1、摘 要机械手是具有模仿人手和手臂的某些动作的功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可以部分或全部代替人力，从事一些单调、繁重的重复性劳动，实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作得以保护人身安全，因而当前正广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。本文首先按照设计要求进行了总体方案设计，包括机械手机械结构设计和机械手控制系统设计。机械手机械机构的主要部件是滚珠丝杠螺母机构。机械手控制系统采用基于IPC的机电一体化控制系统，其中PCL839步进电机控制卡是关键控制部件之一。其次对机械手的硬件部分进行了简要分析。掌握了机械手硬件部分的各项参数，为软件部分的编程做准
2、备。再次使用Turbo C提供的图形函数，开发了满足设计要求的简洁的彩色图形界面。用户在此界面下可以输入相应的运动参数，软件会对输入的参数进行判断并提示相应的信息.软件会自动将输入的参数经过计算转换，然后写入PCL839控制卡各轴的寄存器.用户按照操作提示，按下键盘上相应的键，使机械手执行相应的功能。本课题软件控制部分的设计以用户为中心，具有人性化的优点。本课题软件设计部分采用主程序与子程序相结合的结构，每一个程序都附有相应的流程图和程序代码及其详细注释。本课题中的机械手的结构虽然简单，但可以使人们了解机械手的工作和控制原理。适合于实验和教学。关键词：机械手，PCL839+步进电机控制卡,滚珠
3、丝杠，驱动电路AbstractManipulator is an automatic operation device ,which has the function to imitate some actions of hands and arms of human and according to the fixed programs to snatch and transport objects or operate tools.It can partly or entirely istead of human to engage in some monotonous、burdensom
4、e and petitive work. This makes production realized mechanization and automation. It can be operated in harmful environment to protect human. Thus currently they are widely used in machinery manufacturing, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy etc. This paper first designs the ov
5、erall strategy according to the design requirements,including manipulator mechanical structure design and manipulator control system design. The main components of manipulator mechanical structure is the ball screw nut. Manipulator control system is one electromechanical integration control system b
6、ased on the IPC, which PCL839 stepper motor control card is one of the key control components. Secondly the hardware parts of manipulator are briefly analyzed. Mastering the various parameters of manipulator hardware part , preparing for software programming. One more time ,using the graphics functi
7、ons provided by Turbo C to development the concise color graphic interface meetting the design requirements. Users can input the corresponding motion parameters in the interface, the software will judge the input parameters and point out the corresponding information.And the software will automatica
8、lly calculation and transform the input parameters.Then Then write the parameters to the axis registers of PCL839 control card.According to the operation prompt,user press the corresponding key on the keyboard to control manipulator executing corresponding function. With the user as the center,this
9、software control design in this paper has the advantages of humanity. This software design part adopts the structure of master program and subroutines combinating, each program has corresponding flowchart and program code and the detailed notes. The structure of the manipulator in this paper is simp
10、le , but it can make people understand the control and operation principle of the manipulator and be suitable for teaching and experiment.Key words: manipulator ，PCL839 + stepper motor control card, The ball screw，drive circuit 目 录引言11 机械手的背景、现状及发展趋势11.1 背景11.2 机械手现状及发展趋势32 系统方案总体设计62.1 设计要求62.2 机械手
11、机械结构设计62.3 机械手控制系统设计62.3.1控制系统硬件设计62.3.2控制系统软件设计72.3.3机械手整体结构和各部件连接73 机械手硬件部分分析93.1 机械本体分析93.2 控制部分分析114 控制系统软件设计204.1 本课题使用的函数的描述204.1.1使用到PCL839控制卡自带函数的描述204.1.2使用到C语言图形函数204.2 PCL839控制卡指令介绍224.3 PCL839控制卡寄存器的介绍234.4 应用软件设计思想274.5 用户界面设计284.6 参数输入判断子程序设计324.7 寄存器写值子程序设计374.8 画运动轨迹子程序设计384.9 主程序设计4
12、15 结论45谢 辞46参考文献47附 录 软件操作手册48引言机械手是具有模仿人手和手臂的某些动作的功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可以部分或全部代替人力，从事一些单调、繁重的重复性劳动，实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作得以保护人身安全，因而当前正广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支，是近几十年才发展起来的一种高科技自动化生产设备。它的特点是可以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
13、领域中有着广阔的发展前景。1 机械手的背景、现状及发展趋势1.1 背景机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。1962年，美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate（即万能自动）。运动系统仿照坦克炮塔，臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动；控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsa
14、tran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降、伸缩采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初，但都是国外工业机械手发展的基础。1978年美国Unimate公司和斯坦福大学，麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手，装有小型电子计算机进行控制，用于装配作业，定位误差小于1毫米。美国还十分注意提高机械手的可靠性，改进结构，降低成本。如Unimate公司建立了8种机械手试验台，进行各种功能的试验。准备把故障前平均时间（注：故障前平均时间是指一台设备可靠性的一种量度。它给出在第一次故障前的平均运行时间），由400小时提高到1500小时。精度可提高到
15、0.1毫米。联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手，主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。联邦德国KnKa公司还生产一种点焊机械手，采用关节式结构和程序控制。瑞士RETAB公司生产一种涂漆机械手，采用示教方法编制程序。瑞典安莎公司采用机械手清理铸铝齿轮箱毛刺等。日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进二种典型机械手后，大力研究机械手的研究。据报道，1979年从事机械手的研究工作的大专院校、研究单位多达50多个。1976年个大学和国家研究部门用在机械手的研究费用42%。1979年日本机械手的产值达443亿日元，产量为14535台。其中固定程序和可变程序约占一
16、半，达222亿日元，是1978年的二倍。具有记忆功能的机械手产值约为67亿日元，比1978年增长50%。智能机械手约为17亿日元，为1978年的6倍。截止1979年，机械手累计产量达56900台。在数量上已占世界首位，约占70%，并以每年50%60%的速度增长。使用机械手最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到1990年将有55万机器人在工作。前苏联自六十年代开始发展应用机械手，至1977年底，其中一半是国产，一半是进口。主要用于机械化、自动化程度较低、繁重单调、有害于健康的辅助性工作。总之，目前工业机械手大部分还属于第一代，主要依靠人工进行控制；控制方式则为开环式，没有识别能力；改进的方向主要是降低成
