学位论文-—基于单片机的机械手控制系统设计.docVIP

渤海船舶职业学院 毕业设计（论文） 题目：基于单片机的机械手控制系统设计 系：机电工程系 专 业：机电一体化 姓名： 指导教师： 班级： 评阅教师完成日期毕业设计说明书（论文）中文摘要 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 ，本文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LMD18200 电机控制芯片达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了筛选机械手基本要求和发挥部分的要求。在筛选机械手设计中，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；LMD18200；PWM技术；电机控制  目 录 第一章 前言 1 1.1 机械手概述 1 第二章 总体方案设计 3 2.1 设计要求 3 2.2 基本设计思路 3 第三章 硬件结构设计 5 3.1 机械手尺寸的确定 5 3.2 传动部分设计 5 第四章 软件电路部分设计 9 4.1 单片机的选择 9 4.2 接口电路 10 4.3 电路图 12 4.4 程序流程 14 4.5 程序编写.......................................................................................................14 结论 20 参考文献 21  第一章 前言 1.1 机械手概述 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）。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。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。 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。 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。 图1-2 机械手控制系统图 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。  第二章 总体方案设计 2.1 设计要求 生产线上有红黑两种直径为2cm 厚1cm 的圆铁片，设计一种机械手，该手能自动筛选出红色铁片，并把红色铁片放到指定位置。机械手有上行/下行、左行/右行、放松/夹紧几个运行方式。并要求机械手有判别铁片颜色的功能，且能准确把握铁片位置、重量、形状等因素。该手运行路径合理，接近指定位置时能够减速运行。整个过程无人工操作，系统通过传感装置检测工件，工作结束后能自动停止。 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 1.CPU CPU 部分有两种选择:单片机控制和PLC 控制。 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