机械手的单片机控制

燕山大学课程设计说明书题目：机械手的单片机控制学院（系）：电院自动化系年级专业：09过程控制2班学号：09学生姓名：指导教师：王振臣陈志旺教师职称：教授讲师燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：学号学生姓名专业（班级）设计题目设计技术参数设计要求工作量工作计划参考资料指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。年月日摘要I摘要摘要机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术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。文章主要叙述了机械手的设计过程，文章中介绍了机械手的设计理论与方法。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和方向，完成了筛选机械手基本要求和发挥部分的要求。【关键词】：筛选机械手，AT89C51单片机，L298电机控制芯片，电机控制。燕山大学本科生课程设计（论文）III目录目录摘要.....................................................................I第一章绪论.............................................................11．1机械手概述.....................................................11.1.1机械手当代应用...........................................11.1.2机械手工作方式...........................................11.1.3机械手的分类.............................................11.2机械手的一般组成..............................................1第二章总体方案设计......................................................32.1设计要求......................................................32.2基本设计思路..................................................32．2．1CPU....................................................32．2．2传动机构...............................................32．2．3机械手.................................................42．2．3．1机械手组成.....................................42．2．3．1机械手分类.....................................42．2．4抓取机构...............................................52．2．5机械手的驱动方式.......................................62．3设计方案的总结...............................................82．3．1CPU的选择.............................................82．3．2机械手坐标形式的选择...................................82．3．3传动机构的选择.........................................82．3．4驱动方式的选择.........................................8第三章硬件结构设计......................................................93．1机械手尺寸的确定.............................................93．2传动部分设计.................................................93．3硬件部分总结.................................................9第四章软件电路部分设计.................................................104．1单片机的选择................................................104．1．1单片机的概念...........................................104．1．2单片机特点.............................................104．1．3单片机硬件结构.........................................114．1．3．189C51基本配置................................114．1．3．2引脚及其功能.................................124．2驱动芯片选择.................................................134．2．1驱动芯片概念...........................................134．2．2驱动芯片原理...........................................134．3流程图......................................................13II4．4汇编程序......................................................4．5本章小结......................................................结论.....................................................................参考文献.................................................................第1章绪论1第一章绪论1.1机械手概述1．1．1机械手的当代应用机械化、自动化已成在现代工业中突出的主题。化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的，机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。机械手，多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国内称作工业机械手或通用机械手）。1．1．2机械手工作方式机械手是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。机械手具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势，但功能较少，适应性较差。目前我国常把具有上述特点的机械手称为专用机械手，而把工业机械手称为通用机械手。1．1．3机械手的分类简而言之，机械手就是用机器代替人手，把工件由某个地方移向指定的工作位置，或按照工作要求以操纵工件进行加工。机械手一般分为三类。第一类是不需要人工操作的通用机械手，也即本文所研究的对象。它是一种独立的、不附属于某一主机的装置，可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定操作。它是除具备普通机械的物理性能之外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。第二类是需要人工操作的，称为操作机（Manipulator）。工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。第三类是专业机械手，主要附属于自动机床或自动生产线上，用以解决机床上下料和工件传送。这种机械手在国外通常被称之为“MechanicalHand”，它是为主机服务的，由主机驱动。除少数外，工作程序一般是固定的，因此是专用的。机械手按照结构形式的不同又可分为多种类型，其中关节型机械手以其结构紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围的一些障碍物等这样一些特点，成为机械手中使用最多的一种结构形式。1．2机械手的一般组成要机械手像人一样拿取东西，最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构；像肌肉那样使手臂驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作的控制系统。这些系统的性能就决定了运动的机械手的性能。一般而言，机械手通常就是由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如图1-1所示。燕山大学本科生毕业设计（论文）2图1-1机械手的一般组成对于现代智能机械手而言，还具有智能系统，主要是感觉装置、视觉装置和语言识别装置等。目前研究主要集中在赋予机械手“眼睛”，使它能识别物体和躲避障碍物，以及机械手的触觉装置。机器人的这些组成部分并不是各自独立的，或者说并不是简单的叠加在一起，从而构成一个机械手的。要实现机械手所期望实现的功能，机械手的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。它们之间的相互关系如图1-2所示。机械手的机械系统主要由执行机构和驱动－传动系统组成。执行机构是机械手赖以完成工作任务的实体，通常由连杆和关节组成，由驱动－传动系统提供动力，按控制系统的要求完成工作任务。驱动－传动系统主要包括驱动机构和传动系统。驱动机构提供机械手各关节所需要的动力，传动系统则将驱动力转换为满足机械手各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。有的文献则把机械手分为机械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中的机械系统又叫操作机(Manipulator)，相当于本文中的执行机构部分。第2章系统总体设计和关键技术3第2章系统总体设计和关键技术2.1设计要求工厂某处有一批不同型号的零件，设计一种机械手，该手能在识别零件类型后按照其类别自动放置在规定的地点。机械手有上行/下行、左行/右行运行方式。机械手能根据信号将零件运送到制定地点后放下，自动归位。回到原点后自动校正位置。等待下一次信号的到来。开机后，不论机械手处于什么位置，它能在上电后自动归到原点。有指示灯可以指示机械手目前的位置，方便控制人员管理。2.2基本设计思路总体设计框图如下：图2-1总体设计框图2.2.1CPUCPU部分有两种选择:单片机控制和PLC控制。2.2.2传动机构传动机构种类繁多，常见的有齿轮传动、齿条传动、丝杆传动、链条传动。由于一般的电机驱动系统输出的力矩较小，需要通过传动机构来增加力矩，提高带负载能力。对机械手的传动机构的一般要求有：（1）结构紧凑，即具有相同的传动功率和传动比时体积最小，重量最轻；（2）传动刚度大，即由驱动器的输出轴到连杆关节的转轴在相同的扭矩时角度变形要小，这样可以提高整机的固有频率，并大大减轻整机的低频振动；（3）回差要小，即由正转到反转时空行程要小，这样可以得到较高的位置控制精度；燕山大学本科生毕业设计（论文）4（4）寿命长、价格低。2.2.3机械手2．2．3．1机械手的组成机械手一般由执行机构、控制系统、驱动系统三个部分组成。（1）执行机构1)手腕手腕是联接手臂与末端执行器的部件，用以调整末端执行器的方位和姿态。2)手臂手臂是支承手腕和末端执行器的部件。它由动力关节和连杆组成，用来改变末端执行器的位置。3)机座机座是机械手的基础部件，并承受相应的载荷，机座分为固定式和移动式两类。（2）控制系统控制系统用来控制机械手按规定要求动作，可分为开环控制系统和闭环控制系统。大多数工业机械手采用计算机控制，这类控制系统分为决策级，策略级和执行级三级：决策级的功能是识别环境、建立模型、将工作