装箱机械手计算机控制系统设计.doc

1、摘 要装箱机械手是如今国内外广泛使用的装箱设备，它不仅能提高生产效率，降低劳动强度,而且还能稳定产品质量，改善产品的快速更新和劳动条件。机械手特别适合品种多、批量多的柔性生产。它是综合了机构学、计算机、控制论、人工智能、仿生学、信息和传感技术等多学科而形成的高新技术，是当代研究中十分活跃，应用十分广泛的领域。虽然至今国内外已经为自动化生产线研制出了各种工业机器人,但大多数重的装箱机械手都采用的是单片机或PLC控制器控制。计算机控制系统具有操作界面简单直观，易于操作等优点，用计算机对机械手进行控制能够达到两者的优点结合，使得机械手更方便控制。因此，对装箱机械手的计算机控制研究显得极其重要。目前国

2、内外大多数生产线上的装箱系统都用到机械手，根据对醋厂生产流水线的调研情况，充分了解了机械手的控制方式与计算机控制系统，本设计通过计算机、51单片机、步进电机、直流电机以及系统软件组成装箱机械手的控制系统，由串口通信传输信息，经抓放硬币的演示实验，成功实现了3行4列的装箱过程。本次设计要求以圆柱坐标机械手作为控制对象，通过计算机控制系统来控制其装箱过程，本文主要是以实验室现有的TVT-99D圆柱坐标机械手模型为控制对象，通过串口通信将计算机与机械手连接，计算机在VB软件下编程操作，单片机用C语言进行编程，主要对机械手三个基本坐标进行控制，以及手爪的控制，限位保护采用限位开关和接近开关，实现了简单

3、的装箱动作。由于知识和条件的限制，本次毕业设计只是简单的研究演示了机械手的装箱工作，对生产流水线上的送瓶、送箱系统并未涉及研究。关键词：计算机控制；装箱机械手；C语言AbstractRobot boxing is now widely used equipment packing equipment at home and abroad, it can not only increase productivity, reduce labor intensity, but also the stability of product quality, improve product quickly

4、 updates and labor conditions. Robot boxing is especially suitable for varieties, batch number of flexible production. It is a combination of institutions, computer, cybernetics, artificial intelligence, bionics, information and sensor technology, multi-disciplinary and the formation of high-tech, c

5、ontemporary research is very active, very broad application fields. Though so far at home and abroad for the automated production line has developed a variety of industrial robots, but most of the heavy loading robot boxing are controlled by MCU or PLC controller .Computer control system has a simpl

6、e and intuitive user interface, easy operation, etc., using a computer to control the robot boxing to achieve both the advantages of combination makes more convenient to control the robot. Therefore, the computer-controlled robot boxing is extremely important. Most current domestic production line p

7、acking systems are used robot, based on the production of vinegar filling production line research situation, fully aware of the robot control and computer control system, This design through the computer, 51 microcontroller, stepper motor, dc motor and the composition of system software loading man

8、ipulator control system, the serial port communication and transport information, the pick and place coins demonstration experiment, succeeded in line 3 x 4 column packing process . The design requirements in cylindrical coordinates robot as the control object, the computer control system to control

9、 its packing process, this paper is based on existing laboratory TVT-99D cylindrical coordinate manipulator model as control object , and through a serial port communication connect computers and robots, computer programming operation under VB software, microcontroller using C language programming,

10、the main three basic coordinate for manipulator control and gripper control, limit protection using limit switches and proximity switches, to implement a simple packing action. Because of the limitation of knowledge and the conditions, this graduation project simply studies and demonstrates robotic

11、packing work on the production line to send bottles, delivery box system is not involved in researchKey words：Computer control ; Boxing robot; C language目 录引言11 机械手及计算机概述21.1 机械手的分类21.2 机械手的组成21.3 计算机控制技术概述42 醋厂生产线调研及设计方案比较62.1 选题背景62.2 醋厂灌装生产线调研62.3 设计内容与要求72.4 设计方案比较82.5 驱动方式的比较与选择92.6 手爪的控制方式选择11

12、2.7 计算机连接方式的选择112.8 最终方案的确定与说明123 硬件电路设计153.1 机械手装箱动作分析153.2 步进电机驱动173.3 直流电机驱动183.4 主要硬件介绍183.5 复位电路设计203.6 晶振电路设计213.7 电源设计213.8 限位开关设计213.9 串口通信接口电路设计224 软件设计244.1 计算机编程244.2 单片机编程244.3 上位机控制界面设计254.4 延时时间计算264.5 程序设计335 电路板制作与调试366 结论38谢 辞40参考文献41附 录42引言装箱机械手的计算机控制系统研究作为近代自动控制领域中出现的一项新技术,已经成为现代机

13、械制造生产系统中的一个重要组成部分,近年来，机械手的积极作用正日益为人们所认同，虽然我国许多行业仍属于劳动力密集型，但机械手的使用却已经越来越普及，机械手也得到了迅速的发展，目前机械手在我国已广泛使用于饮料、啤酒、化工、食品、医药等行业，根据装箱要求，机械手能自动对瓶罐类、盒类袋类系列产品整理排列后自动装箱，不仅外形美观新颖，结构紧凑独特，而且维修方便，但我国在机械手方面的研究工作却仍处于较落后的阶段。现代电子技术、传感技术、自动控制技术、计算机技术、信息处理技术和新材料、新工艺的发展也为自动控制系统的发展带来了许多巨大的飞跃。自动控制系统就像人的大脑和四肢，能够代替人类完成许多复杂、繁琐和难

14、度高的工作，甚至能够完成人工所不能完成的工作。 我国传统的装箱机械手一般采用机械控制，结构既复杂又繁重。近年来，随着控制技术、液压技术、电子技术、电气技术等技术的快速发展，传统的装箱机械也发生了巨大的变革，机电一体化已经成为了装箱机械的发展趋势，特别是计算机控制技术的发展，让这一发展趋势显得更加明显。总体来看，装箱机械手的发展趋势如下：（1） 结构精简化；（2） 控制程序模块化；（3） 功能全面化，操作简便化；（4） 装箱效果高速、高效、高质量化。本次毕业设计对装箱机械手的计算机控制系统进行研究设计，不仅可以巩固我们已学的专业知识，扩展我们的知识面和专业面，做到学以致用，还可以加强对自己的思维

15、训练和能力培养，锻炼我们理论联系实际的能力。1 机械手及计算机概述1.1 机械手的分类 机械手是一种能模拟人的手臂动作，按照设定程序、轨迹和要求，代替人手进行抓取、搬运工件或操持工具的机电一体化自动装置，在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。机械手的分类可以根据工业机械手的三大部分来分，分类如下表所示：表1-1 机械手的分类机械手分类部分机械部分传感部分控制部分基本结构驱动源模块式机械手柔软臂式机械手球坐标式机械手直角坐标式机械手圆柱坐标式机械手关节坐标式机械手平面关节式机械手冗余自由度式机械手气动式液压式电动式视觉传感器触觉传感器接近觉传感器智能机械手人工操作机械手固定程序机械手可变程序机械手重演式示教机手计算机数控机械手1.2 机械手的组成由上面机械手的分类可知，机械手由机械部分、传感部分、控制部分组成，可以分为六个子系统，分别是人-机交互系统、机械手-环境交互系统、机械结构系统、传感系统、驱动系统、控制系统，最常见的组成方式是将机械手分为三部分，分别是执行机构，驱动系统和控制系统，如图1-1所示。图1-1 机械手的一般组成1)人-机交互系统人-机交互系统是指