【精品毕设】基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计
五自由度机械手毕业设计
五自由度机械手毕业设计简介毕业设计项目是基于五自由度机械手的设计与调试。
机械手作为一种重要的自动化设备，被广泛应用于各种工业场景中。
本项目旨在设计和实现一个五自由度机械手，以达到特定的工作任务，并对其进行调试和性能优化。
设计目标本项目的设计目标如下：1.组装一台五自由度机械手，包括底座、前臂、手臂和手爪等组成部分。
2.实现机械手的运动控制和精确定位，以可靠地完成给定的任务。
3.进行机械手的调试和性能优化，以提高其准确性和灵活性。
设计流程步骤一：机械手构建首先，需要根据机械手的设计要求，选择合适的机械结构和零件。
设计一个稳定的底座来支持机械手的运动。
然后，设计前臂和手臂以实现机械手的五自由度运动。
最后，设计一个手爪用于抓取目标物体。
步骤二：运动控制系统设计一个运动控制系统，用于实现机械手的精确定位和运动控制。
可以使用传感器来获取机械手当前的位置和姿态信息，并使用控制算法来计算和控制机械手的运动。
可以选择合适的传感器和控制器来实现这个功能。
步骤三：系统调试完成机械手的组装和运动控制系统的搭建之后，需要进行系统的调试和测试。
在调试过程中，可以逐步验证机械手的各个自由度的运动是否准确，并优化运动控制系统的参数以提高机械手的运动准确性和稳定性。
步骤四：任务实现完成机械手的调试之后，可以设计和实现一系列的任务来验证机械手的性能和应用能力。
可以设计一些基础任务，如抓取、放置和搬运物体等。
还可以设计更复杂的任务，如拧螺丝、组装零件等，以验证机械手在复杂环境中的运动控制和应用能力。
预期成果通过完成本毕业设计项目，预期实现以下成果：1.完整的五自由度机械手，包括底座、前臂、手臂和手爪等组成部分。
2.可靠的运动控制系统，能够实现机械手的精确定位和运动控制。
3.调试和优化完毕的机械手，具有较高的运动准确性和稳定性。
4.完成的任务实现，验证机械手的性能和应用能力。
时间计划本项目的时间计划如下：•第一周：项目立项和需求分析•第二周：机械结构设计和零件采购•第三周：机械手组装和基本运动控制实现•第四周：运动控制系统调试和优化•第五周：任务实现和性能测试•第六周：项目总结和报告编写结论通过本毕业设计项目，将能够全面了解五自由度机械手的设计和调试过程，掌握机械手的运动控制原理和实现方法，并对机械手的性能和应用能力进行验证和提升。
三自由度机械臂毕业设计
三自由度机械臂毕业设计摘要三自由度机械臂是一种常见的机器人结构，具有广泛的应用领域。
本文基于毕业设计的要求，对三自由度机械臂的设计与实现进行了探讨，包括机械结构设计、电控系统设计以及仿真测试等内容。
通过本文的研究，可以为相关领域的机械臂设计提供一定的参考和借鉴。
关键词：三自由度机械臂；机械结构设计；电控系统设计；仿真测试一、引言随着现代工业的发展，机械臂作为一种重要的智能装备，已经得到了广泛的应用。
特别是在自动化生产线、物流仓储系统、医疗和服务机器人等领域，机械臂可以实现高效的操作和灵活的生产。
对机械臂的设计与实现具有重要的理论和实际意义。
三自由度机械臂是一种典型的机械臂结构，在许多应用场合中都能够发挥重要作用。
本文将以三自由度机械臂为研究对象，通过对其机械结构设计、电控系统设计以及仿真测试的探讨，来完成一份关于三自由度机械臂的毕业设计。
二、机械结构设计1. 机械臂的型号确定需要确定三自由度机械臂的型号和结构设计。
在设计过程中，需考虑机械臂的负载能力、工作范围和精度等参数。
通过对市场上已有的机械臂产品进行调研和比较，选择一款适合要求的机械臂型号作为设计的基础。
2. 机械结构的参数设计在确定机械臂型号后，需要对机械结构的参数进行设计。
包括机械臂的长度、关节结构、材料选择等。
需要考虑机械臂的刚度和稳定性，以及对机械结构进行强度和刚度分析，保证机械臂能够满足设计要求。
三、电控系统设计1. 电机和传动系统的选型根据机械臂的参数设计，选择合适的电机和传动系统。
需要考虑电机的功率、转速和控制方式，以及传动系统的精度和可靠性。
2. 控制系统的设计设计机械臂的控制系统，包括控制算法、传感器选择和控制器设计等。
通过对电控系统的设计，实现机械臂的轨迹规划、位置控制和力控制等功能。
四、仿真测试通过建立机械臂的仿真模型，对机械结构设计和电控系统设计进行验证和测试。
利用仿真软件，模拟机械臂的运动和控制过程，评估机械臂的性能和稳定性。
毕业设计(论文)__多自由度机械手机械设计[管理资料]
![毕业设计(论文)__多自由度机械手机械设计[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/da8da334bb4cf7ec4bfed0ab.png)
安徽建筑工业学院毕业设计 (论文)专业机械设计制造及其自动化班级 05城建机械2班学生姓名学号 05290070231 课题多自由度机械手机械设计指导教师摘要文中设计了一种六自由度机械手。
该机械手主要由底座，腰部，主板，大手臂，小手臂，手腕，夹爪组成，采用步进电机驱动，单片机控制。
手臂的尺寸与人手臂的大小相当。
手臂的运动主要包括：腰部转动，大手臂摆动，小手臂摆动，手腕摆动，手腕转动，夹爪夹取。
，，并放到预定位置。
，或者在有放射性的环境中完成特定工作。
文中对机械手进行了正运动学分析, 采用齐次坐标变换法得到了机械手末端位置和姿态随关节夹角之间的变换关系,并完成了总体机械结计、步进电机选型、蜗轮蜗杆及带传动比的确定以及部分重要零件的设计。
关键词：机械手六自由度步进电机同步带。
AbstractA kind of manipulator of six degrees of freedom has been designed in this paper. This manipulator is made up of the foundation, the waist, the big arm, the small arm, the wrist, and the claw; the manipulator is driven by stepper motor, and controlled by single chip. The size of the manipulator is equal in the size to the arms of people. Locomotion of the manipulator includes: waist turning, big arm swung, small arm swung, wrist swung, wrist rotating, claw fetching. The radius of action is , and the accuracy is 5 mm. It can pick the light-weight object, and put it to the recalculated position. The manipulator has overload protection function, and space position self-lock function. This arm can be used in teaching, or in radioactive environments. In this paper, robot kinematic analysis is carried out using homogeneous coordinate transformation method was the end manipulator joint position and attitude with the changing relationship between the angle and stepper motor designing, physical construction designing had been completed.Keywords: manipulator, six degrees of freedom, stepper motor, locking band.目录目录 (4)1 绪论 (6)国内机械手研状 (6)机械手的构成 (7)机械手的发展趋势 (9)本设计课题的背景和意义 (9)2 机械手的总体方案设计 (10)机械手基本形式的选择 (10)机械手的主要部件及运动 (11)驱动机构的选择 (12)传动机构的选择 (12)3机械手的数学建模 (12)机器人数学基础 (12)机器人的运动学方程 (13)4 机械手的整体设计计算 (15)手部设计基本要求 (15)典型的手部结构 (16)机械手手指的设计计算 (16)选择手抓的类型和加紧机构 (16) (16)驱动电机的选择 (17)手指张合电机的选择 (17)手腕电机的选择 (19)大手臂摆动电机的选择 (19)小手臂摆动电机的选择 (20)手腕摆动电机的选择 (20)底座转动电机的选择 (21)涡轮蜗杆、带轮的选择及传动比的确定 (21)底座电机处涡轮蜗杆的传动的确定 (21)大手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (22)小手臂电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (23)手腕摆动电机处涡轮蜗杆及带传动的确定 (24)小手臂摆动处轴的校核 (25)5 总结与展望 (29)谢辞 (30)[参考文献] (31)附录一科技文献翻译 (32)附录二毕业设计任务书与开题报告 (46)多自由度机械手机械设计1 绪论机械手 (manipulator)是一种能按给定的程序或要求，自动地完成物体(材料、工件、零件或工具等)传送或操作作业的机械装置，它能部分地代替人来进行繁重、危险、重复等手工作业。
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。
基于单片机控制的机械手毕业论文
目录第一章概述 (2)第二章单片机简介 (3)2.1单片机发展概况 (3)2.2单片机的发展史 (4)2.3单片机的发展方向 (6)2.4单片机的特点 (9)2.5 A T89C2051单片机简介 (9)第三章系统电路图及抗干扰技术介绍 (11)3.1系统电路实物图 (11)3.2单片机抗干扰设计 (13)3.21硬件措施 (14)3.22软件措施 (15)第四章系统设计电路图及工作原理 (17)4.1硬件系统设计 (17)4.11系统工作原理 (17)4.12系统的工作过程： (19)4.13各系统控制电路图： (19)4.2软件设计 (21)第五章制作过程和系统设计的价值 (31)5.1系统制作及安装 (31)5.11机械手制作及安装 (31)5.12反射式红外检测装置制作及安装 (32)5.13功放制作及安装 (32)5.14各种辅助设备的制作及安装 (32)5.2调试过程 (33)5.3特点与价值 (33)5.4总结 (34)摘要:本设计采用Atmel公司生产的8位单片机AT89C2051对小车、功放以及机械手进行控制，通过I/O口输出的信号作为步进电机和MP3的控制信号，信号经过驱动电路驱动步进电机进行运行。
带动小车和机械手进行向前和向后运行，同时控制MP3播放语音。
关键词：机器人、手爪、光电检测第一章概述随着经济的发展，在各行各业的生产及运输过程中，机器人及机械手的使用已经相当普及了，在工厂、码头以及在家里都可以见到机器人，可以说机器人已经无处不在。
在这样的情况下我们设计了简易机器人，其目的是为了适应社会的发展以及提高我们的单片机控制技术。
它有两个好处。
其一，我们设计的机器人价格便宜，其二，它的功能比较强大，有了它我们就可以大大节省了人力、物力，极大地提高了生产效率。
我们可以看到，在不同的场合，机器人的形状和功能有很多种，机器人与传输带不同，传输带只能使用在一些固定的地方，它不可能象机器人一样能够在不同的地方进行工作。
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。
三自由度机械臂毕业设计
三自由度机械臂毕业设计毕业设计题目：三自由度机械臂设计与控制一、设计背景三自由度机械臂是工业机器人中常见的一种结构，通常由三个关节驱动器构成，可以实现在三个方向上的运动。
该设计旨在研究三自由度机械臂的结构设计和控制算法，提高其运动精度和稳定性，以满足工业生产中对机器人精准操作的需求。
二、设计内容1.机械结构设计：根据机械臂的工作范围和负载要求，设计合适的机械结构，包括三个关节的连杆长度、角度范围等，确保机械臂能够在工作空间内自由灵活地运动，并能承受所需的负载。
2.关节驱动器选择：选择合适的关节驱动器，比如伺服电机、步进电机等，确保驱动器能够提供足够的转矩和精确的控制，以实现机械臂的精准运动。
3.控制系统设计：设计相应的控制系统，包括运动规划、轨迹跟踪、碰撞检测等算法，实现机械臂在各种工作场景下的自动化操作。
同时，考虑到三自由度机械臂的运动学模型，设计合理的控制策略，提高机械臂的运动精度和稳定性。
4.系统集成和调试：将机械结构、关节驱动器和控制系统进行集成，通过实验验证机械臂的性能和稳定性，调试控制算法，不断优化设计方案，使机械臂达到预期的工作效果。
三、设计目标1.实现三自由度机械臂在三维空间内的高精度运动，能够完成各种复杂的工作任务。
2.提高机械臂的运动速度和稳定性，减少运动过程中的振动和误差，提高工作效率。
3.实现机械臂与外部环境的智能交互，通过传感器实时监测工作环境，避免碰撞和危险情况的发生。
4.设计简洁高效的控制系统，具有良好的实时性和可靠性，便于操作和维护。
四、预期成果通过以上设计内容和目标，预期能够完成一台具有高精度运动和稳定性的三自由度机械臂原型机，并实现其在工业生产中的应用。
同时，可以得到相关的技术研究成果，为工业机器人领域的发展贡献一份力量。
五、结语三自由度机械臂的设计与控制是一个具有挑战性和重要性的课题，需要多方面的知识和技能综合运用。
希望通过本次毕业设计，能够全面学习和掌握机械臂设计与控制的相关知识，提升自己在工程领域的实践能力和创新能力，为未来的科研和工作打下坚实的基础。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
*名：**
***师：***
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PWM
Design of Multi DOF Manipulator Controller
Based on MCU
Abstract
As 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)。