机械手毕业论文

目录摘要................................................................IAbstract...........................................................II第1章绪论........................................................11.1机械手的研究背景..............................................11.1.1机械手的选题背景..........................................11.1.2国内外工业机器人的发展状况................................11.2机械手的设计目的..............................................21.3机械手发展趋势................................................3第2章机械手的总体设计.............................................52.1机械机构设计..................................................52.2单片机的选型..................................................62.3驱动芯片的选型................................................92.4电机的选型...................................................112.4.1步进电机的工作原理.......................................122.4.2步进电机的选择...........................................14第3章控制电路的硬件设计.........................................173.1硬件电路设计.................................................173.1.1电源模块设计.............................................173.1.2单片机控制电路...........................................193.1.3光电隔离电路和驱动电路...................................213.2PCB板电路设计................................................233.2.1简介.....................................................233.2.3PCB图设计...............................................26第4章控制电路的软件设计........................................274.1主程序.......................................................274.2自动程序.....................................................284.3电机转动程序.................................................284.4键盘扫描程序.................................................29第5章结论........................................................31致谢...............................................................32参考文献...........................................................33附录机械手C语言控制程序..........................................34I摘要本文简要介绍了工业机械手的研究背景，组成和分类，机械手发展趋势以及自己设计的机械手结构模型。它主要是对机械手电路部分进行设计，在总体结构方案设计好的基础上，确定了电源电路的技术参数，选择以AT89C51单片机作为控制电路的核心，完成了光电隔离电路及驱动电路的设计。其中，电机是选择了步进电机，它靠时序脉冲来实现正反转，因此很方便。本例设计了自动按钮，手动按钮和停止按钮。自动按钮按下后，机械手能自动的去抓取物体并放在特定的位置上；手动按钮能单个的控制每个电机的正反转；停止按钮能够使整个机械手停止运动。本例设计了矩阵键盘，减少了所需的接口。利用限位开关来实现机械手的抓取物体时的定位，根据机械手的工作流程制定了单片机的控制方案，画出了机械手的工作时序图，并绘制单片机的控制程序。关键词：机械手；单片机；步进电机；矩阵键盘IIAbstractAtfirst,thebackgroundoftheindustrialrobot，thecomposition，classification，trendandManipulatormodelthatIdesignareintroducedinthispaper。itispartofdesignthecircuitofthemanipulatortodeterminethetechnicalparametersofthepowercircuit,selectAT89C51SCMascentreofcontrolcircuit，designopticalisolationcircuitanddrivercircuitcircuit.Amongthem,themotoristochooseastepmotor,itisachievedbyreversingthetimingpulse,soitisconvenient.Automatic，manualandstopbuttonaredesignedinthisprogram.Autobuttonispressed,therobotcanautomaticallygotograbobjects;manualbuttonistocontroleachindividualmotorreversing.Stopbuttonispressed，Manipulatorwillstopmove。Matrixkeyboardisdesignedtoreducetherequiredinterface.Usingoflimitswitchestoautomaticallygrabrealizedbythepositioningofobjects,accordingtotheworkflowtodeveloprobotcontrolprogramthemicrocontroller,theworkofthemanipulatortodrawtimingdiagram,anddrawsthemicrocontrollercontrolprogram.KEYWORDS:Manipulator;SCM;stepmotor;Matrixkeyboard1第1章绪论1.1机械手的研究背景1.1.1机械手的选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置[1]。近年来，随着电子技术特别是电子计算机的广泛应用，机器人的研制和生产已成为高技术领域内迅速发展起来的一门新兴技术，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。机械手能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械手越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。当工件变更时，柔性生产系统很容易改变，有利于企业不断更新适销对路的品种，提高产品质量，更好地适应市场竞争的需要。而目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计是非常有意义的[2]。1.1.2国内外工业机器人的发展状况1962年-1963年传感器的应用提高了机器人的可操作性。人们试着在机器人上安装各种各样的传感器，包括1961年恩斯特采用的触觉传感器，托莫维奇和博尼1962年在世界上最早的“灵巧手”上用到了压力传感器，而麦卡锡1963年则开始在机器人中加入视觉传感系统，并在1965年，帮助MIT推出了世界上第一个带有视觉传感器，能识别并定位积木的机器人系统。1965年约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制出Beast机器人。Beast已经能通过声纳系统、光电管等装置，根据环境校正自己的位置。20世纪60年代中期开始，美国麻省理工学院、斯坦福大学、英国爱丁堡大学等陆续成立了机器人实验室。美国兴起研究第二代带传感器、“有感觉”的机器人，并向人工智能进发。1968年美国斯坦福研究所公布他们研发成功的机器人Shakey。它带有视觉传感器，能根据人的指令发现并抓取积木,不过控制它的计算机有一个房间那么大。Shakey可以算是世界第一台智能机器人，拉开了第三代机器人研发的序幕。1969年日本早稻田大学加藤一郎实验室研发出第一台以双脚走路的机器人。加藤一郎长期致力于研究仿人机器人，被誉为“仿人机器人之父”。日本专家一向以研发仿人机器人和娱乐机器人的技术见长，后来更进一步，催生出本田2公司的ASIMO和索尼公司的QRIO。我国工业机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。进入80年代后，在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放的不断深入，我国机器人技术的开发与研究得到了政府的重视与支持。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了示教再现式工业机器人成套技术的开发，研制出了喷涂、点焊、弧焊和搬运机器人。1986年国家高技术研究发展计划（863计划）开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人。从90年代初期起，我国的国民经济进入实现两个根本转变时期，掀起了新一轮的经济体制改革和技术进步热潮，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显。从市场占有率来说，更无法相提并论。工业机器人很多核心技术，目前我们尚未掌握，这是影响我国机器人产业发展的一个重要瓶颈。1.2机械手的设计目的本设计通过对机械设计制造及其自动化专业大学本科四年的所学知识进行整合，完成一个特定功能、特殊要求的多工位冲床上下料机械手的设计，能够比较好地体现机械设计制造及其自动化专业毕业生的理论研