单片机控制机械手臂的设计与制作
单片机应用系统课程设计 臂丛
单片机应用系统课程设计臂丛单片机应用系统课程设计臂丛一、设计目的本次课程设计旨在通过学生对单片机应用系统的学习，使学生能够掌握单片机的基本原理和应用技巧，具备独立完成简单单片机应用系统设计的能力。
二、设计内容本次课程设计的主要内容是臂丛。
臂丛是一种模拟人体手臂动作的机械手臂，由多个舵机组成，可以通过单片机控制实现各种动作。
三、设计原理1. 舵机原理舵机是一种能够精确控制转角和速度的电动执行器。
它由电动机、减速器、位置反馈装置和控制电路等组成。
舵机内部有一个小电位器，可以感知输出轴转角并反馈给控制电路。
根据反馈信号进行比较后，控制电路就会输出一个PWM信号来驱动电动机转动输出轴到达指定位置。
2. 单片机与舵机连接单片机需要通过PWM信号来驱动舵机。
常见的PWM频率为50Hz，占空比范围为0~100%。
占空比越大，输出信号也就越强，舵机转角也就越大。
每个舵机需要连接到单片机的一个PWM输出引脚上。
3. 机械结构设计臂丛的机械结构设计需要考虑手臂的自由度和稳定性。
手臂由多个舵机组成，每个舵机控制一个关节，可以实现手臂的各种动作。
同时，需要通过支架和底座来保证整个手臂的稳定性。
四、设计步骤1. 确定舵机数量和位置根据手臂模型确定需要使用的舵机数量和位置，并将它们连接到单片机上。
2. 编写控制程序编写控制程序，通过PWM信号控制各个舵机的转动实现不同动作。
3. 设计机械结构根据手臂模型设计支架和底座，将各个舵机安装在合适的位置上，并连接起来组成完整的手臂。
4. 调试测试完成手臂组装后进行调试测试，检查各个部件是否正常工作，调整程序使得手臂可以实现各种动作。
五、应用场景1. 教育领域：可以用于教学演示或学生课程设计等方面。
2. 工业领域：可以用于生产线上进行物料搬运等操作。
3. 医疗领域：可以用于手术机器人等方面，提高手术精度和安全性。
六、总结本次课程设计通过臂丛的设计，让学生掌握了单片机与舵机的连接方法和控制原理，同时也锻炼了学生的动手能力和创新思维。
基于单片机的机械手臂控制系统设计
广西轻工业ＧＵＡＮＧＸＩＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＩＮＤＵＳＴＲＹ计算机与信息技术２００８年８月第８期（总第１１７期）【作者简介】方龙，副教授，从事电子技术的教学与科研工作。
１引言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。
因此近年来工业机器手的应用越来越普遍。
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。
本设计结合坐标式三自由度机器机器手臂模型，应用单片机控制。
该手臂具有二或三个关节，夹持装置，采用３台微型伺服马达驱动，至少可以完成抬臂、转臂、抓取物体等简单动作。
电机的驱动控制器由单片机ＡＴ８９Ｃ５１实现，使其按程序和操作要求实现抓取、搬运物体。
２伺服马达微型伺服马达有着如下的优点：大扭力、控制简单、装配灵活。
一个微型伺服马达内部包括了一个小型直流马达、一组变速齿轮组、一个反馈可调电位器及一块电子控制板。
其中高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。
减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为０，从而达到使伺服马达精确定位的目的。
伺服马达的瞬时运动速度是由其内部的直流马达和变速齿轮组的配合决定的，在恒定的电压驱动下，其数值唯一。
但其平均运动速度可通过ＰＷＭ方式控制。
标准的微型伺服电机有三条控制线，分别为：电源，地及控制线。
本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计解析
唐山学院毕业设计设计题目：基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计系别：信息工程系班级：11电气工程及其自动化3班姓名：刘亮指导教师：田红霞2015年6月1日基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计摘要机械臂控制器作为机械臂的大脑，对于它的研究有着十分重要的意义。
随着微电子技术和控制方法的不断进步，以单片机作为控制器的控制系统越来越成熟。
本课题正是基于单片机的机械臂控制系统的研究。
本文首先介绍了国内外机械臂发展状况以及控制系统的发展状况。
其次，阐述了四自由度机械手臂控制系统的硬件电路设计及软件实现。
详细阐述了机械臂控制系统中单片机及其外围电路设计、电源电路设计和舵机驱动电路设计。
在程序设计中，着重介绍了利用微分插补法进行PWM调速的程序设计。
并给出了控制器软件设计及流程图。
最后，给出了系统调试中出现的软硬件问题，进行了详细的分析并给出了相应的解决办法。
关键词：机械臂单片机自由度舵机PWMDesign of Multi DOF Manipulator ControllerBased on MCUAbstractAs the brain of robot arm, manipulator controller is very important for its research.With the development of microelectronics technology and control method, the control system of MCU is becoming more and more mature.This thesis is based on the research of the manipulator control system of MCU.Firstly,it is introduced the development of the manipulator and the control system at home and abroad.Secondly,it is given the circuit and software design for the four DOF manipulator in this disertation.it is expatiated the Single Chip Microcomputer(SCM),the relative circuit design ,Power circuit design,and driver circuit design of manipulator control system.In the design of the program, the design of PWM speed regulation by differential interpolation is introduced emphatically. The software design and flow chart of the controller are given.Finally,it is presented the problems of hardware and software in practive given resolves.Key word: Manipulator;MCU;DOF;Steering engine;PWM目录1引言 (1)1.1研究的背景和意义 (1)1.2国内外机械臂研究现状 (2)1.2.1国外机械臂研究现状 (2)1.2.2国内机械臂研究现状 (3)1.3机械臂控制器的发展现状 (3)1.4本设计研究的任务 (4)2机械结构与控制系统概述 (5)2.1机械结构 (5)2.2控制系统 (6)2.3系统功能介绍 (8)2.4舵机工作原理与控制方法 (8)2.4.1概述 (8)2.4.2舵机的组成 (8)2.4.3舵机工作原理 (9)3系统硬件电路设计 (11)3.1时钟电路设计 (11)3.2复位电路设计 (11)3.3控制器电源电路设计 (12)3.4舵机驱动电路 (13)3.5串口通信电路设计 (13)4系统软件设计 (14)4.1四自由机械臂轨迹规划 (15)4.2主程序设计 (16)4.3舵机调速程序设计 (17)4.3.1舵机PWM信号 (17)4.3.2利用微分插补法实现对多路PWM信号的输出 (18)4.4初末位置置换子程序 (21)4.5机械爪控制程序 (22)4.6定时器中断子程序 (23)4.6.1定时器T1中断程序 (23)4.6.2定时器T0中断子程序 (24)5系统软硬件调试 (25)5.1单片机系统开发调试工具 (25)5.1.1编程器 (25)5.1.2集成开发环境Keil和Protues (25)5.2控制系统的仿真 (26)5.3软件调试 (27)5.4硬件调试 (27)5.5软硬件联合调试 (28)6结论 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录 (32)1引言1.1研究的背景和意义机器人是传统的机械结构学结合现代电子技术、电机学、计算机科学、控制理论、信息科学和传感器技术等多学科综合性高新技术产物,它是一种拟生结构、高速运行、重复操作和高精度机电一体化的自动化设备。
基于单片机控制的工业机械手控制系统课程设计
基于单片机控制的工业机械手控制系统课程设计（摘要与目录在最后）第一章绪论1.1机械手的概述1.1.1机械手的简介机械手是模仿着人手的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求能实现自动抓取、搬运的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手叫做“工业机械手”。
在实际生产中，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下，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。
随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，在机械加工、冲压、锻、铸、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等领域得到了越来越广泛的应用。
国内外对机器人及机械手所作的定义不尽相同。
国际标准化组织对机器人的定义:机器人是一种能自动定位、可控的可编程的多功能操作机。
这类操作机具有几个轴在可编程序操作下，能处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。
美国国家标准(NBS)对机器人的定义:“一种可编程，并在自动化控制下执行某种特定操作和移动作业任务的机械装置。
”日本工业机器人协会对工业机器人的定义:“一种装备有记忆装置和最终执行装置，能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。
”它又分为以下两种情况来定义:(1)工业机器人:“一种能执行与人的上肢类似动作的多功能机器。
”(2)智能机器人:“一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器。
”机械手由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如下图所示。
1.1.2机械手的类型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，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。
它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。
它的特点是除具备普通机械的物理性能外，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。
它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。
本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计
本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计摘要：随着自动化技术的不断发展，机械手臂在工业生产中扮演着越来越重要的角色，越来越得到人们的关注。
现代机械手臂控制器尤其是多自由度机械手臂控制器的设计与实现成为了本领域中的研究热点。
本文基于单片机芯片设计了一种多自由度机械手控制器，采用了串行通信的方式从计算机发送命令控制机械手臂的动作。
在硬件设计方面，使用了AT89S52单片机作为主控制器，引入了五个伺服电机控制模块作为机械手的动力源，以及一组角度传感器作为手臂的姿态测量元件。
在软件设计方面，采用C语言编写程序，实现了机械手臂自动运动、复位、姿态检测等功能。
同时，对机械手臂的自动防撞、误操作检测等进行了设计。
最终实验表明，本文设计的多自由度机械手控制器具有较强的动作准确性和鲁棒性。
关键词：多自由度机械手，单片机，控制器，硬件设计，软件设计Abstract：With the continuous development of automation technology, the role of robotic manipulators in industrial production is becoming more and more important, and it has attracted more and more attention from people. The design and implementation of modern robotic controller, especially multi-degree-of-freedom robotic controller, has become a hot research topic in this field.In this paper, a multi-degree-of-freedom robotic arm controller based on MCU chip is designed, and the motion of the robotic arm is controlled by serial communication from the computer. In terms of hardware design, AT89S52 MCU is used as the main controller. Five servo motor control modules are introduced as the power source of the manipulator, and a set of angle sensors are used as the posture measurement element of the arm.In terms of software design, the program is written in C language, and the functions of automatic movement, reset and posture detection of the robotic arm are realized. At the same time, the automatic anti-collision and misoperation detection of the robotic arm are also designed. Finally, the experiment shows that the multi-degree-of-freedom robotic arm controller designed in this paper has strong motion accuracy and robustness.Keywords: multi-degree-of-freedom robotic arm, MCU, controller, hardware design, software design一、引言机器人技术早产业生产中广泛使用，将传统的出产系统向自动化和智能化方向推进。
单片机控制机械手臂的研究方法
单片机控制机械手臂的研究方法
单片机控制机械手臂的研究方法主要包括以下几个步骤：
1. 系统分析：明确机械手臂的控制要求，如定位精度、运动速度、负载能力等，并分析机械手臂的组成和功能模块，为后续设计提供依据。
2. 方案设计：根据系统分析结果，设计机械手臂的机械结构、控制系统和驱动方式等方案。
其中，机械结构的设计需要考虑运动范围、稳定性、精度等方面；控制系统的设计需要选择合适的单片机型号和舵机数量，并编写控制程序；驱动方式的选择需要根据负载特性和控制要求来决定。
3. 硬件搭建：根据方案设计，搭建机械手臂的硬件平台，包括机械结构、控制系统和驱动系统等部分。
在这个过程中，需要选择合适的材料、元件和传感器，并进行组装和调试。
4. 软件编程：根据控制要求，编写控制程序，实现机械手臂的运动控制、定位控制、速度控制等。
在编程过程中，需要使用单片机的相关指令和函数，并进行不断的调试和优化。
5. 系统测试：在完成硬件搭建和软件编程后，需要进行系统测试，验证机械手臂的控制效果是否符合要求。
测试内容应该包括运动范围、定位精度、重复定位精度等方面。
6. 改进和完善：根据系统测试的结果，对机械手臂的设计和控制程序进行改进和完善，以提高机械手臂的性能和稳定性。
总之，单片机控制机械手臂的研究方法需要综合考虑机械结构、控制系统和驱动方式等多个方面，并不断进行调试和优化，以达到最佳的控制效果。
基于单片机的多自由度机械手臂设计
基于单片机的多自由度机械手臂设计近年来，机器人技术蓬勃发展，越来越多的高新机器人先后亮相。
在各种机器人中，带机械手臂类机器人应用最为广泛。
带机械手臂的机器人能模仿人的肢体动作，代替人的工作，特别是在重物装卸，精细加工中有着非常重要的优势。
机械手臂关节的自由度、灵活性和准确性是机械手臂机器人的工作前提。
文章基于单片机，设计一个小型机器人的一只手臂能在空间四个自由度转动。
加入机械手的机械结构，通过对四个电机的正反转实验论证方案的可靠性和可行性。
标签：单片机；四自由度；机械手臂；电机引言机器手臂作为一种工业技术装备，它能代替人搬运物件或货物分拣操作。
近年来工业机器人在工厂自动化改革中发挥着巨大的作用，代替人处理一些高危险、高危害、高工作负荷的工作，大大加快了生产效率，缩减了生产周期。
然而在这些自动化生产中，机械臂机器人占了最大的比重。
如汽车生产中的无缝焊接，钢厂里的钢材打包分拣，都用到了机器人机械臂。
机器手臂具有三个部分组成：机械臂、控制部分和工作部分。
机械臂的大小，规格决定了机械臂的应用，转角轴等，控制部分工业上一般是工控机，通过编程设计控制机械臂进行相应的操作。
工作部分由具体工作事项决定，如电焊机器人的电焊手，搬运机器人的挂钩。
1 系统功能介绍本设计采用电动式多自由度机器机器手臂模型，应用单片机控制，步进电动机的方式来驱动。
该手臂具有四个关节，每个关节可以前后转动，手臂转动采用4台微型步进电机驱动，可以完成前后左右360度摆臂等简单动作，系统控制图如图1控制部分采用80C51单片机，完成对电机的控制，即完成对手臂转动的控制。
2 软硬件设计机械手臂在动力传动方式上有连杆式、齿轮式和绳索式等。
采用齿轮结构是主流的机械手发展趋势，因为齿轮式机械手臂传动精度高、结构紧、承载高等优点。
随着工业的发展，对机械手臂要求越来越高，机械手臂向多自由度发展。
本设计为了简单起见，选用第三种传动方式——绳索式。
2.1 机械结构4自由度机械臂采用四个步进电机控制，如图2，步进电机1控制底座，实现自由旋转，步进电机2、3、4可自由旋转，完成伸展、收缩等动作。
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计一、引言随着科学技术的不断发展，机械手在工业生产、科研等领域扮演着越来越重要的角色。
机械手的设计是其中的关键环节之一，而单片机是机械手控制的核心部分之一、本文将介绍一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的设计。
二、机械手的结构设计该机械手的结构主要由三个旋转关节组成，分别对应三个自由度。
每个旋转关节由步进电机驱动，通过直线传动装置实现转动，并带有相应的位置反馈传感器。
三、单片机的选取单片机是机械手控制的核心部分，控制机械手的动作和位置。
单片机的选择需要考虑其计算性能、接口资源等方面的要求。
本设计选择了STM32系列的单片机，具有大容量的存储器和强大的计算能力，同时提供多种通信接口和模拟/数字接口，满足了机械手控制的需求。
四、电路设计电路设计包括电源电路、电机驱动电路和控制电路三个模块。
电源电路为电机驱动和单片机提供稳定的电源。
电机驱动电路采用步进电机驱动芯片，通过信号电平控制电机的转动。
控制电路主要由单片机和传感器组成，负责接收传感器的反馈信号，并控制电机的转动。
五、软件设计在单片机软件设计方面，本设计采用C语言进行编程。
通过编写相应的程序，实现机械手的运动控制，包括正向运动、逆向运动和位置控制等功能。
同时，还可以为机械手增加一些智能化的功能，如碰撞检测、路径规划等。
六、实验与结果将设计好的电路板焊接好后，进行实验测试。
通过对机械手的不同输入信号进行测试，观察机械手的运动情况，并对其进行调试。
最终，可以实现通过单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的正常运行。
七、总结本文设计了一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手。
通过对机械手的结构和电路进行设计，选取合适的单片机和编写相应的控制程序，实现了机械手的运动控制。
该设计具有较高的可靠性和灵活性，可以广泛应用于工业生产和科研等领域。