單片機(jī)控制機(jī)械手三軸聯(lián)動(dòng)

1、江蘇城市職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（ 2014 屆）設(shè)計(jì)（論文）題目 工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 及其控制系統(tǒng) 辦學(xué)點(diǎn)（系） 江蘇城市職業(yè)學(xué)院張家港辦學(xué)點(diǎn) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí) 11機(jī)械（普） 學(xué) 號(hào) 110404350507 學(xué) 生 姓 名 朱 濤 起 訖 日 期 2013年11月1日至2014年3月8日 地 點(diǎn) 江蘇城市職業(yè)學(xué)院張家港辦學(xué)點(diǎn) 指 導(dǎo) 教 師 王益飛 職稱 講 師 目 錄一 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì). 3二 機(jī)械手的概述.3三 機(jī)械手總體方案的設(shè)計(jì).43.1 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu).43.2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)要求.53.3 機(jī)械手的控制方案.6四 機(jī)械手的受力分析及尺寸確定.6五 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2、的設(shè)計(jì)與計(jì)算.9六 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與編程.126.1 單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)126.2 控制面板的設(shè)計(jì)196.3 控制程序的設(shè)計(jì)20七 機(jī)械手控制系統(tǒng)的調(diào)試.22八 設(shè)計(jì)總結(jié).22參考文獻(xiàn).23工業(yè)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其控制系統(tǒng)朱濤摘要：機(jī)械手技術(shù)涉及到電子、機(jī)械學(xué)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。隨著工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的需要，機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用中越來(lái)越重要。文章主要敘述了機(jī)械手的設(shè)計(jì)過(guò)程 ，文章中介紹了機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法。本設(shè)計(jì)以AT89C51 單片機(jī)為核心，控制步進(jìn)電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了篩選機(jī)械手基本要求和發(fā)揮部分的要求。在機(jī)械手設(shè)計(jì)中，采用了PWM

3、技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的。關(guān)鍵詞：四相步進(jìn)電機(jī)，AT89C51 單片機(jī)，電機(jī)控制一、機(jī)械手的發(fā)展趨勢(shì)工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手也是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。他的特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)在人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域有著廣泛的發(fā)展空間。機(jī)械手的發(fā)展是由于它的積極作用正日益為人們所認(rèn)識(shí)：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生產(chǎn)工藝的要求，遵循一定的程序、時(shí)間和位置來(lái)完成工件的傳送和裝卸；其三、它能操作必要的機(jī)具進(jìn)行

4、焊接和裝配，從而大大的改善了工人的勞動(dòng)條件，顯著的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動(dòng)化的步伐。因而，受到很多國(guó)家的重視，投入大量的人力物力來(lái)研究和應(yīng)用。尤其是在高溫、高壓、粉塵、噪音以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用的更為廣泛。在我國(guó)近幾年也有較快的發(fā)展，并且取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)的重用。 二、機(jī)械手的概述工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)(機(jī)械本體)、控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作，自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分

5、重要的作用。機(jī)器人應(yīng)用情況，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作，意義更為重大。因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來(lái)越廣泛的引用。機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開(kāi)始比較簡(jiǎn)單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺(tái)機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實(shí)現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手”，簡(jiǎn)稱通用機(jī)械手。由于通用機(jī)械

6、手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的引用。步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)的日益成熟和廣泛應(yīng)用，使其定位精度高，便于控制的優(yōu)勢(shì)得以發(fā)揮，將步進(jìn)電機(jī)與氣動(dòng)組合應(yīng)用，使機(jī)械手的性能大大提高。同時(shí)，隨著單片機(jī)性能價(jià)格比的不斷提高，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，目前，單片機(jī)已在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于冶煉、機(jī)械、石油、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)方面。一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)是自動(dòng)生產(chǎn)線上不可缺少的控制部件。單片機(jī)作為一種通用的工業(yè)控制器，適用于工業(yè)機(jī)械手的控制。在該設(shè)計(jì)中，機(jī)械手的手爪的抓緊、放松采用氣壓驅(qū)動(dòng)，手臂的上升、下降由步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，底盤(pán)的旋轉(zhuǎn)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制部分采用51單片機(jī)，型號(hào)為S

7、T89C51。目前，機(jī)械手向越來(lái)越緊湊，越來(lái)越快，越來(lái)越強(qiáng)力的方向發(fā)展，因?yàn)?，緊湊的設(shè)計(jì)可便于在車(chē)間中安裝。較快的速度可提高生產(chǎn)量，而提高有效載荷能力，可以操作更大的零件。 三 機(jī)械手總體方案的設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.1.1手部手部是機(jī)械手直接用于抓取和握緊工件或夾持專用工具進(jìn)行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安裝于機(jī)械手手臂的前端。機(jī)械手結(jié)構(gòu)型式不象人手，它的手指形狀也不象人的手指、，它沒(méi)有手掌，只有自身的運(yùn)動(dòng)將物體包住，因此，手部結(jié)構(gòu)及型式根據(jù)它的使用場(chǎng)合和被夾持工件的形狀，尺寸，重量，材質(zhì)以及被抓取部位等的不同而設(shè)計(jì)各種類(lèi)型的手部結(jié)構(gòu)，它一般可分為鉗爪式，氣吸式，電磁式和其他

8、型式。鉗爪式手部結(jié)構(gòu)由手指和傳力機(jī)構(gòu)組成。其傳力機(jī)構(gòu)形式比較多，如滑槽杠桿式、連桿杠桿式、斜楔杠桿式、齒輪齒條式、彈簧杠桿式等，這里采用滑槽杠桿式。3.1.2手腕腕部是連接手部與臂部的部件，起支承手部的作用。設(shè)計(jì)腕部時(shí)要注意以下幾點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，重量盡量輕。 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，密封性要好。 注意解決好腕部也手部、臂部的連接，以及各個(gè)自由度的位置檢測(cè)、管線的布置以及潤(rùn)滑、維修、調(diào)整等問(wèn)題 要適應(yīng)工作環(huán)境的需要。 另外，通往手腕油缸的管道盡量從手臂內(nèi)部通過(guò)，以便手腕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)管路不扭轉(zhuǎn)和不外露，使外形整齊。3.1.3手臂臂部是機(jī)械手的主要執(zhí)行部件，其作用是支承手部和腕部，并將被抓取的工件傳送到給定位置和方位上

9、，因而一般機(jī)械手的手臂有三個(gè)自由度，即手臂的伸縮、左右回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)。手臂的回轉(zhuǎn)和升降運(yùn)動(dòng)是通過(guò)立柱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。；立柱的橫向移動(dòng)即為手臂的橫向移動(dòng)。手臂的各種運(yùn)動(dòng)通常由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，它不僅僅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。手臂的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大?。幢哿Γ┖投ㄎ痪鹊榷贾苯佑绊憴C(jī)械手的工作性能，所以必須根據(jù)機(jī)械手的抓取重量、運(yùn)動(dòng)形式、自由度數(shù)、運(yùn)動(dòng)速度及其定位精度的要求來(lái)設(shè)計(jì)手臂的結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到手臂的受力情況、油缸及導(dǎo)向裝置的布置、內(nèi)部管路與手腕的連接形式等因素。因此設(shè)計(jì)臂部時(shí)一般要注意下述要求： 剛度要大 為防

10、止臂部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的變形，手臂的截面形狀的選擇要合理。弓字形截面彎曲剛度一般比圓截面大；空心管的彎曲剛度和扭曲剛度都比實(shí)心軸大得多。所以常用鋼管作臂桿及導(dǎo)向桿，用工字鋼和槽鋼作支承板。 導(dǎo)向性要好 為防止手臂在直線移動(dòng)中，沿運(yùn)動(dòng)軸線發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，或設(shè)置導(dǎo)向裝置，或設(shè)計(jì)方形、花鍵等形式的臂桿。 偏重力矩要小 所謂偏重力矩就是指臂部的重量對(duì)其支承回轉(zhuǎn)軸所產(chǎn)生的靜力矩。為提高機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度，要盡量減少臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，以減少偏重力矩和整個(gè)手臂對(duì)回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)、定位精度要高 由于臂部運(yùn)動(dòng)速度越高、重量越大，慣性力引起的定位前的沖擊也就越大，運(yùn)動(dòng)即不平穩(wěn)，定位精度也不會(huì)高。故

11、應(yīng)盡量減少小臂部運(yùn)動(dòng)部分的重量，使結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，同時(shí)要采取一定的緩沖措施。3.1.4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和升降(或俯仰)運(yùn)動(dòng)均與立柱有密切的聯(lián)系。機(jī)械手的立柱因工作需要，有時(shí)也可作橫向移動(dòng)，即稱為可移式立柱。3.1.5、機(jī)座機(jī)座是機(jī)械手的基礎(chǔ)部分，機(jī)械手執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各部件和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均安裝于機(jī)座上，故起支撐和連接的作用。3.2 機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)要求3.2.1機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)方式該機(jī)械手一共具有三個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，連同末端機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，一共需要三個(gè)動(dòng)力源。機(jī)械手常用的驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)三種類(lèi)型。3.2.2機(jī)械手驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求有：（1）

12、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量盡可能要輕，單位質(zhì)量的輸出功率要高，效率也要高；（2） 反應(yīng)速度要快，即要求力矩質(zhì)量比和力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比要大，能夠進(jìn)行頻繁地起、制動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)切換；（3） 驅(qū)動(dòng)盡可能靈活，位移偏差和速度偏差要??；（4） 安全可靠；（5） 操作和維護(hù)方便；（6） 對(duì)環(huán)境無(wú)污染，噪聲要??；（7） 經(jīng)濟(jì)上合理。3.3 機(jī)械手的控制方案由于單片機(jī)體積小，價(jià)格便宜且具有高穩(wěn)定性和很強(qiáng)的抗干擾能力，因此本設(shè)計(jì)中用單片機(jī)取代PLC 控制。四 機(jī)械手的受力分析及尺寸確定4.1機(jī)械手的手部設(shè)計(jì)我們假設(shè)機(jī)械手抓取得重物為0.25千克，用Q表示，機(jī)械手手部的尺寸用L,l,a表示。為了計(jì)算的方便，我們先不考慮機(jī)構(gòu)本身的重

13、量，摩擦力，以及運(yùn)動(dòng)的慣性，計(jì)算以后用系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。如下圖所示，物體重力方向垂直向下，依靠手指對(duì)重物接觸部位的摩擦力F，與重物的重力Q，相平衡而約束住重物。 下圖為我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)械手的手部示意圖 圖4.1 杠桿式手指 4.2機(jī)械手的受力分析下圖為機(jī)械手的手部和物件的受力分析圖圖4.2手指的受力情況圖4.3物體的受力情況4.3機(jī)械手的受力分析計(jì)算由受力分析圖得知，手指受力平衡的條件是：4F-Q=0 (以為手指與物件有四處接觸，所以為4F)因?yàn)?F=N1f 所以4N1f=QN1=N1計(jì)/2sina由上式得 N1計(jì)=Q/2fsinaK=K1K2式中：F物件與手指接觸處的摩擦力N1-物體與手指接觸處的正

14、壓力f-物體與手指接觸處的摩擦系數(shù)，一般為0.1-0.25 接觸比較光不滑時(shí)取小值，接觸面比較粗糙時(shí)取大值。N1計(jì)-手指應(yīng)該具有的握緊力a-手指的抓取角，一般為4575度需要的握緊力為N1需 =N1計(jì)K/=Qksina/2f式中：-手部的機(jī)械效率，一般為0.85-0.9K1-安全系數(shù)，一般為1.1-1.5K2-工作情況系數(shù)，一般為1.2-2.5假定傳動(dòng)力P需分別作用在兩個(gè)手指上，每個(gè)手指上的所得到的傳動(dòng)力各為P需/2，根據(jù)其力矩平衡條件得：P需l/2-N1需L=0P需=2LN1需/lP需=LKQsina/lf我們?nèi)=10mm L=45mm a=60 度 Q=0.25kg =0.9 K1=1.

15、3 K2=2.0 f=0.2將數(shù)值帶入上式P需=54mm×1.2×2.0×0.25×sin60/15mm×0.2×0.9=9.45N取整P需=10N五 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算5.1、根據(jù)動(dòng)作的要求制定驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。該電力機(jī)械手進(jìn)行抓緊，旋轉(zhuǎn)及升降運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵摍C(jī)械手的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所以搬運(yùn)的工件較輕，總體重量比較輕，為減小系統(tǒng)的總體積，以及利于與外部的連接。我們采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)手臂在垂直方向的運(yùn)動(dòng)，利用兩齒輪的嚙合，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)齒輪，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。手部通過(guò)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)拔叉的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾緊，放松運(yùn)動(dòng)?？?/p>

16、體結(jié)果如圖5.1 圖5.1機(jī)械手簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)圖 圖5.2齒輪齒條配合驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖5.3配合結(jié)構(gòu)效果圖 圖5.4三齒輪配合不變向機(jī)構(gòu)（手臂旋轉(zhuǎn)）5.2、工作程序圖：該機(jī)械手電力驅(qū)動(dòng)動(dòng)作順序要求為：原點(diǎn)立柱上升手臂左轉(zhuǎn)立柱下降機(jī)械手夾緊立柱上升手臂右轉(zhuǎn)立柱下降機(jī)械手放下物件原點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)作順序?yàn)椋涸c(diǎn)D步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)上升C步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)（左轉(zhuǎn)）D步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)下降A(chǔ)步進(jìn)電機(jī)正傳（夾緊）D步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)上升C步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)（右轉(zhuǎn)）D步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)下降A(chǔ)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)（放松）原點(diǎn)5.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)

17、。圖5.5是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。圖5.5 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開(kāi)，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相 繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開(kāi)關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開(kāi)時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類(lèi)推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八

18、拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖 5.6 a、b、c所示：圖5.6 a. 單四拍  b. 雙四拍  c八拍六 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與編程6.1 單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 6.1.1 AT89C51主要特性：l 與MCS-51兼容l 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器l 壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年l 全靜態(tài)工作：0HZ-24HZl 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定l 128*8位內(nèi)部RAMl 32

19、可編程I/O線l 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器l 5個(gè)中斷源l 可編程串行通道l 低功耗的閑置和掉電模式l 片內(nèi)振蕩和時(shí)鐘電路6.1.2 AT89C51管腳說(shuō)明AT89C51管腳圖如下： 如圖6.1所示：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出

20、4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出

21、其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：端口管腳  備選功能P3.0   RXD（串行輸入口）P3.1   TXD（串行輸出口）P3.2   /INT0（外部中斷0）P3.3   

22、;/INT1（外部中斷1）P3.4   T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5   T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6   /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7   /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6

23、。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部

24、鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。     XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。6.1.3 振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。如下圖所示。圖中C3、C4 起穩(wěn)

25、定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為530pF。晶振常選用頻率為6MHz、12MHz 或24MHz 的，采用串口時(shí)常使用頻率為11.0592MHz 的晶振。內(nèi)部振蕩方式所得到的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，應(yīng)用較多。圖6.2 振蕩電路6.1.4 復(fù)位電路復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)。為可靠起見(jiàn)，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷(xiāo)復(fù)位信號(hào)，以防電源開(kāi)關(guān)或電源插頭分-合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。圖6.3所示的RC復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上述基本功能，圖3為其輸入-輸出特性。但解決不了電源毛刺（A點(diǎn)）和電源緩慢下降（電池電壓不足）等問(wèn)題 而且調(diào)整 RC 常數(shù)改變延時(shí)

26、會(huì)令驅(qū)動(dòng)能力變差。左邊的電路為高電平復(fù)位有效，右邊為低電平Sm為手動(dòng)復(fù)位開(kāi)關(guān)，Ch可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾 。圖6.3 復(fù)位電路6.1.5單片機(jī)最小系統(tǒng)要使用單片機(jī)工作首先要知道單片機(jī)的最小系統(tǒng)。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶體振蕩電路、復(fù)位開(kāi)關(guān)和電源部分 圖6.4 單片機(jī)的最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)構(gòu)成，振蕩電路、時(shí)鐘電路。如圖所示，外部時(shí)鐘振蕩電路由晶體振蕩器和電容C3、C4構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，連接在XTAL1、XTAL2腳兩端。對(duì)外部C3、C4的取值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響到振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性。C3、C4通常取值C3=C4=30PF左右（看到取30uf 12m

27、）；8051的晶振最高振蕩頻率為12M，AT89C51的外部晶振最高頻率可到24M。89C51正常工作時(shí)的連線：1、 電源：?jiǎn)纹瑱C(jī)使用的是5V電源，其中正極接40引腳，負(fù)極（地）接20引腳。 2、 振蒎電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)是一種時(shí)序電路，必須提供脈沖信號(hào)才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買(mǎi)來(lái)晶振，電容，連上就可以了，按圖接上即可。 3、 復(fù)位引腳：按圖6.4中畫(huà)法連好即可。 4、 EA引腳：EA引腳接到正電源端（接電源表示使用內(nèi)部ROM,接地表示擴(kuò)展外部ROM，現(xiàn)在一般是使用內(nèi)部ROM）。 至此，一個(gè)單片機(jī)就接好，通上電，單片機(jī)就開(kāi)始工作了。6.1.6 51

28、單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的方法。驅(qū)動(dòng)電壓12V，步進(jìn)角為 7.5度 . 一圈 360 度 , 需要 48 個(gè)脈沖完成! 該步進(jìn)電機(jī)有6根引線，排列次序如下：1:紅色、2:紅色、3:橙色、4:棕色、5:黃色、6:黑色。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。采用51單片機(jī)控制機(jī)械手局部電路圖如圖6.5： 圖6.5 單片機(jī)驅(qū)

29、動(dòng)局部電路圖、6.2 控制面板的設(shè)計(jì)控制面板設(shè)置，利用單刀雙擲開(kāi)關(guān)控制不同的方向，實(shí)現(xiàn)需要的效果，控制面板如圖6.6： 圖6.6 控制面板1、開(kāi)關(guān)S1控制步進(jìn)電機(jī)A，利用齒條的伸縮，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的放松與夾緊，原理如圖5.3，步進(jìn)電機(jī)A反轉(zhuǎn)，拉桿伸長(zhǎng)，根據(jù)杠桿原理，以劃銷(xiāo)（圖4.1）為支點(diǎn)機(jī)械手放松。相反，步進(jìn)電機(jī)A正傳拉桿收縮，根據(jù)杠桿原理，以劃銷(xiāo)（圖4.1）為支點(diǎn)機(jī)械手夾緊。2、開(kāi)關(guān)S2控制步進(jìn)電機(jī)B，利用齒條的伸縮，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的前后伸展，控制工件和立柱的距離，方便空間距離比較大的運(yùn)動(dòng)，原理如圖5.3，步進(jìn)電機(jī)B正轉(zhuǎn)，手臂伸長(zhǎng)向前運(yùn)動(dòng)，圖5.1。步進(jìn)電機(jī)B反轉(zhuǎn)手臂收縮，向后運(yùn)動(dòng)。3、開(kāi)關(guān)S3

30、控制步進(jìn)電機(jī)C，利用齒輪組的嚙合控制手臂在xoy平面上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，齒輪組如圖5.4，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的左右旋轉(zhuǎn)，改變工件的放置位置，步進(jìn)電機(jī)C正轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)手臂以立柱為中心向左面的旋轉(zhuǎn)（圖5.1）。相反步進(jìn)電機(jī)C反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)手臂的以立柱為中心向右面旋轉(zhuǎn)。4、開(kāi)關(guān)S4控制步進(jìn)電機(jī)D，利用齒條的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂的抬高與降落，實(shí)現(xiàn)工件在Z軸方向的改變，步進(jìn)電機(jī)D正傳立柱上升，原理如圖5.3，步進(jìn)電機(jī)D反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手臂下降，在空間上改變機(jī)械手的位置，從而實(shí)現(xiàn)工件的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)開(kāi)關(guān)S1、S2、S3、S4的配合，實(shí)現(xiàn)工件的空間位置改變，機(jī)械手的作用得以體現(xiàn)。6.3 控制程序的設(shè)計(jì)本程序設(shè)計(jì)兩種控制方式，點(diǎn)動(dòng)操作和自動(dòng)運(yùn)行

31、1、 點(diǎn)動(dòng)操作：點(diǎn)動(dòng)操作，顧名思義，就是一點(diǎn)一動(dòng)，根據(jù)個(gè)人的操作控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件在空間位置的改變。點(diǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)械手的夾緊、手臂的伸縮、立柱的升降，等一系列的運(yùn)動(dòng)，具體的程序流程圖如圖6.7：圖6.7 點(diǎn)動(dòng)流程圖2、 自動(dòng)運(yùn)行自動(dòng)運(yùn)行，顧名思義，打開(kāi)自動(dòng)開(kāi)關(guān)，按照程序的設(shè)定，自動(dòng)完成一系列的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搬運(yùn)物體到目標(biāo)地點(diǎn)，體現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)化，智能化，有利于生產(chǎn)線的工作效率，更好的反映出機(jī)械手的全能性。機(jī)械手工作流程：工件經(jīng)傳送帶傳到指定位置，傳送帶停止，接通機(jī)械手電路，機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)按照程序的編制實(shí)現(xiàn)工件由傳送帶到傳送帶之間的傳遞，工件放到另外傳送帶后機(jī)械手回到原點(diǎn)，復(fù)位，一個(gè)工作周期結(jié)束，等待下個(gè)周期。簡(jiǎn)圖如圖6.8：圖6.8 自動(dòng)控制簡(jiǎn)圖七 機(jī)械手控制系統(tǒng)的調(diào)試在硬件和軟件都完成后，需要對(duì)硬件和軟件分別調(diào)試。只有當(dāng)硬件中的各個(gè)模塊工作測(cè)試穩(wěn)定好后，才能進(jìn)行系統(tǒng)總體調(diào)試。這里將調(diào)試的過(guò)程及在調(diào)