基于单片机的机械臂控制系统设计与制作汇总
基于单片机的机械臂控制系统设计与制作
电子信息科学与技术专业
学号：3080203201
姓名：丁路
班级：电科081
日期：2011.10.26
目录课程设计题目及要求
第一章绪论
1.1 设计题目及要求
1.2 设计内容
第二章硬件设计
2.1 硬件结构图
2.2 各模块工作原理及设计
2.2.1 控制模块
2.2.2 显示模块
2.2.3 按键模块
2.2.4 舵机模块
2.3 软件程序设计
第三章硬件制作以及程序的下载调试 3.1 电路板的制作
3.2 元器件的焊接
3.3 程序的下载与调试
第四章总结
4.1 课程设计体会
4.2 奇瑞参观感受
课程设计题目及要求
题目：基于单片机的机械臂控制系统设计与制作
实习内容：
1，完成基于单片机的机械臂控制系统原理图和PCB的绘制，在基本要求的基础上自己可以作一定的扩展；
2，利用热转印纸、三氯化铁腐蚀液等完成PCB板的制作；
3，完成相应电路的焊接和调试；
4，完成相应软件程序的编写；
5，完成软、硬件的联调；
6，交付实习报告。
实习要求：
1，两人一组，自由搭配，但要遵循能力强弱搭配、男女搭配、考研和不考研的搭配；
2，充分发挥主观能动性，遇到问题尽量自己解决，在基本要求基础上可自由发挥；
3，第一次制作电路，电路不可追求复杂；
4，注意安全！熨斗、烙铁。
第一章绪论
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。单片机集体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易等众多优点，以广泛用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，无论在民间、商业、及军事领域单片机都发挥着十分重要的作用二十一世纪，随着机械化、自动化水平的不断提高，不仅减轻了劳动强度、提高生产率，而且把人类活动从危险、恶劣环境中替换出来。而其中机器人技术，显示出极大的优越性；在宇宙探索、海洋开发以及军事应用上具有重要的实用价值。大力发展机器人技术，一方面能让社会从劳动苦力型转换到福利休闲型，另一方面能极大的提高民众的幸福感。在新时期的世界各国，随着应用日益广泛，机器人技术将不断发展并走向成熟。
本次课程设以单片机作为控制器实现对机械手臂的简单控制。在单片机最小系统的基础上扩展按键接口和舵机接口以及LED显示器，构成最简单的机械臂控制系统。
第二章硬件设计
2.1 硬件结构图
本系统的控制器采用的是STC 12C5A32S2单片机，具有A/D转换功能，并能产生PWM信号，有内部EEPROM、双串口，具有单时钟/机器周期（1T），是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码不仅完全兼容传统8051，而且速度快8-12倍。
本系统是在单片机最小系统的基础上扩展键盘接口和舵机接口以及LED显示模块。
硬件结构图如下：
图1 硬件结构
2.2 各模块工作原理及设计
2.2.1 控制模块
本系统的控制模块选用STC 12C5A32S2单片机
引脚及功能：
CLKOUT2/P1.0 P1.1 ECI/P1.2 CCP0/P1.3 SS/CCP1/P1.4 MOSI/P1.5 MISO/P1.6
SCLK/P1.7
P4.7/RST
RXD/P3.0
TXD/P3.1
INT0/P3.2
INT1/P3.3 CLKOUT0/P3.4 CLKOUT1/P3.5
WR/P3.6
RD/P3.7
XTAL2
XTAL1
GND
Vcc
P0.0/AD0
P0.1/AD1
P0.2/AD2
P0.3/AD3
P0.4/AD4
P0.5/AD5
P0.6/AD6
P0.7/AD7
EX_LVD/P4.6/RST2
ALE/P4.5
NA/P4.4
P2.7/A15
P2.6/A14
P2.5/A13
P2.4/A12
P2.3/A11
P2.2/A10
P2.1/A9
P2.0/A8
PDIP-40
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
STC12C5A32S2单片机引脚图
P0.0—P0.7(39—32引脚)：P0口是一个漏极开路型准双向I/O 口。在访问外部存储器时，它是分时多路转换的地址(低8位)和数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在EPROM编程时，它接收指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，必须外接上拉电阻。
P1.0—P1.7(1-8)：P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。
P2.0—P2.7(21-28)：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对EFROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。
P3.0—P3.7(10-17)：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口。
STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制、强干扰场合。
本次设计基本原理是通过P3口的6个引脚输出周期固定占空比可调的PWM波形来控制舵机的转动及角度，通过按键实现对舵机角度的控制，从而实现对物品的转移。通过P0口输出数据以及P2口高四位的扫描实现数码管的显示。通过P1口以及P2低四位引脚连接按键，控制舵机转动。
2.2.2 舵机模块
舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在航模，包括飞机模型、潜艇模型，遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。
一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成：舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。
工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。
标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图
2所示。电源和地线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。
舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0－180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。程序实现上可通过定时器来实现
舵机的转速取决于信号脉宽的变化速度。如果信号脉宽变化速度太较快的话，舵机会反应不过来；将脉宽变化值线性到要求的时间内，一点一点的增加脉宽值，就可以控制舵机的速度了。具体来说需要在调试时修改数值，以使舵机的运动更平滑。由于舵机在每一次脉宽值改变的时候总会有一个转速由零增加再减速为零的过程，所以舵机会产生像步进电机一样运动的原因。
由于本设计中选用的舵机所需电源与单片机电源不一致故要单独供电，地线应接在一起。同时因为舵机所需的驱动电流比较大，因此P3输出口需接上拉电阻。
2.2.3 显示模块
由于LED显示器集易控制、性能很稳定、耗能少、成本低等众多优点故本设计采用LED显示器。
本次设计，选用四联LED显示器，采用动态扫描方式，分别显示所按键位和转动角度。LED的每段需接一个限流电阻再接至
P0口，显示电路如下图所示。这样，就完成的扩展模块的LED显示功能，可以很清晰的观察到对应的舵机转动的角度。
LED显示电路
2.2.4 按键模块
本系统采用独立按键查询工作方式，通过12个（6组）按键控制舵机的转动，即通过P2口低四位和P1口控制六个自由度的舵机正反转动。由于系统比较简单，且接口充足，所以采用独立按键即可。
当有按键按下时，可控制不同的舵机转动，其中两个按键控制一个舵机，分别控制舵机的正向转动和反向转动。转动的度数可以通过按键时间的长短控制，最大的转动角度为180度。
2.3 软件程序设计
由于使用汇编程序编程能对单片机内部结构及运行原理有深一步了解，同时有程序占用存储空间小等优点，故本实验采用汇编语言
汇编语言的特点:
目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。汇编语言基本保留了机器语言的灵活性。使用汇编语言能面向机器并较好地发挥机器的特性，得到质量较高的程序。
汇编语言程序称为源程序，运行时汇编程序要将源程序翻译成目标程序。目标程序是机器语言程序，当它被安置在内存的预定位置上，就能被计算机的CPU处理和执行。
汇编程序如下：
ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP T0INT
ORG 001BH
LJMP T1INT
ORG 1000H
MEDL EQU 4EH
MEDH EQU 4FH
WAVE EQU 33H
DGL EQU 30H
DGH EQU 31H
FLAG EQU 32H
RANG_S EQU 2FH.1
RANG_X EQU 2FH.2
FLAG_X EQU 2FH.0
DIS_DAT EQU 55H
LED_DUAN EQU P0
NUM_JI EQU 58H
NUM_DAT EQU 37H
NUM_FLAG EQU 3EH MAIN:
MOV TMOD,#11H
MOV TH0,#0B1H
MOV TL0,#0F7H
SETB ET1
SETB ET0
SETB EA
SETB TR0
MOV MEDH,#0FAH
MOV MEDL,#3AH
MOV SP,#60H
MOV WAVE,#0EFH
MOV FLAG,#0
CLR RANG_S
CLR RANG_X
CLR FLAG_X
MOV NUM_FLAG,#0
MOV DGL,#40H
MOV DGH,#41H
MOV 41H,#0FAH
MOV 40H,#3AH
MOV 43H,#0FAH
MOV 42H,#3AH
MOV 45H,#0FAH
MOV 44H,#3AH
MOV 47H,#0FAH
MOV 46H,#3AH
MOV 49H,#0FAH
MOV 48H,#3AH
MOV 4BH,#0FAH
MOV 4AH,#3AH
MOV 38H,#0
MOV 39H,#0
MOV 3AH,#0
MOV 3BH,#0
MOV 3CH,#0
MOV 3DH,#0
MOV 55H,#0
MOV 56H,#0
MOV 57H,#16
MOV 58H,#0 START:
LCALL PADCES
LCALL DISPLAY
JMP START DISPLAY:
SETB P2.4
CLR P2.5
CLR P2.6
CLR P2.7
MOV A,#3
LCALL DUANXIAN
CLR P2.4
SETB P2.5
CLR P2.6
CLR P2.7
MOV A,#2
LCALL DUANXIAN CLR P2.4
CLR P2.5
SETB P2.6
CLR P2.7
MOV A,#1
LCALL DUANXIAN
CLR P2.4
CLR P2.5
CLR P2.6
SETB P2.7
MOV A,#0
LCALL DUANXIAN RET
DUANXIAN:
ADD A,#DIS_DAT
MOV R0,A
MOV A,@R0
MOV
DPTR,#TAB_duan
MOVC A,@A+DPTR
MOV LED_DUAN,A
MOV R5,#0FFH
MOV R6,#3 DO: DJNZ R5,$
MOV R5,#0FFH
DJNZ R6,DO RET
TAB_duan:
DB
0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92 H,82H,0F8H
DB
80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H, 86H,8EH,0BFH,0FFH PADCES:
MOV P1,#0FFH
MOV A,P2
ANL A,#0F0H
ORL A,#0FH
MOV P2,A
MOV A,P1
CPL A
JZ NEXTC
JMP DNDN
NEXTC: MOV A,P2
CPL A
ANL A,#0FH
JZ NN
JMP DNDN
NN: LJMP BAN DNDN: MOV R6,#10
DO1: MOV R5,#0FFH
DJNZ R5,$
DJNZ R6,DO1
PD: MOV A,P1
CPL A
JZ NEXTP
CJNE A,#1,PAN1
MOV FLAG,#1
JMP PDN
PAN1: CJNE A,#2H,PAN2
MOV FLAG,#2
JMP PDN
PAN2: CJNE A,#4H,PAN3
MOV FLAG,#3
JMP PDN
PAN3: CJNE A,#8H,PAN4
MOV FLAG,#4
JMP PDN
PAN4: CJNE A,#10H,PAN5 MOV FLAG,#5
JMP PDN
PAN5: CJNE A,#20H,PAN6 MOV FLAG,#6
JMP PDN PAN6: CJNE A,#40H,PAN7 MOV FLAG,#7
JMP PDN
PAN7: CJNE A,#80H,PDN
MOV FLAG,#8
JMP PDN
NEXTP:
MOV A,P2
CPL A
ANL A,#0FH
JZ BAND
JMP KED
BAND:LJMP BAN KED:
MOV A,P2
CPL A
ANL A,#0FH
CJNE A,#1,PAN11
MOV FLAG,#9
JMP PDN
PAN11: CJNE A,#2,PAN12 MOV FLAG,#10
JMP PDN
PAN12:CJNE A,#4,PAN13
MOV FLAG,#11
JMP PDN
PAN13:CJNE A,#8,PDN
MOV FLAG,#12
JMP PDN
PDN:
LCALL DATCES CES: MOV A,FLAG
MOV B,#2
CLR C
DIV AB
MOV A,B
JZ JIA
SETB FLAG_X
JMP DN
JIA:
CLR FLAG_X DN: LCALL CHESHI JB FLAG_X,C1
JB RANG_S,JIN
CLR RANG_X
MOV R0,DGL
MOV R1,DGH
MOV A,@R0
CLR C
ADD A,#01H
JMP C2
C1: JB RANG_X,JIN
CLR RANG_S
MOV R0,DGL
MOV R1,DGH
MOV A,@R0
CLR C
SUBB A,#01H
C2: MOV @R0,A
JNC JIN
MOV A,@R1
JB FLAG_X,C11
INC A
MOV @R1,A
JMP JIN
C11: DEC A
MOV @R1,A JIN: LCALL NUMCES
MOV A,P2
ANL A,#0F0H
ORL A,#0FH
MOV P2,A
MOV A,P1
CPL A
JZ NEXTCA
JMP DNDY NEXTCA:MOV A,P2
CPL A
ANL A,#0FH
JZ BAN DNDY: MOV R6,#5
DY1: MOV R5,#0FFH
DJNZ R5,$
DJNZ R6,DY1
LCALL DISPLAY
LJMP PD BAN:
RET
CHESHI:
CLR C
MOV A,56H
MOV B,#10
MUL AB
ADD A,55H
MOV R3,A
MOV A,57H
CJNE A,#17,FUSHI
MOV A,R3
CLR C
SUBB A,#90
JC CHESHID
SETB RANG_S
CLR RANG_X
JMP CHESHID FUSHI: MOV A,57H
CJNE A,#16,CHESHID MOV A,R3
CLR C
SUBB A,#90
JC CHESHID
SETB RANG_X
CLR RANG_S
JMP CHESHID CHESHID:
RET
NUMCES:
MOV R0,DGL
MOV R1,DGH
MOV A,@R0
MOV R5,A
MOV A,@R1
MOV R4,A
CLR C
MOV A,MEDL
SUBB A,R5
JC JIEWEI
MOV R5,A
CLR C
MOV A,MEDH
SUBB A,R4
MOV R4,A
JMP JIAND JIEWEI:
MOV R5,A
INC R4
CLR C
MOV A,MEDH
SUBB A,R4
MOV R4,A JIAND:
MOV A,R4
ANL A,#80H
JNZ FUSHUO
MOV R7,#0BH
LCALL DIVOK
MOV A,R3
MOV B,#10
DIV AB
MOV 55H,B
MOV 56H,A
MOV 57H,#16
JMP NUMEND
FUSHUO:
MOV A,R5
CPL A
CLR C
INC A
MOV R5,A
JC JIA1
MOV A,R4
CPL A
MOV R4,A
JMP JDF
JIA1:
MOV A,R4
CPL A
INC A
MOV R4,A JDF: MOV R7,#0BH
LCALL DIVOK
MOV A,R3
MOV B,#10
DIV AB
MOV 55H,B
MOV 56H,A
MOV 57H,#17
JMP NUMEND
NUMEND:
RET
DATCES:
MOV R3,FLAG
MOV A,R3
CLR C
SUBB A,#3
JNC E1
MOV WAVE,#0F8H
MOV DGL,#40H
MOV DGH,#41H
MOV NUM_JI,#1
MOV NUM_DAT,#38H
JMP EN
E1: MOV A,R3
CLR C
SUBB A,#5
JNC E2
MOV WAVE,#0F4H
MOV DGL,#42H
MOV DGH,#43H
MOV NUM_JI,#2
MOV NUM_DAT,#39H
JMP EN
E2: MOV A,R3
CLR C
SUBB A,#7
JNC E3
MOV WAVE,#0ECH
MOV DGL,#44H
MOV DGH,#45H
MOV NUM_JI,#3
MOV NUM_DAT,#3AH
JMP EN
E3: MOV A,R3
CLR C
SUBB A,#9
JNC E4
MOV WAVE,#0DCH
MOV DGL,#46H
MOV DGH,#47H
MOV NUM_JI,#4
MOV NUM_DAT,#3BH
JMP EN
E4: MOV A,R3
CLR C
SUBB A,#11
JNC E5
MOV WAVE,#0BCH
MOV DGL,#48H
MOV DGH,#49H
MOV NUM_JI,#5
MOV NUM_DAT,#3CH
JMP EN
E5: MOV WAVE,#7CH MOV DGL,#4AH
MOV DGH,#4BH
MOV NUM_JI,#6
MOV NUM_DAT,#3DH EN:
RET
CLR RS1
SETB RS0
ORL P3,#0FCH
SETB TR1
CLR TR0
MOV TH0,#0B1H
MOV TL0,#0F7H
MOV R0,DGL
MOV R1,DGH
MOV TH1,@R1
MOV TL1,@R0 SETB TR0
CLR RS1
CLR RS0
RETI
T1INT:
PUSH ACC
MOV A,P3
ANL A,#03H
ORL A,WAVE
MOV P3,A
CLR TR1
POP ACC
RETI
DIVOK: CLR C
MOV A,R4
SUBB A,R7
JC DV50
SETB OV
RET
DV50: MOV R6,#8 DV51: MOV A,R5
RLC A
MOV R5,A
MOV A,R4
RLC A
MOV R4,A
MOV F0,C
CLR C
SUBB A,R7
ANL C,/F0
JC DV52
MOV R4,A DV52: CPL C
MOV A,R3
RLC A
MOV R3,A
DJNZ R6,DV51
MOV A,R4
ADD A,R4
JC DV53
SUBB A,R7
JC DV54
DV53: INC R3
DV54: CLR OV
RET
END
第三章硬件制作以及程序的下载调试
3.1 电路板制作
首先用protel 99 SE绘制原理图，生成PCB并手工调整布局，之后手工布线。布线时，要设置电气规则，设置安全距离，对电源线、地线加粗；同时要尽量加大焊盘；尽可能地避免跳线（PCB图如下所示）。
PCB完成后打印在热转印纸上，覆铜板先用砂纸打磨去除上面防氧化胶水，将热转印纸紧贴在板子上，并用熨斗熨几分钟，之后在自来水冲洗下揭去热转印纸，待板子风干，观察上面的油墨线路是否有缺损，若有可用油墨笔将缺损处瞄一下即可。待油墨风干后放在三
氯化铁腐蚀液里腐蚀十分钟左右，腐蚀时要不断晃动腐蚀液加快腐蚀速度，直到板上面未覆油墨的铜全部腐蚀完，取出板子放在自来水中冲洗干净，风干后就可以钻孔了，待孔钻完，将板子放在自来水中用砂纸打磨去覆铜上的油墨，到此板子就制作完成了。
3.2 原器件的焊接
PCB制作完毕后紧接着就可以焊接电子原器件，为了焊接方便应先焊接小元件，比如电阻、按键、贴片电容排阻，之后焊接插槽以及其他元件，最后焊接LED显示器。焊接完毕后的电路板如下所示：
3.3 程序的下载与调试
软件的烧录需要Keil软件、下载器以及USB驱动等，选择相应的单片机型号，打开相应的hex文件，就可以进行程序的下载了。软、硬件调试都无误之后，就可以连接舵机进行最后的检测了。通过不同的按键控制不同的舵机转动，同时数码管可以显示出转动度数。一个完整的机械臂控制系统就完成了。
第四章总结
4.1 课程设计体会
通过此次生产实习对电路板的腐蚀制作方法有了基本的掌握，对单片机控制机械臂系统的工作原理以及编程思想有了深刻的理解。在具体的设计与制作过程中对Protel 99 SE、单片机及外围硬件电路、汇编程序编程都是一种温故而知新，有新的体会与收获。
在电路板的制作过程中，如何把握熨斗的熨烫时间，以使油墨完好地敷在铜上；油墨脱落如何用油墨笔修复如初；及用氯化
铁腐蚀铜板的时间的把握；上述都是非常重要的，最终决定做出板子的质量与美观程度。
用Protel 99 SE画原理图时，单片机的引脚如何连接元器件；画PCB时，元器件如何布局、如何布线等；都应该加以注意以减少板子的跳线数目。
硬件电路制作完成后，就可以进行程序的下载了。软、硬件调试都无误之后，就可以连接舵机进行最后的检测了。通过不同的按键控制不同的舵机转动，数码管可以显示对应的舵机及转动度数。这样作品就完成了。在程序的烧录过程中对Keil软件使用以及hex文件的创建方法有近一步的掌握。
3.2 奇瑞参观感受
2011年10月25日早晨8:30，同学们已经集结在学校东大门，准备向奇瑞公司出发，这是我们大学期间第一次到校外公司参观实习，因此也带着一丝兴奋的心情。
半小时后便抵达了奇瑞公司，奇瑞芜湖公司占地2800万平方米，感觉还是非常大的，在一位优雅的公司女职员带领下我们参观了奇瑞的发动机研发生产线，与整车装配生产线。在女职员的介绍下我们对奇瑞有了更深的了解，也对奇瑞这样的中流砥柱的民族企业的未来发展充满信心。
发动机生产线的参观中，我们浏览了奇瑞拥有自主技术与知识产权的十大优质发动机，以及奇瑞的第一部无级变速器。看到结构紧凑外形优美的发动机会有一种赏心悦目的感受，发动机作为汽车的核心部件，是技术含量比较高的产品。当我们走进发动机生产线，解说员介绍，生产线是引进德国的，包括其中的装配、喷涂机器人也是德国生产的，让我有一丝失落之感，关键技术还是受制于人，我想这也是中国落后西方国家的原因吧。
奇瑞公司旗下现有奇瑞、瑞麒、威麟和开瑞四个子品牌，产
基于单片机的机械臂控制系统设计与制作
基于单片机的机械臂控制系统设计与制作 电子信息科学与技术专业 学号： 姓名： 班级：电科081 日期：2011.10.26
目录课程设计题目及要求 第一章绪论 1.1 设计题目及要求 1.2 设计内容 第二章硬件设计 2.1 硬件结构图 2.2 各模块工作原理及设计 2.2.1 控制模块 2.2.2 显示模块 2.2.3 按键模块 2.2.4 舵机模块 2.3 软件程序设计 第三章硬件制作以及程序的下载调试 3.1 电路板的制作 3.2 元器件的焊接 3.3 程序的下载与调试 第四章总结 4.1 课程设计体会 4.2 奇瑞参观感受
课程设计题目及要求 题目：基于单片机的机械臂控制系统设计与制作 实习内容： 1，完成基于单片机的机械臂控制系统原理图和PCB的绘制，在基本要求的基础上自己可以作一定的扩展； 2，利用热转印纸、三氯化铁腐蚀液等完成PCB板的制作； 3，完成相应电路的焊接和调试； 4，完成相应软件程序的编写； 5，完成软、硬件的联调； 6，交付实习报告。 实习要求： 1，两人一组，自由搭配，但要遵循能力强弱搭配、男女搭配、考研和不考研的搭配； 2，充分发挥主观能动性，遇到问题尽量自己解决，在基本要求基础上可自由发挥； 3，第一次制作电路，电路不可追求复杂； 4，注意安全！熨斗、烙铁。
第一章绪论 单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。单片机集体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易等众多优点，以广泛用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，无论在民间、商业、及军事领域单片机都发挥着十分重要的作用二十一世纪，随着机械化、自动化水平的不断提高，不仅减轻了劳动强度、提高生产率，而且把人类活动从危险、恶劣环境中替换出来。而其中机器人技术，显示出极大的优越性；在宇宙探索、海洋开发以及军事应用上具有重要的实用价值。大力发展机器人技术，一方面能让社会从劳动苦力型转换到福利休闲型，另一方面能极大的提高民众的幸福感。在新时期的世界各国，随着应用日益广泛，机器人技术将不断发展并走向成熟。 本次课程设以单片机作为控制器实现对机械手臂的简单控制。在单片机最小系统的基础上扩展按键接口和舵机接口以及LED显示器，构成最简单的机械臂控制系统。
(完整版)基于plc的机械手控制系统设计
前言 随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工件的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等工具进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视。 机械手是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。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。 机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动、不知疲劳、不怕危险、抓举重物的力量比人手大等特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用，生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产；尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。 本文将通过西门子PLC控制机械手，PLC是可编程控制器（Programmable Logic Controller）的简称，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能。目前PLC已经在智能化、网络化方面取得了很好的发展。该系统利用西门子PLC，在步进电机驱动下，完成对机械手在搬运过程中的下降、夹紧、上升、右旋、下降、放松、上升、左旋等全过程自动化控制，并对非正常情况实行自动报警和自动保护，实现企业的机电一体化，提高企业的生产效率。
最新单片机硬件系统设计原则
单片机硬件系统设计 原则
●单片机硬件系统设计原则 ●一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单 元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等，要设计合适的接口电路。 ●系统的扩展和配置应遵循以下原则： ● 1、尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基 础。 ● 2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行 二次开发。 ● 3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则 是：软件能实现的功能尽可能由软件实现，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占用CPU时间。 ● 4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时，系统 中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 ● 5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷 电路板布线、通道隔离等。 ● 6、单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增 设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 ● 7、尽量朝“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大， 也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强，真正的片上系统SoC已经可以实现，如ST公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH 存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。 ●单片机系统硬件抗干扰常用方法实践 ●影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰，并受系统结 构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素，常会导致单片机系统运行失常，轻则影响产品质量和产量，重则会导致事故，造成重大经济损失。 ●形成干扰的基本要素有三个： ●（1）干扰源。指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt， di/dt大的地 方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。 ●（2）传播路径。指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线 的传导和空间的辐射。 ●（3）敏感器件。指容易被干扰的对象。如：A/D、 D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器 等。 ● 1 干扰的分类 ● 1.1 干扰的分类 ●干扰的分类有好多种，通常可以按照噪声产生的原因、传导方式、波形特性等等进行不同的分 类。按产生的原因分： ●可分为放电噪声音、高频振荡噪声、浪涌噪声。 ●按传导方式分：可分为共模噪声和串模噪声。 ●按波形分：可分为持续正弦波、脉冲电压、脉冲序列等等。 ● 1.2 干扰的耦合方式
AVR单片机软硬件设计入门教程
A VR的性价比远高于51： 高速、RISC：主频最高达20MHz 低功耗，宽电压：1.8V~5.5V，最低全速运行功耗<300uA IO口驱动能力强：推拉电流能力均达30mA，可以直接驱动蜂鸣器、继电器等 片内资源丰富：外部中断、定时/计数器、UART、SPI、IIC、ADC、模拟比较器 型号齐全，而且40脚以下的A VR均具有DIP的封装形式 软件开发环境 编辑与编译软件：WinA VR 仿真调试软件：A VR Studio 下载软件：MuCodeISP 硬件开发环境 仿真调试工具：JtagICE 下载线工具：STK200/300 学习板一块：LT-Mini-M16 技术手册 A VR官方中文版技术手册 《AVR 单片机与GCC 编程》 https://www.360docs.net/doc/2512079559.html, A VR的时钟源（晶振、内部RC等）不经过分频直接提供给CPU使用，而51的CPU主频等于晶振的12分频 A VR既具有简单的、可以自制的ISP下载线和Jtag仿真器，又有DIP直插的封装形式 A VR的C语言编程与C语言教科书上学习的标准C语言语法是几乎一样的，不像51的C 语言，一些bit、srf之类的变量定义在教科书中是找不到的，有利于后续嵌入式系统的学习 构建最小系统 电源： 数字电源VCC：任何场合必选 模拟电源A VCC：使用片上ADC或模拟比较器时必选 晶振：对时钟要求严格的场合，如使用USART时必选 复位按键：需要手动复位时必选 ISP下载线接口：需要进行ISP下载时必选 Jtag仿真器接口：需要进行Jtag仿真调试时必选 PCB技术与Protel简介 PCB是印刷电路板（Printed Circuit Board ）的缩写，顾名思义，就是把导线印刷在板子上。覆铜板 印刷感光胶 曝光 钻孔 化学腐蚀 金属化过孔 喷绝缘漆 印刷丝印层 切割Protel软件是最流行的PCB设计软件，可以在电脑上完成PCB的设计，然后送到PCB加工厂出板。 常用版本：Protel99SE，Protel DXP 2004，Altium Designer 6（AD6） AD6是最新版本，风格与Protel DXP 2004区别不大 Protel设计PCB步骤如下： 1.绘制元件的PCB封装库（.pcblib） 2.绘制元件的原理图库（.schlib）
《单片机系统设计》实验报告
短学期实验报告 （单片机系统设计） 题目： 专业： 指导教师： 学生姓名： 学号： 完成时间： 成绩：
基于单片机的交流电压表设计 目录 1系统的设计要求 (2) 2系统的硬件要求 (2) 2.1真有效值转换电路的分析 (2) 2.2放大电路的设计 (3) 2.3A/D转换电路的设计 (3) 2.4单片机电路的分析 (4) 2.5显示电路 (4) 3 软件设计 (5) 3.1 软件的总流程图 (5) 3.2 初始化定义与定时器初始化流程图 (5) 3.3 A/D转换流程图 (6) 3.4 数据处理流程图 (6) 3.5 数据显示流程图 (7) 4 调试 (7) 4.1 调试准备 (7) 4.2 关键点调试 (7) 4.3 测试结果 (8) 4.4 误差分析 (8) 5结束语 (8) 5.1 总结 (9) 5.2 展望 (9) 附录1 总原理图 (10) 附录2 程序 (10) 附录3 实物图 (14)
基于单片机的交流电压表设计 ****学院 ****专业 姓名 指导老师：******* 1 设计要求 （1）运用单片机实现真有效值的检测和显示。 （2）数据采集使用中断方式，显示内容为有效值与峰值交替进行。 2 硬件设计 本系统是完成一个真有效值的测量和显示，利用AD737将交流电转换成交流电压的有效值，用ADC0804实现模数转换，再通过单片机用数码管来显示。系统原理框图如图2-1所示。系统框图由真有效值转换电路、放大电路、A/D 转换电路、单片机电路、数码管显示电路五部分。 图2-1 原理框图 2.1 真有效值转换电路 真有效值转换电路主要是利用AD737芯片来实现真有效值直流变换的，即将输入的交流信号转换成直流信号的有效值，其原理图如图2-2所示。 图2-2 真有效值转换电路 由于AD737最大输入电压为200mV, 所以需要接两个二极管来限制输入电压，起到限幅的作用。如图中D1、D2，由IN4148构成，电容C6是耦合电容，电阻R1是限流电阻。 2.2 放大电路设计 放大电路主要是利用运放uA741来进行放大，电路原理图如图2-3所示。 A/D 转换 单片机 电路 显示 电路 转换 电路 交流 信号 放大 电路
单片机硬件系统设计原则
单片机硬件系统设 计原则 1
单片机硬件系统设计原则 一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容:一是系统扩展,即单片机内部的功能单元,如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时,必须在片外进行扩展,选择适当的芯片,设计相应的电路。二是系统的配置,即按照系统功能要求配置外围设备,如键盘、显示器、打印机、A/D、D/A转换器等,要设计合适的接口电路。 系统的扩展和配置应遵循以下原则: 1、尽可能选择典型电路,并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准 化、模块化打下良好的基础。 2、系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求,并留有适当余地,以便进行二次开发。 3、硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响,考虑原则是:软件能实现的功能尽可能由软件实殃,以简化硬件结构。但必须注意,由软件实现的硬件功能,一般响应时间比硬件实现长,且占用CPU时间。 2
4、系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用CMOS芯片单片机构成低功耗系统时,系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。 5、可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分,它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。 6、单片机外围电路较多时,必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时,系统工作不可靠,可经过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。 7、尽量朝”单片”方向设计硬件系统。系统器件越多,器件之间相互干扰也越强,功耗也增大,也不可避免地降低了系统的稳定性。随着单片机片内集成的功能越来越强,真正的片上系统SoC已经能够实现,如ST公司新近推出的μPSD32××系列产品在一块芯片上集成了80C32核、大容量FLASH 存储器、SRAM、A/D、I/O、两个串口、看门狗、上电复位电路等等。单片机系统硬件抗干扰常见方法实践 影响单片机系统可靠安全运行的主要因素主要来自系统内部和外部的各种电气干扰,并受系统结构设计、元器件选择、安装、制造工艺影响。这些都构成单片机系统的干扰因素,常会导致单片机系统运行失常,轻则影响产品质量和产量,重则会导致事故,造成重大经济损失。 3
基于AT89C51单片机的机械手臂对流水线产品的分拣
河南科技大学 课程名称 __ 现代控制理论 题目名称基于单片机的机械手臂对流水线产品的分拣 学生学院 ___ 信息工程学院_____ 专业班级 __ 自动化133班 学号 131404010339 学生姓名 __ 张如江 指导教师 __ 王晓红 _ _
基于单片机的机械手臂对流水线产品的分拣 张如江1 【摘要】本文主要针对目前国内机械式手臂在流水线生产领域应用比较广泛 的现状，设计出一种拥有六个自由度的机械手臂，与具体的流水线产品相结合，阐述AT89C51单片机控制系统和伺服电机的工作原理来实现对流水线产品的分拣工作。 【关键词】机械手臂；六个自由度；单片机；伺服电机；流水线分拣；【中图分类号】TP100 【文献标识码】 D The sorting of the mechanical arm to the assembly line based on single chip microcomputer ZHANG Ru-jiang [Abstract]T his paper mainly aimed at the domestic mechanical arm of the present situation of the production line are widely used in design combining a has six degrees of freedom mechanical arm, and the specific product line on SCM control system and servo motor working principle to realize the product line sorting. [Key words]mechanical arm；Six degrees of freedom；singlechip；servo motor；line sorting； 机器手臂是近几十年来涌现的一种工业技术装备，它能模仿人体上肢某些动作，在生产过程中代替人搬运物件或操持工具进行操作。在工业生产中应用机器手臂，可以提高劳动生产率，保证产品质量，减轻工人劳动强度，实现生产过程自动化，因此在现在的生活中越来越普遍。 随着工业技术的发展，流水线分拣中的工业机械臂已被越来越多的应用到了生产实际当中，其同时也促进了工业的发展，生产效率的提高。因此，对于工业机械臂的研究也变得越来越广泛而深入。工业机械臂的用途相当广泛，同时被用于焊接、装配、搬运等多种用途，其结构形式也多种多样。 参观了前几天的洛阳机器人会展时看到很多不同作用的机械手臂，产生的浓厚的兴趣；然后联想到假期在工厂里面的做过的手机产品的分拣工作，所以想基于此想法来实现一个基于单片机的机械手臂来代替人工分拣产品的自动控制系统。 机器手臂具有两个部分：控制部分和直接进行工作的部分。控制系统通过编程，决定直接工作的机器臂部分。由于采用程序控制，所以很容易根据需要改变其工作方式和任务。 1张如江.（1993- ），男，汉族，河南科技大学，自动化学士，E-mail: 1131267597@https://www.360docs.net/doc/2512079559.html,
机械手控制系统设计(完整版).doc
机械手控制系统设计 摘要 在工业生产和其他领域内，由于工作的需要，人们经常受到高温、腐蚀及有毒气体等因素的危害，增加了工人的劳动强度，甚至于危及生命。自从机械手问世以来，相应的各种难题迎刃而解。 本次设计根据课题的控制要求,确定了搬运机械手的控制方案,设计控制系统的电气原理图，对控制系统进行硬件和软件选型,完成PLC（可编程控制器）用户程序的设计。设计中使用了德国西门子公司生产的S7-200系列的CPU 226。该系列PLC具有功能强大，编程方便，故障率低，性价比高等多种优点。机械手的开关量信号直接输入PLC，使用CPU 226来完成全部的控制功能，包括：手动/自动控制切换，循环次数设定，状态指示，手动完全操控等功能。机械手完成下降、伸出、加紧工件、上升、右旋、再下降、放松工件、缩回、放松、左旋十个动作。通过模拟调试，有序的控制物料从生产流水线上安全搬离，提高搬运工作的准确性、安全性，实现一套完整的柔性生产线，使制造过程变的更有效率。 通过本次毕业设计，对PLC控制系统的设计建立基本的思想：能提出自己的应用心得；可巩固、深化前续所学的大部分基础理论和专业知识，进一步培养和训练分析问题和解决问题的能力，进一步提高自己的设计、绘图、查阅手册、应用软件以及实际操作的能力，从而最终得到相关岗位和岗位群中关键能力和基本能力的训练。 关键词：机械手；PLC（可编程控制器）；CPU；梯形图
II The Design of Manipulator Control System ABSTRACT In industrial manufacturing and other fields, due to the demand of work, many workers are compelled to expose in harmful circumstance like high temperature, corrosion, toxic gases harm and so on, that increased labor intensity, even imperial their lives. However, since the manipulator came out, many knotty problems are smoothly solved. The design requirements under the control of the subject to determine the handling robot control program, designed control system electrical schematic diagram, the control system hardware and software selection, complete the design of the user program in the PLC (programmable controller). Design used in the German company Siemens S7-200 series CPU 226. The series PLC with powerful, easy programming and low failure rate, and cost advantages. Robot switch signal input to the PLC, the CPU 226 to complete all the control functions, including: manual / automatic control switch, set the number of cycles, status indicator, manual complete control and other functions. the production line on the safe move out, so that the manufacturing process becomes more efficient. The graduation project, the design of PLC control system to establish the basic idea: to make their own application experience; can strengthen and deepen the most of the former continued the basic theory and professional knowledge, further training and training to analyze and solve problems the ability to further improve their design, drafting, inspection manuals, application software, as well as the actual ability to operate, and ultimately related jobs and job base in key skills and basic skills training. Key Words: Manipulator;PLC;CPU;Ladder-diagram
机械臂控制系统的设计
机械臂控制系统的设计 1 引言 近年来，随着制造业在我国的高速发展，工业机器人技术也得到了迅速的发展。根据负载的大小可以将机械臂分为大型、中型、小型三类。大型机械臂主要用于搬运、码垛、装配等负载较重的场合；中小型机械臂主要用于焊接、喷漆、检测等负载较小的场合。随着国外工业机器人技术的不断发展，尤其是一些中小型机器人，它们具有体积小、质量轻、精度高、控制可靠的特点，甚至研发出更为轻巧的控制箱，可以在工作区域随时移动，这样大大方便了工作人员的操作。在工业机器人的应用中最常见的是六自由度的机械臂。它是由6个独立的旋转关节串联形成的一种工业机器人，每个关节都有各自独立的控制系统。 2机械臂硬件系统设计 2.1 机械臂构型的选择 要使机器臂的抓持器能够以准确的位置和姿态移动到给定点，这就要求机器人具有一定数量的自由度。机器臂的自由度是设计的关键参数，其数目应该与所要完成的任务相匹配。为了使安装在双轮自平衡机器人上的机械臂能够具有完善的功能，能够完成复杂的任务，将其自由度数目定为6个，这样抓持器就可以达到空间中的任意位姿，并且不会出现冗余问题。在确定自由度后，就可以合理的布置各关节来分配这些自由度了。 由于计算数值解远比封闭解费时，数值解很难用于实时控制，这样，后3个关节就确定了末端执行器的姿态，而前3个关节确定腕关节原点的位置。采用这种方法设计的机械臂可以认为是由定位结构及其后面串联的定向结构或手腕组成的。这样设计出来的机器人都具有封闭解。另外，定位结构都采用简单结构连杆转角为0或90°的形式，连杆长度可以不同，但是连杆偏距都为0，这样的结构会使推倒逆解时计算简单。 定位机构是涉及形式主要有以下几种：SCARA型机械臂，直角坐标型机械臂，圆柱坐标型机械臂，极坐标型机械臂，关节坐标型机械臂等。 SCARA机械臂是平面关节型，不能满足本文对机械臂周边3维空间任意抓取的要求；直角坐标型机械臂投影面积较大，工作空间小；极坐标方式需要线性移
机械手及控制系统设计
河北工程大学 课程设计指导说明书 课程题目: 机械手及控制系统设计 专业: 机械设计制造及其自动化—机电方向 班级: 机制11班 姓名: 唐科 学号 110070118 指导老师: 杨玉敏 目录 第一章绪论 1、1 题目要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、2 题目概况。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、3 气动机械手。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、4 气动机械手的发展趋势。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 1、5 课题的现实意义。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 第二章气动机械手的操作要求及功能 2、1 机械手移动动作示意图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 2、2 机械手操作面板图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5 2、3 机械手的输入\输出信号定义图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 2、4 机械手顺序动作的要求。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6 第三章机械部分设计 3、1 气动搬运机械手的结构。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 3、2 机械手的主要部件及运动。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8 3、3 驱动机构的选择。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3、4 机械手的技术参数列表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3、5 气动回路的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。9 3、6 末端执行器的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10 3、7 升降手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12 3、8 平移手臂的设计。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14 第四章机械手控制设计
基于PLC的机械手臂控制系统设计
基于PLC机械手控制系统设计 摘要 随着现代工业技术的发展，工业自动化技术越来越高，生产工况也有趋于恶劣的态势，这对一线工人的操作技能也提出了更高的要求，同时操作工人的工作安全也受到了相应的威胁。工人工作环境和工作内容也要求理想化简单化，对于一些往复的工作由机械手远程控制或自动完成显得非常重要。这样可以避免一些人不能接触的物质对人体造成伤害，如冶金、化工、医药、航空航天等。 在机械制造业中，机械手应用较多，发展较快。目前主要应用于机床、模锻压力机的上下料以及焊接、喷漆等作业，它可以按照事先制定的作业程序完成规定的操作，有些还具备有传感反馈能力，能应付外界的变化。应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 本文主要论述了基于PLC设计的机械手控制系统。首先，对可能用到的可编程控制器进行了相关的介绍，再选择设计所用到的PLC型号。然后，通过对机械手的控制方式及各功能的实现方式进行研究，确定各功能的实现方案和设计控制系统所用到的器材。最后，对PLC控制系统的软件程序和硬件结构进行设计。 关键词：工业自动化；可编程控制器；机械手；远程控制；传感反馈
Abstract With the development of modern industrial technology, industrial automation technology is more and more high, the production conditions also tended to bad situation, the front-line workers skills also put forward higher requirements, and the operation safety of workers has also been a corresponding threat. The workers work environment and work content also requires ideal for some simple, reciprocating work by robot remote control or automatic completion is very important This can avoid some people can not contact with the human body damage, such as metallurgy, chemical, pharmaceutical, aerospace, etc.. In the mechanical manufacturing industry, the application of mechanical hand more, the development of faster. At present, it is mainly used in machine tools, forging press under the material and welding, painting and other operations, it can be in accordance with pre established operating procedures to complete the prescribed operation, and some also have with sensor feedback ability, can cope with external changes. Application of the manipulator, to improve the material transfer, workpiece loading and unloading, tool replacement and machine assembly automation, which can improve labor productivity, reduce production costs, accelerate the pace of industrial production mechanization and automation. This paper mainly discusses the design of manipulator control system based on PLC. First, the possible use of the programmable controller is related to the introduction, and then choose the design of the PLC model. Then, through the control mode of the manipulator and the realization way of each function, the realization scheme of each function and the equipment used in the design control system are determined. Finally, the software program and hardware structure of PLC control system are designed. Keywords: industrial; automation programmable controller ; manipulator； Remote control；sensor feedback
6自由度机械臂控制系统设计(软件)本科本科毕业论文
本科毕业论文（设计） ( 2014 届) 6自由度机械臂控制系统设计（软件）院系电子信息工程学院专业电子信息工程 姓名许克伟 指导教师范程华讲师 2014年4月
摘要 本文设计了一种以STC89C52单片机为主控元件的六自由度机械臂抓取系统。文中给出了系统的硬件设计方案以及各个功能原理图，同时给出了软件系统设计方法。系统实现了自动寻找目标并自动实施抓取目标且可通过PC上位机实时显示和控制机械手臂的功能，并能实现自动探测手臂与目标之间距离。在设计时，由于需要测量的距离范围从几厘米到几十厘米，针对超声波在传播时振幅呈指数衰减的特性，为了最大限度地提高驱动能力，采用对回波进行多级放大，以达到了设计要求，由于各个模块供电要求不同，电源电路模块通过稳压芯片输出7.2V、5V和3.3V电压。软件主要分为超声波距离测量模块和无线通信模块、数据处理模块这三大模块。软件的这种“自顶向下”的模块化软件编程方法，能使软件的结构更清晰，并有利于软件的调试和修改。经过调试，达到能够实现自动抓取目标和手动控制抓取目标功能。 关键词：超声波；VB上位机；六自由度机械手臂；STC89C52
This paper designs a mechanical arm whose main control component is STC89C52 single-chip microcomputer and based on the six degrees of freedom to control scraping system. Hardware design scheme of the system and each functional machine schematic diagram are also given in this paper , software program design method is given at the same time, the system realizes the automatic searching target and the implementation of automatic grab and real-time display by PC ,and realizes the function of controlling mechanical arm, and can realize to automatically detect the distance between the arm and target, then implement real-time display on the upper machine. .When designing, due to the distance need to measure ranges from several centimeters to tens of centimeters, aiming at the characteristics of ultrasonic wave amplitude decay exponentially in transmission, in order to develop the drive ability maximally, the echo multistage amplifier is be adopted. Due to the different requirements for each module power supply, in order to achieve the design requirements, power supply circuit module output voltage 7.2V, 5V and 3.3V through the voltage regulator chip. The software is mainly divided into three modules : the ultrasonic distance measuring module and wireless communication module, data processing module. The "top-down" modular software programming method of software can make the software structure more clearly, and benefit in the debugging and modification of software. After debugging, it can realize the function of grabbing the target though automatically add manually control. Key words: Ultrasonic wave;VB;Six degrees of freedom robotic arm;STC89C52
单片机的机械臂电子系统设计实践【论文】
单片机的机械臂电子系统设计实践 摘要：本文设计与实现的是一款基于单片机的机械臂控制系统，以4个关节舵机和1个手爪舵机控制机械手臂的运动和夹取功能，以MC9S12单片机作为控制器通过脉冲宽度调制信号控制舵机运动，最终实现将物料待抓区域的物料抓起后，移动至物料堆放区域，最终将物料放置在该区域的运动功能。 关键词：单片机；MC9S12；机械臂；控制系统 1概述 机械臂控制系统是指一种以自动化方式运行并且形状类似人手臂的机器人，能够从事物料搬运、码垛等操作，并且具有可编程性和通用性，并且可以在手臂前端装配相应的工具，例如手抓、吸盘等，实现抓取、吸取等功能。 2系统方案设计 2.1机械臂控制系统总体方案设计及机械臂功能描述
为实现将大型机械臂小型化，本设计采用小型直流伺服机作为机械臂的各关节驱动器，控制器选用能够实现系统小型化的单片机，并为系统各模块设计相应的电源电路。本文设计的机械臂具有4个自由度和1个手爪开合关节，能够实现抓取物料并运送至制定位置的运输和码垛功能。首先，通过机械臂硬件结构的搭建，组装成一个串联型机械臂；然后完成机械臂控制系统的硬件电路设计，包括机械臂小型直流伺服机电源电路设计和单片机最小系统电源设计，并将小型直流伺服机的控制端与单片机对应的脉冲宽度调制信号输出接口相连；最后完成软件程序的编写，以实现运送和码垛任务的动作设计。 2.2机械臂关节执行器方案 本设计机械臂控制系统的关节执行器选用小型直流伺服机，小型直流伺服机具有位置精准、扭矩大等优点，在大型工业机器人机械臂中常使用交流伺服机作为机械臂关节执行器。由于追求系统小型化，故选用小型直流伺服机，并选取选用数字量舵机。数字量舵机内部具有微处理器，能够接收数字信号输入，一般采用脉冲宽度调试信号，即PWM 信号。
机械手电气控制系统设计
机械手电气控制系统设计 1.机械手及其应用 机械手：mechanical hand，也被称为自动手，auto hand 能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。 1.1 国内外机械工业、铁路部门中机搬运械手主要应用于以下几方面 1.热加工方面的应用 热加工是高温、危险的笨重体力劳动，很久以来就要求实现自动化。为了提高工作效率，和确保工人的人身安全，尤其对于大件、少量、低速和人力所不能胜任的作业就更需要采用机械手操作 2.冷加工方面的应用 冷加工方面机械手主要用于柴油机配件以及轴类、盘类和箱体类等零件单机加工时的上下料和刀具安装等。进而在程序控制、数字控制等机床上应用，成为设备的一个组成部分。最近更在加工生产线、自动线上应用，成为机床、设备上下工序联接的重要于段。 3. 拆修装方面 拆修装是铁路工业系统繁重体力劳动较多的部门之一，促进了机械手的发展。目前国内铁路工厂、机务段等部门，已采用机械手拆装三通阀、钩舌、分解制动缸、装卸轴箱、组装轮对、清除石棉等，减轻了劳动强度，提高了拆修装的效率。近年还研制了一种客车车内喷漆通用机械手，可用以对客车内部进行连续喷漆，以改善劳动条件，提高喷漆的质量和效率。 近些年，随着计算机技术、电子技术以及传感技术等在机械手中越来越多的应用，工业机械手已经成为工业生产中提高劳动生产率的重要因素。 1.2机械手的应用意义 在机械工业中，机械手的应用意义可以概括如下： 1.可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 2.可以改善劳动条件、避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地改善了工人的劳动条件。在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。 3.可以减少人力，便于有节奏地生产 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。