基于单片机的机械手运动控制设计.doc

1、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。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。 机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术

2、和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。本设计以AT89C51单片机为核心，采用L298电机控制芯片达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了机械手基本要求和发挥部分的要求。在机械手设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。关键词：机械手；AT89C51单片机；L298电机控制芯片；电机控制。Abstract A robot is developed in recent decades a high-tech automated production equipment. Industrial r

3、obots is an important branch of industrial robots. It features can be programmed to perform a variety of jobs expected in the structure and performance of the respective merits of both people and machines, particularly evident in human intelligence and adaptability. The accuracy of manipulators and

4、the environments ability to complete the job in the field of the national economy has a broad space for development. Starting the robot structure is relatively simple, highly specific.With the development of industrial technology, made by program control can be achieved independent of repeated opera

5、tions, and broad scope of the Program Control Universal Manipulator,referred universal manipulator.Because generic robot can quickly change the working procedures, adaptability, so it is constantly changing variety of small batch production to obtain a wide range of references. Robotic technologies

6、related to electronics, mechanics, automatic control technology, sensor technology and computer technology and other scientific fields, is a multidisciplinary integrated technology. With the needs of the development of industrial automation, robots and more important in industrial applications. The

7、design AT89C51 microcontroller as the core, using L298 motor control chip to control the DC motor start and stop, speed and direction, completing the basic requirements and Manipulator play a part requirements.In the Manipulator design, using a PWM motor control technology, through the calculation o

8、f the duty cycle to achieve accurate speed control purposes.Keywords:Manipulator;AT89C51 microcontroller;L298 motor control chip;Motor Control.目 录引言11 绪论31.1 机械手概述31.1.1机械手的当代应用41.1.2机械手工作方式41.1.3机械手的分类41.2 机械手的一般组成42 任务要求与总体设计方案62.1 设计任务与要求62.2 总体设计方案62.3 基本设计思路62.2.1 CPU62.2.2传动机构62.2.3机械手组成72.2.4

9、抓取机构92.2.5机械手的驱动方式92.3 设计方案的总结112.3.1 CPU的选择112.3.2机械手坐标形式的选择112.3.3传动机构的选择112.3.4驱动方式的选择112.3.5电机类型的选择113 机械手结构设计133.1 机械手尺寸的确定133.2 传动部分设计133.3 机械手结构部分总结134 硬件电路部分设计134.1 单片机的选择134.1.1单片机的简介144.1.2 89C51简介174.1.3 89C51系列单片机基本配置174.1.4 89C51单片机引脚及其功能184.1.5单片机的I/O口结构204.1.6 A/D转换204.2 驱动芯片的选择204.2.

10、1驱动芯片概念204.2.2 L298的简介214.2.3 L298芯片引脚及其功能214.2.4 L298芯片原理224.3 直流电机224.3.1直流机简介224.4 主控电路的设计234.4.1晶振电路设计244.4.2复位电路的设计244.4.3时钟电路设计254.4.4复位电路设计254.4.5矩阵按键模块264.4.6串口通信模块264.4.7开关量采集电路285 软件设计295.1 软件流程图295.2 主从机信息交换流程图305.3 软件抗于扰315.3.1输入输出的软件抗干扰315.3.2程序执行过程中的软件抗于扰325.3.3系统的恢复366 总结39谢 辞40参考文献41

11、附 录42附录一 程序清单42附录二 原理图46附录三 PCB图47引言 基于单片机控制的机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人工程师近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及人工智能等多种学科的最新研究成果，师当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，师一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。 本毕业设计是基于单片机控制的机械手的设计，机械手各活动部件采用直流电机驱动，单片机发送的控制信号经过功率放大，转换后，控制直流电机转动与停止，各个电

12、机的协调转动，完成机械手的升降，左右旋转，伸缩等功能。工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁，单调的操作，如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的，有时候还要用行车员工件，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染环境条件上进行操作。更显其优越性，有着广阔的发展前途。机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命

13、力，受到人们的广泛重视和欢迎。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那

14、样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下： （一）以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。 （二）以改善劳动条件，避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简

15、单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。可以减轻人力，并便于有节奏的生产。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。1 绪论1.1 机械手概述随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。美国机器人协会(RIA-Robot Institute of American):“一种用于搬运材料、部件、工具或其它特种装置的可重复编程的多功能的操作机。”日本工业机器人协会(JIRA-Japanese Industrial Robot Association):“一种带有存储器件和末端执行器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。”1987年国际标准化组织对工业机器人进行了统一的定义:“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。在国外，机器人技术已经