基于单片机的机械手运动控制新版系统标准设计.doc

毕业论文（设计）材料题 目： 基于单片机机械手运动控制系统设计 学生姓名： 刘韬 学生学号： 080809 系 别： 电气信息工程系 专 业： 自动化 届 别： 指导老师： 苗磊 填 写 说 明1、本材料包含淮南师范学院本科毕业论文（设计）任务书、开题汇报和毕业论文（设计）评审表三部分内容。2、本材料填写次序依次为：（1）指导老师下达毕业论文（设计）任务书；（2）学生依据毕业论文（设计）任务书要求，在文件查阅基础上撰写开题汇报，送交指导老师审阅并签字认可；（3）毕业论文（设计）工作后期，学生填写毕业论文（设计）关键内容，连同毕业论文（设计）全文一并送交指导老师审阅，指导老师依据学生实际完成论文（设计）质量进行评价；（4）指导老师将此表连同学生毕业论文（设计）全文一并送交评阅老师评阅。3、指导老师、评阅老师对学生毕业论文（设计）成绩评定均采取百分制。4、毕业论文（设计）答辩统计不包含在此表中。一、毕业论文（设计）任务书要求完成关键任务及达成目标本课题要求设计一个基于单片机机械手运动控制系统，其要完成关键任务为：1. 了解现在机械手发展现实状况；2. 选择步进电机，设计基于单片机机械手控制系统，能够实现二维搬运物体功效。3. 设计控制硬件电路图，编写控制程序。要达成目标：了解步进电机控制原理，掌握基于单片机对步进电机控制电路，掌握机械手位置检测方法。工作进度要求(1) /12/1-/12/30查阅相关资料，完成任务书和开题汇报撰写；(2) /1/1-/4/30查阅、搜集资料，开展理论和试验研究，撰写毕业论文；(3) /5/1-/5/30修改、完善毕业论文，并将定稿后论文根据统一格式打印。指导老师署名： 12月28日二、毕业论文（设计）开题汇报课题研究目标 机械手技术包含到电子、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。伴随工业自动化发展需要，机械手在工业应用中越来越关键。文章关键叙述了机械手设计过程 ，文章中介绍了机械手设计理论和方法。本设计以AT89C51 单片机为关键，采取LMD18200 电机控制芯片达成控制直流电机启停、速度和方向，完成了筛选机械手基础要求和发挥部分要求。在筛选机械手设计中，采取了PWM 技术对电机进行控制，经过对占空比计算达成精确调速目标课题研究计划.01.01.01.31、搜集资料；在指导老师指导下完成开题汇报。复习单片机课程及其编程知识，并查阅搜集机械手相关资料。.02.1.02.15、总体方案设计，选择器件，绘制出电气连接图。 .02.16.03.31、编写调试程序，征求指导老师意见，对方案存在不足，进行修改。.03.01.04.30、撰写毕业论文，交给指导老师做深入修改。.05.01.05.14、准备毕业答辩。本课题研究现实状况（需附适量参考文件）研究现实状况： 机械化、自动化已成在现代工业中突出专题。化工等连续性生产过程自 动化已基础得四处理。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续，机器人 出现并得到应用，为这些作业机械化奠定了良好基础。 机械手，多数是指程序可变（编）独立自动抓取、搬运工件、操作工具 装置（中国称作工业机械手或通用机械手）。 机械手是一个含有些人体上肢部分功效，工作程序固定自动化装置。机械 手含有结构简单、成本低廉、维修轻易优势，但功效较少，适应性较差。现在 中国常把含有上述特点机械手称为专用机械手，而把工业机械手称为通用机械 。 简而言之，机械手就是用机器替换人手，把工件由某个地方移向指定工作 位置，或根据工作要求以操纵工件进行加工。 机械手通常分为三类。第一类是不需要人工操作通用机械手，也即本文所 研究对象。它是一个独立、不隶属于某一主机装置，能够依据任务需要 编制程序，以完成各项要求操作。它是除含有一般机械物理性能之外，还含有 通用机械、记忆智能三元机械。第二类是需要人工操作，称为操作机 （Manipulator）。工业中采取铸造操作机也属于这一范围。第三类是专业机械 手，关键隶属于自动机床或自动生产线上，用以处理机床上下料和工件传送。这 种机械手在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务，由主机 驱动。除少数外，工作程序通常是固定，所以是专用。 机械手根据结构形式不一样又可分为多个类型，其中关节型机械手以其结构 紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围部分障碍物 等这么部分特点，成为机械手中使用最多一个结构形式。 要机械手像人一样拿取东西，最简单基础条件是要有一套类似于指、腕、 臂、关节等部分组成抓取和移动机构实施机构；像肌肉那样使手臂驱动传动系统；像大脑那样指挥手动作控制系统。这些系统性能就决定了运动 机械手性能。通常而言，机械手通常就是由实施机构、驱动传动系统和控制。 对于现代智能机械手而言，还含有智能系统，关键是感觉装置、视觉装置和 语言识别装置等。现在研究关键集中在给予机械手“眼睛”，使它能识别物体和躲 避障碍物，和机械手触觉装置。机器人这些组成部分并不是各自独立， 或说并不是简单叠加在一起，从而组成一个机械手。要实现机械手所期望 实现功效，机械手各部分之间肯定还存在着相互关联、相互影响和相互制约。 机械手机械系统关键由实施机构和驱动传动系统组成。实施机构是机械 手赖以完成工作任务实体，通常由连杆和关节组成，由驱动传动系统提供动 力，按控制系统要求完成工作任务。驱动传动系统关键包含驱动机构和传动 系统。驱动机构提供机械手各关节所需要动力，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驱动力或力矩。有文件则把机械手分为机 械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中机械系统又叫操作机 (Manipulator)，相当于本文中实施机构部分。能模拟人手和臂一些动作功效，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具自动操作装置。它可替换人繁重劳动以实现生产机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，所以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。机械手关键由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）部件，依据被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多个结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成多种转动（摆动）、移动或复合运动来实现要求动作，改变被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方法，称为机械手自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计关 键参数。自由 度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂通常专用机械手有23个自由度。机械手种类，按驱动方法可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方法可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常见作机床或其它机器附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传输工件，在加工中心中更换刀具等，通常没有独立控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品主从式操作手也常称为机械手。机械手是一个模拟人手操作自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成一些特定操作。应用机械手能够替换人从事单调、反复或繁重体力劳动，实现生产机械化和自动化，替换人在有害环境下手工操作，改善劳动条件，确保人身安全，所以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。20世纪40年代后期，美国在原子能试验中，首先采取机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行多种操作和试验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重地方取放工件和装卸材料，也作为机床辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。机械手关键由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）部件，依据被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多个结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成多种转动（摆动）、移动或复合运动来实现要求动作，改变被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方法，称为机械手自由度。为了抓取空间中任意位置和方位物体，需有 6个自由度 。自由度是机械手设计关键参数 。自由 度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。通常专用机械手有23个自由度。机械手种类，按驱动方法可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方法可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。机械手通常见作机床或其它机器附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传输工件，在加工中心中更换刀具等，通常没有独立控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品主从式操作手也常称为机械手。参考文件：1、张建民.机电一体化系统设计.北京：北京理工大学出版社，1996:108-1102、陈光东.单片微型计算机原理和接口技术.武昌：华中理工大学出版社，1999:13、刘鑫.工业控制基选集设计技术。自动化博览，（6）：9-114、孙克梅.直流伺服电机单片机控制及应用.沈阳航空工业学院学报，（2）：50-525、邓星钟.机电传动控制.武昌：华中科技大学出版社，:349-3516、张建民.机电一体化系统设计.北京：北京理工大学出版社，:15-267、廖常初.可编程序控制器编程方法和工程应用.重庆：重庆大学出版社，:102-1068、Jae Wook Jeon.Efficient acceleration and deceleration technique for short distance movement in CNC machine tools.ELECTRONICS LETTERS,13th April :16-179、Jae Wook Jeon,Yun-Ki Kim.FPCA based acceleration and decelerationCircuit for industrial robots and CNC machine tools.Mechatronics,12():63-6510、周凯.精密数控机床转角-线位移双闭环位置控制系统.中国机械工程.1998（8）：12-1611、Todd J,Schuett. 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