机器人设计

20009
00004 20000
20002
00008 20000
00000
20000
20002 00002 20006 C000 00007
CNT 000
#0030
4.梯形图
20002 C000 20004 00007 20003
20003
20003 00003 C001 00007
CNT 001
第四节 三自由度机械手的单片机控制系统
一、89C51系列单片机简 介
1.概述
89C51单片机芯片内部具有128B数据存储器RAM和4KB 可重复编程的 Flash 存储器，有32个可编程的I/O端口，有 2个16位定时/计数器，有5个中断，有通用串行接口，有 低电压空闲及电源下降方式，89L51是89C51的低电压型 号，它可在 2.7～6V电压范围内工作，其他功能和89C51 相同。
2.位置开关量功能
SQ1：机械手顺时针转动限位开关 SQ2：手臂上摆限位开关 SQ3：手指松开限位开关 SQ4：机械手水平转动脉冲输出开关 SQ5：手臂上下摆动脉冲输出开关 SQ6：手指夹紧脉冲输出开关
二、单片机控制硬件电路
3.其他元器件
M1：驱动机械手手臂上下摆动 M2：驱动机械手作水平转动 M3：驱动机械手手指作夹紧松开运动
一、 PLC的性能规格
2.输入输出规格──输入规格
输入电压: 直流 24V、24V×(l+10%）、24V×(l-15%) 输入阻抗：大于2.2kΩ 输入电流：小于5mA ON电压： 最小直流14.4V OFF电压: 最大直流5.0V
一、 PLC的性能规格
2.输入输出规格——输出规格
最大开关能力：交流 250V/2A，直流24V/2A ON响应时间： 15ms以下 OFF响应时间： 15ms以下
• 按用途分 专用机械手 通用机械手
锻造机械手是用以夹持锻坯配合水压机或锻锤完成送进、转动、调头等主要动作的 辅助锻压机械。
下 料 机 械 手
焊 接 机 械 手
真 空 吸 盘 机 械 手
起 重 机 械 手
扫 描 机 械 手
双脚步行机器人
沙漠机器人
区别：机械手与智能机器人
• 机械手：是限于生产用的自动机械式的单能机器人，在这 些机器人身上仅采用了检测臂的位置和角度的传感器。
• 智能机器人：有判断能力，需要安装视觉传感器和触觉传 感器，通过视觉传感器对物体进行识别和检测，通过触觉 传感器产生对物体的压觉、力觉、滑动感觉和重量感觉。 不仅可从事特殊的作业，也可以从事一般生产和家务等 。
三自由度机械手模型采用PLC控制系统， PLC控制系统使程 序设计简单，系统可靠，操作方便，是目前较多采用的控制 系统之一。
一、89C51系列单片机简
介
2.引脚说明
89C51共有40根引脚，采用双列直 插的封装形式，引脚按功能可以分为4 类：
电源——VCC、VSS、VPP、Vpd 时钟——XTAL1、XTAL2 I/O口——P0～P3 控制总线——ALE、RST、
PROG、PSEN、EA
一、89C51系列单片机简 介
01002输出，机械手向下运动，C000开始计数，计数到 设定值时，停止向下运动。
01005输出，机械手松开工件，等触到松开限位开关后，松 开动作停止。
二、三自由度机械手PLC 控制
1.自动控制要求
01003输出，机械手向上运动，到达上限位开关，停止向上 运动。
01001输出，机械手向左运动，压下左限位开关SQ12后停 止运动。
• 驱动系统：驱动执行机构运动 • 控制系统：支配机械手按规定程序运动 • 位置检测系统：检测执行机构位置并反馈给控制系统 • 数据远传装置：与上位机交换信息的装置
工业机器人的组成
二、机械手的分类
• 按控制方式分 – 点位控制：点到点移动 – 连续轨迹控制：运动轨迹为任意连续曲线
• 按驱动方式分 电力传动机械手 液压传动机械手 气压传动机械手
继电器01004输出，机械手夹紧工件，C001开始计数，等 于设定值，继电器01004关闭输出，夹紧工件停止。
二、三自由度机械手PLC
控制
1.自动控制要求
01003输出，机械手向上运动，到达上限位开关，停止向上 运动。
01000输出，机械手向右运动，C002开始计数，计数到设 定值时，停止向右运动。
• 动合触点4通断一次，输出一 个脉冲。
引入
三自由度机械手模型采用PLC控制系统，使程 序设计简单，系统可靠，操作方便，是目前较多 采用的控制系统之一。
第三节 三自由度机械手的PLC控制系统
一、 PLC的性能规格
1.基本性能 控制方式： 存储程序方式 输入输出控制方式：循环扫描方式和即时刷新方式并用 编程语言： 梯形图方式 指令长度： 1步/1指令，1～5字/指令 处理速度： 基本指令0.72～16.2μs 程序容量： 2048字 最大I/O点数： 40点 输入继电器： 00000 ～ 00915 输出继电器： 01000 ～ 01915 内部辅助继电器： 512点； 暂存继电器：8点 特殊辅助继电器： 384点； 保持继电器：320点 定时计数器： 128点 快速响应输入： 最小输入脉冲宽度0.2ms
机器人技术基础
第七章 机器人设计
1. 概述 2. 三自由度机械手模型 3. 三自由度机械手的PLC控制 4. 三自由度机械手的单片机控制 5. 自动找币机械手
控制系统
一、机械手的组成
驱动系统
执行机构 被控对象
数据远传装置
位置检测系统
一、机械手的组成
• 执行机构：手部、手腕、手臂 立柱、机座、行走机构
4.梯形图
20003
01005 01004
20007
01004 01005
END
二、三自由度机械手PLC
控制
5.直流电动机正反转控制
• 若J2不通电、J1通电， 动合触点J1（1、5）接通 ，电动机上的电流由B侧流 向A侧，电动机M正转。
• 若J1不通电、J2通电， 动合触点J2（3、6）接通 ，电动机上的电流由A侧流 向B侧，电动机M反转。
20007 20007 00006 20009 00007
20008
20008
4.梯形图
20008 00005 00004 00007 20009
20009
20005
01001 01000
20009
01000 01001
20002 20006 20004 20008
01003 01002 01002 01003
机械手开始进行下一个自动循环过程。 若遇紧急情况，按下急停按钮SB9，机械手立刻停止运行。
二、三自由度 机械手PLC控制
2.功能图
三自由度机械手 控制系统功能图
20002 20003 20004 20005 20006 20007 20008 20009
1
启动初始位置
2
C000 3
向下 夹紧
C001 4
二、单片机控制硬件 电路
二、单片机控制硬件电路
1.手动按钮开关功能
SA0：手动/自动转换开关 SB1：手臂下摆按钮 SB2：手臂上摆按钮 SB3：机械手顺时针转动按钮 SB4：机械手逆时针转动按钮
SB5：手指持物按钮 SB6：手指松开按钮 SB7：自动运行启动按钮 SB8：复位按钮
二、单片机控制硬件电路
手臂上下摆动机构：电动机、减速器、主轴、限位 开关、蜗轮、蜗杆、齿轮、链 条、脉冲开关等
机械手回转机构：电动机、减速器、限位开关、 蜗轮、蜗杆、脉冲开关等
各种固定支架等
二、机械手模型的结构和工作 原理
三自由度机械手的一个动作循环
手臂下摆 手指夹料 手臂上摆 机械手右转 机械手左转 手臂上摆 手指卸料 手臂下摆
上限位开关
向上
5
右行
C002 6
向下
C000 7
松开
松开限位开关
8
向上
上限位开关
9
左行
左限位开关
二、三自由度机械手PLC
控制
3.PLC的I/O地址分配
输入信号
输出信号
复位按钮SB10 00008 01005
机械手松开工件
急停按钮SB9 00007 01004
机械手夹紧工件
松开限位开关SQ14 00006 01003
三、机械手控制过 程
2.自动控制过程
三、机械手控制 过程
2.自动控制过程
ห้องสมุดไป่ตู้
引入
第五节 自动找币机械手模型
自动售货机和自动投币电话都装有自动找币系统。 它们设有三种触币仓： 1号仓储1分，2号仓储2分，3号仓储5分。最大找币额 为80分/次，找币频率为5次/min。
二、三自由度机械手PLC 控制
5.直流电动机正反转控制
引入
三自由度机械手的单片机控制系统采用 AT89C51单片机控制，该单片机属于ATMEL公司 生产的8位Flash单片机系列。这个系列单片机的 特点是在整片内含有Flash存储器，与8051系列单 片机是兼容系列，可以直接代换，有静态时钟工 作方式，节省电能，可以反复进行重新编程，有 多种陶瓷封装形式，可在恶劣环境下长期工作， 应用广泛。
第二节 三自由度机械手模型
一、机械手模型的技术参 数
• 最大抓重：100g • 手指夹持工件最大直径：40mm • 手臂上下摆动角度：60° • 手臂回转最大角度：90° • 运料频率：5次/min
二、机械手模型的结构和工作 原理
1.三自由度机械手的结构
手指夹持机构：电动机、减速器、主轴、限位开关、 丝杠、行走块、手指、脉冲开关等
#0018
20003 C001 20005 00007
20004
20004
20004 00005 20006 00007 20005
20005
4.梯形图
20005 00001 C002 00007
CNT 002
#0040
20005 C002 20007 00007 20006
20006
20006 C000 20008 00007 20007
当P2.3=0，P2.2=1时，M2反转，机械手左转。 当P2.3=1，P2.4=0时，M2正转，机械手右转。
当P2.1=0，P2.0=1时，M3反转，机械手手指夹紧。 当P2.1=1，P2.0=0时，M3正转，机械手手指松开。
三、机械手控制过程
1.手动控制过程
三、机械手控制过 程
2.自动控制过程
2.引脚说明
RST/Vpd（9）：RST为复位信号输 入端。
Vpd为内部RAM的备用电源输入端。
复位分得电复位和手动复位两种方 式。
一、89C51系列单片机简 介
2.引脚说明
得电复位电路图
在得电瞬间，由于电容两 端电压不能突变，RST引脚 的电位与 VCC相同。随着 电容的充电，RST引脚的电 位逐渐下降。
一、89C51系列单片机简 介
2.引脚说明
手动复位电路图
当按下按钮SB0时，实现复位。 Pl和P2口是具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，其输出缓冲器能够 吸入/放出 4个TTL输入。P0口是8 位漏极开路的双向I/O口。P0作为 输出口时，每个引脚可吸入8 个 TTL输入；用作I/O口输出时，需要 外部上拉电阻。
二、三自由度 机械手PLC控制
二、三自由度机械手PLC 控制
1.自动控制要求
若机械手不在初始位置，首先把SA7切到手动位置，按 下相应按钮SB1～SB6，机械手返回到初始位置。
按下SB11，继电器01002输出，电动机M2正转，机械手由 初始位置向下运动，计数器C000开始计数，计数等于设定数 值，继电器01002关闭输出，机械手转动停止。
三自由度机械手动作示意图
2.工作原理
•
机械手各种运动状态，如回转角度、手臂摆动角度、手指
夹持状态等是通过检测其对应脉冲开关产生的脉冲数来控制的
。
•
手臂摆动、转动和手指松开使用极限位置开关。
•
脉冲开关和限位开关选用同一种微动开关。
• 微动开关原理
• 推杆3下移，动触点2与动合 触点4接通。
• 卸去推杆3上的力，在弓簧片 6的反作用下，动触点2与动断 触点1接通。
机械手上升
上限位开关SQ13 00005 01002
机械手下降
左限位开关SQ12 00004 01001
机械手左行
夹紧计数开关SQ17 00003 01000
机械手右行
下计数开关SQ16 00002
右计数开关SQ15 00001
启动按钮SB11 00000
4.梯形图
二、三自由度机械手PLC 控制
00000 00004 00005 00006 20003 00007 20002
G1～G6：开关量输入隔离光耦合器 G7～G12：控制量输出隔离光耦合器
P1.0 ～ P1.5：开关量输入位，接SQ1 ～ SQ6 P1.6接SB7，P1.7接SA0
二、单片机控制硬件电路
4.控制过程
当P2.5=0，P2.4=1时，M1反转，手臂下摆。 当P2.5=1，P2.4=0时，M1正转，手臂上摆。