幾何偏差在給定的公差帶內(nèi)。分類和結(jié)構(gòu)形式機械夾持器常用壓縮空氣作動力源，經(jīng)傳動機構(gòu)實現(xiàn)手指的運動。根據(jù)手指夾持工件時運動軌跡的不同，機械夾持器分為：圓弧開合型。在傳動機構(gòu)帶動下，手指指端的運動軌跡為圓弧。采用凸輪機構(gòu)，連桿機構(gòu)作為傳動件。夾持器工作時，兩手指繞支點作圓弧運動，同時對工件進行夾緊和定心。這類夾持器對工件被夾持部位的尺寸有嚴格要求，否則可能會造成工件狀態(tài)失常；圓弧平行開合型。這類夾持器兩手指工作時作平行開合運動，而指端運動軌跡為一圓弧。采用平行四邊形傳動機構(gòu)帶動手指的平行開合的兩種情況，其中機構(gòu)在夾持時指端前進，機構(gòu)在夾持時指端后退；直線平行開合型。這類夾持器兩手指的運動軌跡為直線，且兩指夾持面始終保持平行。采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)兩手指的平行開合，在各指的滑動塊上開有斜形凸輪槽，當活塞桿上下運動時，通過裝在其末端的滾子在凸輪槽中運動，實現(xiàn)手指的平行夾持運動。采用齒輪齒條機構(gòu)，當活塞桿末端的齒條帶動齒輪旋轉(zhuǎn)時，手指上的齒條作直線運動，從而使兩手指平行開合，以夾持工件。隨著“神州七號”宇宙飛船的成功發(fā)射，我國下一步的航天計劃是實現(xiàn)太空對接和未來空間站的搭建等目標，這些任務的實現(xiàn)都將借助于在軌捕獲系統(tǒng)，而捕獲系統(tǒng)的作業(yè)能力和作業(yè)效率依賴于捕獲系統(tǒng)末端執(zhí)行機構(gòu)作業(yè)能力的大小，例如空間機械臂末端操作器。抓取可靠、環(huán)境適應性好、控制簡單、自適應性強、自主能力高是衡量捕獲系統(tǒng)末端執(zhí)行機構(gòu)設計水平的重要標志。性能優(yōu)良的捕獲系統(tǒng)末端執(zhí)行機構(gòu)可以實現(xiàn)可靠、快速和精確地抓取。研究和開發(fā)一個性能優(yōu)良的捕獲系統(tǒng)末端執(zhí)行機構(gòu)是一項艱巨的任務。1.2 設計的主要研究內(nèi)容本設計作為末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設計，主要包括：1、末端執(zhí)行器主動對接結(jié)構(gòu)設計；2、末端執(zhí)行器被動對接機構(gòu)設計；3、末端執(zhí)行器抓取機構(gòu)設計；4、末端執(zhí)行器固定機構(gòu)設計；5、末端執(zhí)行器運動機構(gòu)設計。本設計將對末端執(zhí)行器的機械結(jié)構(gòu)進行全方面設計。本設計配有部分三維圖，以便詳細了解末端執(zhí)行器本體各零件和機構(gòu)設計過程。最后提供的有：pro/e三維圖，AutoCAD工程圖。第2章 航天器捕獲系統(tǒng)的末端執(zhí)行機構(gòu)2.1 總體結(jié)構(gòu)與主要工作構(gòu)件2.1.1 總體結(jié)構(gòu)對接機構(gòu)是面向小型在軌服務航天器設計的新型對接機構(gòu)，方案參考了日本用于載人航天器的ETS一對接機構(gòu)，對接整體機構(gòu)如圖2-1所示，由主動對接機構(gòu)（其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示）和被動對接機構(gòu)（其結(jié)構(gòu)如圖2-3所示）兩個部分構(gòu)成，分別安裝于主動捕獲飛行器和被動飛行器上，通過星上導航系統(tǒng)和姿軌控系統(tǒng)的輔助作用，實現(xiàn)對接過程中的速度緩沖，初始偏差補償，目標捕獲，拉緊校正，安全鎖定，兩星分離的功能，幫助完成飛行器在軌自主對接。其中主動對接機構(gòu)由負責完成捕獲任務的閉鎖機構(gòu)，V型導向機構(gòu)，彈簧阻尼緩沖支撐平臺機構(gòu)，電機驅(qū)動機構(gòu)，減速裝置及其他功能單元等組成，被動對接機構(gòu)由矩形框等組成。一個末端執(zhí)行機構(gòu)通?？捎蓹C械執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和測控系統(tǒng)等部分組成。其中執(zhí)行系統(tǒng)是末端操作器抓取或釋放被捕獲機構(gòu)、實現(xiàn)末端操作器動作的系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)是為執(zhí)行系統(tǒng)的各個部件提供動力的系統(tǒng)，有氣動、液壓、電動和機械等形式?？刂葡到y(tǒng)對驅(qū)動系統(tǒng)進行控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照預定的要求而運動。控制系統(tǒng)包括位置檢測裝置和程序控制兩部分，通常采用點位控制和連續(xù)軌跡控制兩種方式。驅(qū)動部分示意圖如圖2-4所示。圖2-1 整體系統(tǒng)示意圖圖2-2 主動系統(tǒng)示意圖圖2-3 被動系統(tǒng)示意圖圖2-4驅(qū)動部分示意圖2.1.2 機構(gòu)組件及功能該末端執(zhí)行機構(gòu)的主要組件有三大部分：主動捕獲系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、捕獲機構(gòu)末端。其組件具體部件及功能見表2-1。表 2-1 機構(gòu)組件及功能名 稱主要包含部件基本功能主動捕獲機構(gòu)錐形平臺傳遞動力，驅(qū)動閉鎖爪閉鎖爪完成捕獲任務立柱保證錐形平臺只能進行上下的直線運動V型導向溝槽在錐形平臺上，限制閉鎖爪的運動位置驅(qū)動組件驅(qū)動機構(gòu)步進電機捕獲動力源捕獲機構(gòu)末端扭轉(zhuǎn)彈簧調(diào)整捕獲機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度與機械臂接口完成捕獲機構(gòu)與機械臂的連接2.2 末端執(zhí)行機構(gòu)主動裝置結(jié)構(gòu)概述直接捕獲是通過“主動捕獲系統(tǒng)”實現(xiàn)的。“主動捕獲系統(tǒng)”實際上是采用一種新型三叉式對接機構(gòu)，可以伸出抓住被動捕獲系統(tǒng)，對接部件包括主動部件與被動部件兩個部分，主動部分與被服務航天器主結(jié)構(gòu)固連，被動部分與在軌更換模塊連接。在軌模塊更換鎖緊釋放機構(gòu)主動部分主要由閉鎖爪、導向輪、滾珠絲杠、錐形機構(gòu)、鉸接盤、直線導軌、驅(qū)動裝置、制動器、電路斷接器、液路斷接器、壓點開關等組成。為了保證閉鎖爪在鎖爪狀態(tài)下能夠可靠張開，在鎖爪與鉸接盤的鉸接位置設置有扭簧，以此提供鎖爪張開的扭矩。閉鎖爪呈120角設置在大的平臺的周邊上，與平臺鉸鏈，平臺的中部是錐形機構(gòu)，上面開有溝槽，閉鎖爪的末端鑲嵌在溝槽里，從而保證了溝槽和錐形機構(gòu)的平穩(wěn)運行，錐形機構(gòu)的中央帶有螺紋，其與下面的絲杠組成運動副，絲杠下端連有減速器和步進電機，憑借減速器，利用滾珠絲杠和直線運動導向裝置使轉(zhuǎn)動變換成平動，帶動錐形槽上下移動，錐形機構(gòu)和閉鎖爪產(chǎn)生運動，促使閉鎖爪進行閉合，從而完成與被接機構(gòu)的對接。第3章 驅(qū)動系統(tǒng)步進電機的選擇3.1 工作原理驅(qū)動系統(tǒng)主要由驅(qū)動裝置組成，驅(qū)動裝置是驅(qū)使執(zhí)行機構(gòu)運動的機構(gòu)，按照控制系統(tǒng)發(fā)出的指令信號，借助于動力元件使機器人進行動作。它輸入的是電信號，輸出的是線、角位移量。常用的驅(qū)動方式主要有電機傳動、液壓傳動和氣壓傳動。氣動式速度快、成本低、結(jié)構(gòu)相對簡單而且有較高的重復定位精度；液壓式臂力大，定位精度高，可以實現(xiàn)連續(xù)控制，但是容易漏油，造成污染。電力驅(qū)動裝置主要有步進電機、伺服電機等，電機驅(qū)動方式的特點：(1)體積小，重量輕；(2)控制電路設計較容易；(3)控制性能好，快速響應能力強；(4)力矩輸出較小，負載能力較弱；(5)無污染。考慮到末端執(zhí)行機構(gòu)的工作環(huán)境等各種限制條件，本設計選用步進電機作為驅(qū)動裝置。步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器，雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，使其在速度、位置等控制領域控制變的非常的簡單，并廣泛應用于各種開環(huán)控制。步進電機具有自身的特色，主要有以下幾點：(1)可以使用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制，整個系統(tǒng)具有非常好的性價比；(2)位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應，而且步距誤差不會累積，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，當然也可以組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，以滿足更高精度的需求；(3)電機本體部件少，無刷化，可靠性高；(4)電機易于啟動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應快；(5)停止時，能自鎖；(6) 速度可以在相當寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，一臺控制器可以控制幾臺步進電機同步運行。選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。 應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。3.2 電機及選擇綜上可知，步進電機驅(qū)動控制性能好，可以精確地控制電樞轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速，有良好的緩沖走位性能，適用于運動軌跡復雜、要求動作精度高和程序復雜的末端執(zhí)行系統(tǒng)。步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。3.2.1 步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。3.2.2 靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）3.2.3 電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓） 綜上所述選擇電機一般應遵循的步驟如圖3-1所示。圖3-1 電機選擇示意圖3.2.4 步進電機的相數(shù)電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/0.72 。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅(qū)動器，則相數(shù)將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。3.2.5 力矩與功率換算步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：P=M=2n/60P=2nM/60 其中P為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓米P=2fM/400(半步工作） 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS)第4章 測控系統(tǒng)4.1 測控系統(tǒng)組成末端執(zhí)行器的測控系統(tǒng)即為對運行中的航天器（運載火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船和其他空間飛行器）進行跟蹤、測量和控制的大型電子系統(tǒng)。航天測控系統(tǒng)包括以下各種系統(tǒng)：跟蹤測量系統(tǒng)：跟蹤航天器，測定其彈道或軌道；遙測系統(tǒng)：測量和傳送航天器內(nèi)部的工程參數(shù)和用敏感器測得的空間物理參數(shù)；遙控系統(tǒng)：通過無線電對航天器的姿態(tài)、軌道和其他狀態(tài)進行控制。前3個系統(tǒng)，由地面的和裝在航天器上的兩部分電子設備組成。計算系統(tǒng)：用于彈道、軌道和姿態(tài)的確定和實時控制中的計算；時間統(tǒng)一系統(tǒng)：為整個測控系統(tǒng)提供標準時刻和時標；顯示記錄系統(tǒng)：顯示航天器遙測、彈道、軌道和其他參數(shù)及其變化情況，必要時予以打印記錄；通信、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：作為各種電子設備和通信網(wǎng)絡的中間設備，溝通各個系統(tǒng)之間的信息，以實現(xiàn)指揮調(diào)度。4.2 總體設計及待解決的問題末端執(zhí)行器測控系統(tǒng)總體設計屬于電子系統(tǒng)工程問題。對整個系統(tǒng)來說，首先考慮的是航天任務的要求，可以針對某一個任務，也可以兼顧多個任務，從較長遠的發(fā)展要求來設計。末端執(zhí)行器測控系統(tǒng)的中心問題是從地面和航天器整體出發(fā)，實現(xiàn)信息獲取，即將航天器的飛行和工作數(shù)據(jù)發(fā)回地面，并用計算機進行計算、決策和實時反饋來控制航天器飛行的軌道和姿態(tài)。因此，在總體設計中必須解決的問題有：全系統(tǒng)所要具備的功能和實現(xiàn)這些功能的手段;測控站布局的合理性;控制的適時性和靈活性；各種設備的性能、速度和精度；長期工作的可靠性；最低的投資和最短的建成時間。4.3 電子測控系統(tǒng)跟蹤測量、遙測和遙控系統(tǒng)是整個測控系統(tǒng)的基本部分。電子測控系統(tǒng)的優(yōu)點是可以對航天器全天候跟蹤，而且有較好的靈活性和足夠的精度。從系統(tǒng)工程的角度來看，對航天器跟蹤測量所得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算，可給出彈道、軌道或位置的信息；而遙測所提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理、分析可給出航天器的狀態(tài)信息；它們都是系統(tǒng)中反饋回路的重要信息源。遙控則是控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機構(gòu)。 電子測量和控制系統(tǒng)的地面部分，必須與裝在航天器上的電子設備相配合才能完成測控任務。對于測量，航天器上必須有相應的信標機或應答機，它們發(fā)回地面跟蹤和測速用的射頻信號，應答機還發(fā)回測距信息。對于遙測，航天器上必須有檢測各種參數(shù)的傳感器和發(fā)送這些參數(shù)的射頻發(fā)射機。對于遙控，航天器上必須有指令接收機。因此，航天器上的和地面的兩部分電子設備在設計時應該結(jié)合起來統(tǒng)一考慮。 為了提高測量的精確性和擴大信息的傳輸量，測控設備所用的無線電頻率大部分已經(jīng)提高到微波波段。為了減少航天器上電子設備的重量、體積，特別是要減少天線的數(shù)目，將各種測控功能適當?shù)鼐C合在一個統(tǒng)一的射頻載波上是一個重要的發(fā)展。這種系統(tǒng)稱為微波統(tǒng)一測控系統(tǒng)。中國研制的微波統(tǒng)一測控系統(tǒng),靈活多用,可進行單站或多站測量。4.4 計算系統(tǒng)計算系統(tǒng)是整個測控系統(tǒng)的核心。各個測控站和各個設備都可用自己的計算機來處理本站和本機的數(shù)據(jù)，但大數(shù)據(jù)量的計算以及根據(jù)計算結(jié)果進行分析和做出控制決策等，一般都要集中到測控中心來做。因此，在測控中心應裝有容量大、速度高的計算機，并能雙工工作以保證可靠性。在主機前端則可采用較小的計算機來進行數(shù)據(jù)的編輯、選擇和預處理。主機的計算結(jié)果，一方面輸入顯示系統(tǒng)加以顯示，以便指揮控制人員能據(jù)此作出決策；另一方面也可以由計算機在人的監(jiān)視下進行自動分析、決策，直接選擇控制參數(shù)，通過遙控信道發(fā)出指令。這些計算、分析、人-機對話和決策,都須依靠計算機軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)。因此，編制適當?shù)能浖?，?jīng)過演練確認其正確性，定型后并在實際中使用，是測控系統(tǒng)在航天器發(fā)射和管理中的一項十分重要的工作。4.5 電機控制系統(tǒng)電機控制系統(tǒng)的設計方法主要有模擬控制方式及數(shù)字控制方式，其中數(shù)字控制方式又可分為小規(guī)模數(shù)字電路控制電路、單片機控制電路以及專用邏輯電路等控制方式。模擬控制方式的控制精度較低，抗干擾能力差，且不易用計算機控制。因此現(xiàn)在步進電機控制系統(tǒng)的設計主要利用數(shù)字控制方式。但是小規(guī)模數(shù)字電路控制電路的體積較大，而專用邏輯電路的價格又偏高，而單片機芯片體積小、兼容性強、高速度、低價格、低工作電壓、低功耗等特點，使單片機成為驅(qū)動步進電機的最佳控制單元，所以基于單片機控制的步進電機系統(tǒng)控制精度高、運行穩(wěn)定，在控制領域有著廣泛的應用。步進電機控制系統(tǒng)框圖如圖4-1所示。圖4-1 步進電機控制系統(tǒng)框圖步進電機控制系統(tǒng)中有兩個重要電路：脈沖分配電路和驅(qū)動電路。脈沖分配電路有兩個輸入信號：步進脈沖和轉(zhuǎn)相控制。脈沖分配電路在步進脈沖和轉(zhuǎn)向控制信號的共同作用下產(chǎn)生激勵信號，此激勵信號經(jīng)過驅(qū)動電路送至步進電機，控制步進電機向某一方向轉(zhuǎn)動，此激勵信號的頻率決定了步進電機的轉(zhuǎn)速。驅(qū)動電路的主要作用是實現(xiàn)功率放大。一般脈沖分配器輸出的驅(qū)動能力是有限的，它不可能直接驅(qū)動步進電機，而要經(jīng)過一級功率放大。檢測裝置的作用是實時檢測末端操作器的運動及工作情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設定信息進行比較后，對執(zhí)行機構(gòu)進行調(diào)整，以保證末端操作器的動作符合預定的要求。作為檢測裝置的傳感器大致可以分為兩類：一類是內(nèi)部信息傳感器，用于檢測末端操作器各部分的內(nèi)部狀況，如閉鎖機構(gòu)的位置、速度、加速度等，并將所測得的信息作為反饋信號送至控制器，形成閉環(huán)控制。另一類是外部信息傳感器，用于獲取有關末端操作器的作業(yè)對象及外界環(huán)境等方面的信息，以使末端操作器的動作能適應外界情況的變化，使之達到更高層次的自動化，甚至使機器人具有某種“感覺”，向智能化發(fā)展，例如視覺、聲覺等外部傳感器給出工作對象、工作環(huán)境的有關信息，利用這些信息構(gòu)成一個大的反饋回路，從而將大大提高末端操作器的工作精度。末端執(zhí)行器機器視覺單元的機械部分由兩個CMOS攝像頭和1 個“一”字線型激光發(fā)生器組成。攝像頭(A)安裝于末端執(zhí)行器固定平臺正下方，其光軸與末端執(zhí)行器前進方向一致,主要負責被動捕捉物體的探測及其姿態(tài)的判斷；攝像頭(B )安裝于固定平臺側(cè)面，其光軸與攝像頭(A)的光軸在空間中成30夾角,主要負責目標與末端執(zhí)行器之間距離的判斷;激光管安裝于固定平臺的正上方，其軸線與攝像頭(A)的軸線平行，負責為機器視覺系統(tǒng)提供測量基準。在工作過程中，首先由攝像頭(A)捕獲末端執(zhí)行器的前方圖像,判斷被動捕捉物體在平面上的位置和姿態(tài)。當末端執(zhí)行器的位姿被調(diào)整到與被動捕捉物體正對時，激光發(fā)生器將激光線打在被動捕捉物體上。攝像頭(B )捕獲被動捕捉物體上的激光束，并根據(jù)幾何光學測距原理計算出被動捕捉物體被激光束照射位置的距離，為系統(tǒng)提供末端執(zhí)行器前進方向的導航信息，至此機器視覺系統(tǒng)完成一次導航任務。在末端執(zhí)行器接近目標的過程中，此任務可多次重復，以保證末端執(zhí)行器的工作精度。第5章 絲杠的選擇5.1 進給滾珠絲杠副的軸向剛度cyYsz- 15 -5.2 i m 為了提高數(shù)控機床及精密機械的定位精度和傳動精度，除了正確設計、選擇進給系統(tǒng)的各個部件，精確計算其強度、穩(wěn)定性和驅(qū)動力矩外，還要對精密滾珠絲杠副在承受載荷下的剛度進行驗算，以確保其安全、可靠、穩(wěn)定工作。 (5-1)|#_IA N 進給滾珠絲杠副軸向剛度表示滾珠絲杠副及其支承部件抵抗其軸向彈性變形的能力。用彈簧常數(shù)K1表示，按式(5-1)計算K1=F/1式中：K1進給滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)軸向剛度，N/m F施加于進給絲杠的軸向負載，N 1進給滾珠絲杠副軸向彈性位移，m KS絲杠軸向剛度，N/m ) KN 套筒組件軸向剛度，N/m KB支承軸承軸向剛度，N/mKH 套筒支架及軸承支架軸向剛度，N/m 絲杠軸向剛度計算：k 雙推支承安裝絲杠的軸向剛度，采用雙推支承方式安裝絲杠時，絲杠的軸向剛度隨載荷作用點至雙推支承端的距離變化而改變。其最小剛度KS按式(5-2)計算 (5-2)D,3Kx 式中A絲杠的斷面積，mm2，A=d2/4 （d為螺紋小徑，mm）； VVMC E絲杠材料的彈性模量，對于鋼材 E=2.07105MPa；Klg>Uz La載荷作用點距雙推支承的最大距離。 iHQ4 5.3 套筒的剛度為與多數(shù)生產(chǎn)廠家產(chǎn)品樣本名稱統(tǒng)一，本文仍沿用 套筒剛度這一名稱。套筒剛度實為套筒組件的剛度，包括滾珠和絲杠、 套筒螺紋滾道的軸向剛度。 8 dwW 9;g;E% 根據(jù)赫茲接觸理論，滾珠和螺紋滾道間的軸向彈性變形量N按式(5-3)計算 bIXD(5y （m） (5-3)%D49A-R 式中滾珠的接觸角，（） F軸向載荷，Nd0滾珠直徑，mmZ每圈有效載荷滾珠數(shù)Z=Dm/(d0cos)Dm 套筒公稱直徑，mm 螺旋升角，（） 5.3.1 單套筒軸向剛度進給滾珠絲杠副為單 套筒時，如果軸向工作載荷等于30動額定載荷Ca，其剛度KN=0.8K1（K1為產(chǎn)品樣本尺寸表中給出的剛度值）；如果軸向載荷不等于30動額定載荷Ca時，其軸向剛度按式(5-4)計算 -Dwe,N"2 (5-4)5.3.2 帶預壓載荷的雙套筒軸向剛度當預壓載荷Fao=0.1Ca時，其剛度KN按下式計算 _6->DdB f;f&GI KN=0.8K1 1-RIN;U8 Q6n8,2* 當Fao0.1Ca時，剛度KN按式(5-5)計算X7SSTcA (5-5)5.4 支承軸承的剛度KB 不加預壓載荷時，軸承軸向剛度按式(5-6)計算KB=F/B (5-6)式中F軸向載荷，N B軸承軸向彈性位移量，m施加預壓載荷時，軸承軸向剛度計算公式見式(5-7)bre6SP KB=3Fao/ao (5-7)式中Fao軸向預壓載荷，N ao在預壓載荷作用下，軸向彈性位移，m 各種軸承的軸向彈性位移量B計算公式如下： J15$P8J ;Y16I#?;Kh 自動調(diào)心滾珠軸承計算如式(5-8)dnTXx*I: (5-8)9a_(_g>S 圓錐滾柱軸承計算如式(5-9) 3!B3C(g (5-9)?|Mmz 止推滾珠軸承計算如式(5-10) (5-10)8C 式中接觸角，（）;Q加于軸承一個滾動體上的載荷，N; d0軸承滾動體的直徑，mm;l軸承滾柱的有效接觸長度，mm; Z軸承滾動體個數(shù)。5.5 套筒及軸承支承部件的剛度KH套筒支架的剛度，已在套筒剛度計算時乘以系數(shù)0.8計入。軸承安裝部件的剛度可通過采用高剛度支承部件解決。 Q84KU8?d;+be 5.6 進給滾珠絲杠副的扭轉(zhuǎn)剛度 影響進給滾珠絲杠副扭轉(zhuǎn)變形的主要因素是絲杠。下面僅就絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度進行討論。絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度是指絲杠抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力，其計算公式見(5-11) qd") (5-11)I3 xF$ 式中KT絲杠扭轉(zhuǎn)剛度，N.mm/rad Y) t%62 扭轉(zhuǎn)角，rad 4p<$ M扭矩，N.mm 86I* G絲杠材料抗剪彈性模量，對鋼材 T+ t-0k G=8.24104MPa q%vUEQLBp JP截面慣性矩，對實心絲杠 Jp=(/32)d4，mm4 E0pQRGPA M#>GU<4" 進給滾珠絲杠副的傳動剛度 gPi_+- <FK><aA_i* 在載荷作用下，進給滾珠絲杠副的軸向彈性變形為 =F/K1 ,50zx2 4dKUN 絲杠的扭轉(zhuǎn)變形為 =M/Kt ;bnT- hF1/=;> 此角折算成滾珠絲杠副的軸向變形量如式(5-12)Uk2q,2 (5-12)7e<QaB 式中t滾珠絲杠導程，mm XuE-Uh 7=Dyu 故滾珠絲杠副總的軸向變形如式(5-13)v1=X=H (5-13) (r4VIlap 由1/K=/F可得 ;H<&" （m）eeZysCy+DY 式中K進給滾珠絲杠副傳動剛度，N/m rk|(BA 9VE;I:NO3 由于2<<1，所以計算絲杠扭轉(zhuǎn)剛度KT時，x取以下數(shù)值 P$DAi （雙推-支撐） （雙推-雙推）V型導向結(jié)構(gòu)底端距離基座頂部h高設計為100mm。捕捉過程中兩星相對逼近速度為=105mm/s。取=10mm/s，考慮到目標星上的DMH與DML的V型結(jié)構(gòu)接觸后，速度有所下降，初定 =10mm/s。設螺套豎直移動速度為，則捕捉時間=；螺套移動時間；=，即=，=求解=1.58mm/s。根據(jù)手冊，選取公稱直徑=50mm，基本導程=10mm=110mm,L=150mm。螺紋滾道法面截形為距形的滾珠絲杠。由于轉(zhuǎn)速低，受力不大，選擇材料Q235或45號鋼。驅(qū)動電機選取由于絲杠導程=10mm，螺套豎直移動速度=1.58mm/s,取=1mm/s,則絲杠轉(zhuǎn)速n=0.1r/s由題目要求，選擇步進電動機，同時考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊性以及重量要求，根據(jù)手冊，選擇90BYG5501型步進電動機。第6章 大平臺位姿調(diào)整機構(gòu)及其工作原理6.1 大平臺位資調(diào)整機構(gòu)大平臺的位姿調(diào)整單元是大平臺與主動捕捉裝置連接的過渡單元，由一對齒輪、兩個支架、電機和法蘭組成，分別通過法蘭和支架將大平臺和主動捕捉裝置相連。其中一個齒輪通過支架上的軸與另一支架固連。當電機帶動齒輪運動時，支架以及與之相連的大平臺其它部分將繞另一支架上的軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)大平臺與被動捕捉物體面之間夾角的調(diào)節(jié)。6.2 被動裝置結(jié)構(gòu)概述被動裝置由卡盤、彈簧阻尼器定位銷等組成，卡盤成V形分布在平臺的周邊上，呈120角。為了保證閉鎖爪在鎖爪狀態(tài)下能夠可靠張開，在鎖爪與鉸接盤的鉸接位置設置有扭簧，以此提供鎖爪張開的扭矩。閉鎖爪呈120角設置在大的平臺的周邊上，與平臺鉸鏈，平臺的中部是錐形機構(gòu)，上面開有溝槽，閉鎖爪的末端鑲嵌在溝槽里，從而保證了溝槽和錐形機構(gòu)的平穩(wěn)運行，錐形機構(gòu)的中央帶有螺紋，其與下面的絲杠組成運動副，絲杠下端連有減速器和步進電機，憑借減速器，利用滾珠絲杠和直線運動導向裝置使轉(zhuǎn)動變換成平動，帶動錐形槽上下移動，錐形機構(gòu)和閉鎖爪產(chǎn)生運動，促使閉鎖爪進行閉合，從而完成與被接機構(gòu)的運動。6.3 對接機構(gòu)工作原理從主動捕捉物體和被動捕捉物體在到達逼近區(qū)域(相對距離在10m 以內(nèi))主動捕捉裝置開始逼近。通過大平臺位姿調(diào)整機構(gòu)調(diào)整主動捕捉物體與被動捕捉物體之間的位置情況，同時兩物體進一步逼近，在兩物體相距530mm時閉鎖爪開始閉合，此時處在固定平臺下方的電機開始工作，將運動傳遞給絲杠，從而帶動錐形機構(gòu)向下移動，在錐形平臺的移動過程中，閉合爪由于錐形平臺的溝槽的限制，開始逐步閉合，被動捕捉物體與主動捕捉物體進一步靠近，直到電機停止運動，閉鎖爪將被動捕捉裝置牢牢鎖住。在軌模塊更換包括失效（或故障）模塊的取出和新模塊的插入兩個過程，二者互為逆過程。對于在軌模塊更換銷緊釋放機構(gòu)，以在軌模塊更換插入銷緊過程為例：首先服務航天器上的機械手抓持更換模塊插入被服航天器上相應的安裝方孔中，被更換模塊在機械手的作用下逐漸接近鎖緊機構(gòu)的主動部分；當鎖緊機構(gòu)主動部分上的壓點開關被鎖緊機構(gòu)被動部分上的彈簧阻尼器觸發(fā)后，鎖緊機構(gòu)主動部分開始動作，電機驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，錐形平臺做直線運動帶動鎖爪收攏卡入被動部分卡盤上卡槽實現(xiàn)初步定位；絲杠繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，鎖爪將被更換模塊拉近，通過定位銷實現(xiàn)精確定位以便于電路、液路斷接器插合，直到鎖緊機構(gòu)被動部分與主動部分拉緊貼合后，電機停轉(zhuǎn)，制動器制動以保持必要的鎖緊力。千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印?！敖Y(jié)論”以前的所有正文內(nèi)容都要編寫在此行之前。結(jié)論本次設計歷史三個月，按照方案計劃，完成了以下任務：一、掌握末端執(zhí)行機構(gòu)的工作原理，確定末端執(zhí)行機構(gòu)的總體設計方案；二、末端執(zhí)行機構(gòu)的主要零部件結(jié)構(gòu)設計及計算；三、熟悉三維建模軟件，完成末端執(zhí)行機構(gòu)系統(tǒng)的三維建模；四、繪制末端執(zhí)行機構(gòu)的二維工程圖；五、末端執(zhí)行器各機構(gòu)的PROE建模，并生成裝配體，實現(xiàn)仿真動畫。致謝本次設計是在導師孫永國老師的親自指導下完成的，歷時三個月的畢業(yè)設計也隨著這篇論文的完成終于劃上了一個句號。孫老師在工作的百忙之中給了我耐心的指導和關懷，使我在畢設期間的學習和論文工作得以順利開展,值此之際,我要向?qū)O老師表示衷心的感謝,感謝孫老師對我的辛勤培養(yǎng)、鼓勵和幫助。孫老師廣博的知識,兢兢業(yè)業(yè)的工作作風,嚴謹求學的治學態(tài)度和力求創(chuàng)新的開拓精神都使我受益匪淺嚴以律己、寬以待人的崇高風范,樸實無華、平易近人的人格魅力更是給我留下了深刻印象。在此,我要給孫老師送去我誠摯的祝福,祝愿敬愛的溫老師身體健康、工作順利、桃李滿天下。還要感謝我的家人和朋友,他們?yōu)槲业某砷L傾注了心血和期望,是他們的愛和鼓勵支持我順利地完成學業(yè),并將繼續(xù)伴隨我在今后的求學和工作道路上,在此向他們表示深深的謝意。最后,感謝評審、評議委員會的各位專家、教授,感謝您們在百忙之中參加我們的答辯會,并給予建議和指導,謝謝你們！參考文獻1 原魁.工業(yè)機器人發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢.人民工業(yè)出版社，2007:45562 張楊林.國內(nèi)工業(yè)機器人市場及發(fā)展趨勢.大眾科技，2006:23373 劉遠江.中國工業(yè)機器人市場調(diào)查.機器人技術與應用，2005:10144 邱志惠.AutoCAD實例教程.機械工業(yè)出版社，2002:1051125 吳宇澤主編機械設計清華大學出版社，2001:19326 沈偉. 機械零件.天津科技出版社，2007，（2）:55737 王平. 機械原理.人民教育出版社，2005，（4）:21388 李立斌主編機械創(chuàng)新設計基礎.國防科技大學出版社，2002:981179 Saeed B.Niku .機器人學到導論.電子工業(yè)出版社，2004:92510 John J.Craig.機器人學導論.機械工業(yè)出版社，2006:11911 James R. Machine Design.Delmar Pubilshers，1991:6794 附錄外文文獻及翻譯作 者Arvidsson譯 名阿維德森國 籍瑞典原文出處FOREIGN PATENT DOCUMENTS (國外專利文獻)The technology of end effector.The end effector is a type of mechantronics equipment which synthesizes the last research achievement of engine and precision engine, micro-electronics and computer, automation control and drive, sensor and message dispose and artificial intelligence and so on. With the development of economic and the demand for automation control, robot technology is developed quickly and all types of the robots products are come into being. The practicality use of robot products not only solves the problems which are difficult to operate for human being, but also advances the industrial automation program. At present, the research and development of robot involves several kinds of technology and the robot system configuration is so complex that the cost at large is high which to a certain extent limit the robot abroad use. To development economic practicality and high reliability robot system will be value to robot social application and economy development.With the rapid progress with the control economy and expanding of the modern cities, the let of sewage is increasing quickly: With the development of modern technology and the enhancement of consciousness about environment reserve, more and more people realized the importance and urgent of sewage disposal. Active bacteria method is an effective technique for sewage disposal，The lacunaris plastic is an effective basement for active bacteria adhesion for sewage disposal. The abundance requirement for lacunaris plastic makes it is a consequent for the plastic producing with automation and high productivity. Therefore, it is very necessary to design a manipulator that can automatically fulfill the plastic holding.With the analysis of the problems in the design of the plastic holding manipulator and synthesizing the robot research and development condition in recent years, a economic scheme is concluded on the basis of the analysis of mechanical configuration, transform system, drive device and control system and guided by the idea of the characteristic and complex of mechanical configuration, electronic, software and hardware. In this article, the mechanical configuration combines the character of direction coordinate and the arthrosis coordinate which can improve the stability and operation flexibility of the system. The main function of the transmission mechanism is to transmit power to implement department and complete the necessary movement. In this transmission structure, the screw transmission mechanism transmits the rotary motion into linear motion. Worm gear can give vary transmission ratio. Both of the transmission mechanisms have a characteristic of compact structure. The design of drive system often is limited by the environment condition and the factor of cost and technical lever. The step motor can receive digital signal directly and has the ability to response outer environment immediately and has no accumulation error, which often is used in driving system. In this driving system, open-loop control system is composed of stepping motor, which can satisfy the demand not only for control precision but also for the target of economic and practicality. On this basis，the analysis of stepping motor in power calculating and style selecting is also given. The analysis of kinematics and dynamics for object holding manipulator is