基于單片機的機械手運動控制系統(tǒng)設(shè)計_圖文

1、畢業(yè)論文（設(shè)計）材料題 目： 基于單片機的機械手運動控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名： 劉韜 學(xué)生學(xué)號： 0808020119 系 別： 電氣信息工程系 專 業(yè)： 自動化 屆 別： 2012屆 指導(dǎo)教師： 苗磊 填 寫 說 明1、本材料包括淮南師范學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書、開題報告以及畢業(yè)論文（設(shè)計）評審表三部分內(nèi)容。2、本材料填寫順序依次為：（1）指導(dǎo)教師下達畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書；（2）學(xué)生根據(jù)畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書的要求，在文獻查閱的基礎(chǔ)上撰寫開題報告，送交指導(dǎo)教師審閱并簽字認可；（3）畢業(yè)論文（設(shè)計）工作后期，學(xué)生填寫畢業(yè)論文（設(shè)計）主要內(nèi)容，連同畢業(yè)論文（設(shè)計）全文一并送交指導(dǎo)教師審閱，指

2、導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生實際完成的論文（設(shè)計）質(zhì)量進行評價；（4）指導(dǎo)教師將此表連同學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計）全文一并送交評閱教師評閱。3、指導(dǎo)教師、評閱教師對學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計）的成績評定均采用百分制。4、畢業(yè)論文（設(shè)計）答辯記錄不包括在此表中。一、畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書要求完成的主要任務(wù)及達到的目標(biāo)本課題要求設(shè)計一個基于單片機的機械手運動控制系統(tǒng)，其要完成的主要任務(wù)為：1. 了解目前機械手的發(fā)展現(xiàn)狀；2. 選用步進電機，設(shè)計基于單片機的機械手控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)二維搬運物體的功能。3. 設(shè)計控制硬件電路圖，編寫控制程序。要達到的目標(biāo)：了解步進電機的控制原理，掌握基于單片機對步進電機的控制電路，掌握機械手的位

3、置檢測方式。工作進度要求(1 2011/12/1-2011/12/30查閱相關(guān)資料，完成任務(wù)書以及開題報告的撰寫；(2 2012/1/1-2012/4/30查閱、收集資料，開展理論和實驗研究，撰寫畢業(yè)論文；(3 2012/5/1-2012/5/30修改、完善畢業(yè)論文，并將定稿后的論文按照統(tǒng)一格式打印。指導(dǎo)教師簽名： 2011年12月28日二、畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告課題研究目的機械手技術(shù)涉及到電子、機械學(xué)、自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。隨著工業(yè)自動化發(fā)展的需要，機械手在工業(yè)應(yīng)用中越來越重要。文章主要敘述了機械手的設(shè)計過程 ，文章中介紹了機械手的設(shè)計理論與

4、方法。本設(shè)計以AT89C51 單片機為核心，采用LMD18200 電機控制芯片達到控制直流電機的啟停、速度和方向，完成了篩選機械手基本要求和發(fā)揮部分的要求。在篩選機械手設(shè)計中，采用了PWM 技術(shù)對電機進行控制，通過對占空比的計算達到精確調(diào)速的目的課題研究計劃2012.01.012012.01.31、收集資料；在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下完成開題報告。復(fù)習(xí)單片機課程及其編程知識，并查閱收集機械手的相關(guān)資料。2012.02.12011.02.15、總體方案設(shè)計，選擇器件，繪制出電氣連接圖。 2012.02.162012.03.31、編寫調(diào)試程序，征求指導(dǎo)老師意見，對方案存在的不足，進行修改。2011.03.

5、012011.04.30、撰寫畢業(yè)論文，交給指導(dǎo)老師做進一步修改。2011.05.012011.05.14、準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。本課題研究現(xiàn)狀（需附適量參考文獻）研究現(xiàn)狀： 機械化、自動化已成在現(xiàn)代工業(yè)中突出的主題?；さ冗B續(xù)性生產(chǎn)過程的自 動化已基本得到解決。但在機械工業(yè)中，加工、裝配等生產(chǎn)是不連續(xù)的，機器人 的出現(xiàn)并得到應(yīng)用，為這些作業(yè)的機械化奠定了良好的基礎(chǔ)。 機械手，多數(shù)是指程序可變（編）的獨立的自動抓取、搬運工件、操作工具 的裝置（國內(nèi)稱作工業(yè)機械手或通用機械手）。 機械手是一種具有人體上肢的部分功能，工作程序固定的自動化裝置。機械 手具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、維修容易的優(yōu)勢，但功能較少，適

6、應(yīng)性較差。目前 我國常把具有上述特點的機械手稱為專用機械手，而把工業(yè)機械手稱為通用機械 。 簡而言之，機械手就是用機器代替人手，把工件由某個地方移向指定的工作 位置，或按照工作要求以操縱工件進行加工。 機械手一般分為三類。第一類是不需要人工操作的通用機械手，也即本文所 研究的對象。它是一種獨立的、不附屬于某一主機的裝置，可以根據(jù)任務(wù)的需要 編制程序，以完成各項規(guī)定操作。它是除具備普通機械的物理性能之外，還具備 通用機械、記憶智能的三元機械。第二類是需要人工操作的，稱為操作機 （Manipulator）。工業(yè)中采用的鍛造操作機也屬于這一范疇。第三類是專業(yè)機械 手，主要附屬于自動機床或自動生產(chǎn)線上

7、，用以解決機床上下料和工件傳送。這 種機械手在國外通常被稱之為“Mechanical Hand”，它是為主機服務(wù)的，由主機 驅(qū)動。除少數(shù)外，工作程序一般是固定的，因此是專用的。 機械手按照結(jié)構(gòu)形式的不同又可分為多種類型，其中關(guān)節(jié)型機械手以其結(jié)構(gòu) 緊湊，所占空間體積小，相對工作空間最大，甚至能繞過基座周圍的一些障礙物 等這樣一些特點，成為機械手中使用最多的一種結(jié)構(gòu)形式。 要機械手像人一樣拿取東西，最簡單的基本條件是要有一套類似于指、腕、 臂、關(guān)節(jié)等部分組成的抓取和移動機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)；像肌肉那樣使手臂驅(qū)動傳動系統(tǒng)；像大腦那樣指揮手動作的控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的性能就決定了運動的 機械手的性能。一般而言，

8、機械手通常就是由執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動傳動系統(tǒng)和控制。 對于現(xiàn)代智能機械手而言，還具有智能系統(tǒng)，主要是感覺裝置、視覺裝置和 語言識別裝置等。目前研究主要集中在賦予機械手“眼睛”，使它能識別物體和躲 避障礙物，以及機械手的觸覺裝置。機器人的這些組成部分并不是各自獨立的， 或者說并不是簡單的疊加在一起，從而構(gòu)成一個機械手的。要實現(xiàn)機械手所期望 實現(xiàn)的功能，機械手的各部分之間必然還存在著相互關(guān)聯(lián)、相互影響和相互制約。 機械手的機械系統(tǒng)主要由執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動傳動系統(tǒng)組成。執(zhí)行機構(gòu)是機械 手賴以完成工作任務(wù)的實體，通常由連桿和關(guān)節(jié)組成，由驅(qū)動傳動系統(tǒng)提供動 力，按控制系統(tǒng)的要求完成工作任務(wù)。驅(qū)動傳動系統(tǒng)主要包括驅(qū)

9、動機構(gòu)和傳動 系統(tǒng)。驅(qū)動機構(gòu)提供機械手各關(guān)節(jié)所需要的動力，傳動系統(tǒng)則將驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為滿 足機械手各關(guān)節(jié)力矩和運動所要求的驅(qū)動力或力矩。有的文獻則把機械手分為機 械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分。其中的機械系統(tǒng)又叫操作機 (Manipulator，相當(dāng)于本文中的執(zhí)行機構(gòu)部分。能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材

10、料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設(shè)計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜一般專用機械手有23個自由度。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝

11、置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手是一種模擬人手操作的自動機械。它可按固定程序抓取、搬運物件或操持工具完成某些特定操作。應(yīng)用機械手可以代替人從事單調(diào)、重復(fù)或繁重的體力勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，代替人在有害環(huán)境下的手工操作，改善勞動條件，保證人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。20世紀(jì)40年代后期，美國在原子能實驗中，首先采用機械手搬運放射性材料，人在安全間操縱機械手進行各種操作和實驗。50年代以后，機械手逐

12、步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫、污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機床的輔助裝置在自動機床、自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。機械手主要由手部和運動機構(gòu)組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復(fù)合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6個自由度 。自由度是機械手設(shè)計的關(guān)鍵參數(shù) 。自由

13、度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機械手有23個自由度。機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。參考文獻：1、張建民.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京：北京理工大學(xué)出版社，1996:108-1102、陳光東.單片微型計算機原理與接口

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