工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文1

1、工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng)目錄第1章 緒論31.1機(jī)器手系統(tǒng)概述31.3本課題所要做的主要內(nèi)容、目的及意義51.3.1 本論文主要研究物料分揀機(jī)器手以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：51.3.2 研究工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的及意義5第2章 單片機(jī)機(jī)器手系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)72.1控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)72.2機(jī)器手控制系統(tǒng)82.3單片機(jī)系統(tǒng)92.3.1 at89c51的基本結(jié)構(gòu)92.3.2 at89c51的基本特性及引腳定義92.3.3 at89c51的引腳功能說(shuō)明92.4系統(tǒng)主程序程序122.4.1 硬件選擇122.4.2 系統(tǒng)主要程序構(gòu)成122.5驅(qū)動(dòng)電路132.6供電電源14第3章 機(jī)器手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)163.

2、1總體設(shè)計(jì)方案163.2硬件電路設(shè)計(jì)163.2.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)163.2.2 機(jī)器手的組成183.2.3 機(jī)器手的結(jié)構(gòu)原理19第4章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)204.1主程序軟件設(shè)計(jì)204.2子程序軟件設(shè)計(jì)204.3系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)224.3.1電源模塊224.3.2旋轉(zhuǎn)底盤(pán)、機(jī)器手爪模塊224.3.3指示燈模塊234.3.4限位開(kāi)關(guān)模塊234.3.5機(jī)器手臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊244.3.6底盤(pán)光電對(duì)射耦合器模塊254.3.7微控制器核心模塊254.3.8系統(tǒng)整體原理圖26第5章 總結(jié)27參考文獻(xiàn)28致謝29附錄30第1章 緒論1.1機(jī)器手系統(tǒng)概述機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝

3、備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。工業(yè)機(jī)器手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)器手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)

4、展前景。機(jī)器手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)器手的發(fā)展，使得機(jī)器手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)器手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)器手已受到許多部門(mén)的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。機(jī)器手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)器手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)

5、的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。1.2機(jī)器手的發(fā)展和現(xiàn)狀機(jī)器手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)器。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)器手。商名為unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng)；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。不少球坐標(biāo)通用機(jī)器手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司,專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器手。1962年美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)

6、驗(yàn)成功一種叫vewrsatran機(jī)器手。該機(jī)器手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)器手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)器手發(fā)展的基礎(chǔ)。1978年美國(guó)unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種unimate-vicarm型工業(yè)機(jī)器手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差小于1毫米。聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從1970年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)器手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。日本是工業(yè)機(jī)器手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)器手后大力從事機(jī)器手的研究。目前，隨著單片機(jī)等控制器的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器手在自動(dòng)控制和定位精度

7、上有了很大提高。機(jī)器手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)器手是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)。尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在全國(guó)經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景，隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)控加工中心，它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，但是數(shù)控加工中心加工中常見(jiàn)的上下料工序，通常乃采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工，效力低；后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要較多繼電器，接線(xiàn)復(fù)雜。容易車(chē)體震動(dòng)干擾，而存在可靠性差，故障多，維修困難等問(wèn)題?？删?/p>

8、程控制器單片機(jī)控制的上下料機(jī)器手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便，線(xiàn)路設(shè)計(jì)合理，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低了維修率。提高了工作效率。機(jī)器手技術(shù)涉及到力學(xué)，單片機(jī)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)器手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他又多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。在工資水平較低的中國(guó)，分揀行業(yè)盡管仍屬于勞動(dòng)密集型，機(jī)器手的使用已經(jīng)越來(lái)越普及，那些電子和汽車(chē)業(yè)的奧美跨國(guó)公司很早就在它們?cè)O(shè)在中國(guó)的工廠(chǎng)中引進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化時(shí)那些分布在工業(yè)密集的華南，華東沿海地區(qū)也開(kāi)始對(duì)機(jī)器手表現(xiàn)出越來(lái)越濃厚的興

9、趣，因?yàn)樗麄円鎸?duì)工人流失率高，以及交帶來(lái)的挑戰(zhàn)。隨我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸，轉(zhuǎn)向，輸送或分揀流程越來(lái)越節(jié)約勞動(dòng)力，可見(jiàn)機(jī)器手的大力發(fā)展有著很重要的意義。1.3本課題所要做的主要內(nèi)容、目的及意義1.3.1 本論文主要研究物料分揀機(jī)器手以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：（1）物料分揀機(jī)器手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動(dòng)部件與機(jī)械構(gòu)件組成，是機(jī)器手賴(lài)以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。主要包括機(jī)身、手臂、末端執(zhí)行器3部分組成，其中每一部分都可以具有若干的自由度。執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)器手的手部、手臂和機(jī)座進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）物料分揀機(jī)器手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)是機(jī)器手的指揮系統(tǒng)，它控制

10、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時(shí)序進(jìn)行工作。本機(jī)器手采用可編程控制器（單片機(jī)）對(duì)機(jī)器手進(jìn)行控制，主要包括對(duì)單片機(jī)的型號(hào)選擇、傳感器類(lèi)型進(jìn)行選擇、i/o口的選擇、對(duì)控制系統(tǒng)原理圖、自動(dòng)程序梯形圖的繪制等內(nèi)容。1.3.2 研究工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的及意義采用以51單片機(jī)為核心控制裝箱機(jī)器手，代替人工裝箱。機(jī)器手由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用最佳升降頻的控制方法，為了保證機(jī)器手的可靠性和安全性對(duì)其控制系統(tǒng)建立相應(yīng)的故障白診斷系統(tǒng)以尋找和排除控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障。機(jī)器手每個(gè)工作臂都有上下限位和左右限位開(kāi)關(guān)，而其夾持裝置不帶限位開(kāi)關(guān)。一旦控制夾持開(kāi)始，定時(shí)器開(kāi)始記時(shí)，定時(shí)結(jié)束，夾持動(dòng)作隨即完成。機(jī)

11、器手到達(dá)b后，將工件松開(kāi)的時(shí)間也是由定時(shí)器控制的，定時(shí)結(jié)束時(shí)，表示工件已松開(kāi)。機(jī)器手的動(dòng)作過(guò)程如下：搬取工件時(shí)，按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，機(jī)器手先由原點(diǎn)下降，碰到下限位開(kāi)關(guān)后，停止下降；同時(shí)接通定時(shí)器，機(jī)器手開(kāi)始夾緊工件，定時(shí)結(jié)束，夾緊完成。機(jī)器手上升，上升到頂時(shí)，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升停止。機(jī)器手右移，至碰到右限位開(kāi)關(guān)時(shí)，右移停止。機(jī)器手下降，下降到底時(shí)，碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降停止。同時(shí)接通定時(shí)器，機(jī)器手放松工件，定時(shí)結(jié)束，工件已松開(kāi)。機(jī)器手上升，上升到頂，碰到上限位開(kāi)關(guān)時(shí)，上升停止。機(jī)器手左移，左移到原點(diǎn)，碰到左限位開(kāi)關(guān)時(shí)，左移停止。于是機(jī)器手動(dòng)作的一個(gè)周期結(jié)束。在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人

12、們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，甚至于危及生命。工業(yè)機(jī)器手就這樣誕生了,機(jī)器手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。其電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)器手是由單片機(jī)輸出五路來(lái)分別驅(qū)動(dòng)手臂上下直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，手臂左右直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)器手整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，手爪夾緊動(dòng)作的精確定位，微動(dòng)開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)傳給單片機(jī)；電機(jī)拖動(dòng)手爪和底盤(pán)旋轉(zhuǎn)；電磁閥控制氣閥的開(kāi)關(guān)來(lái)控制機(jī)器手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開(kāi)發(fā)的工業(yè)機(jī)器手模型可在空間抓放物體，動(dòng)

13、作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。工業(yè)機(jī)器手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展, 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心,它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí), 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見(jiàn)的上下料工序, 通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工、效率低; 后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜, 需較多繼電器,接線(xiàn)繁雜,

14、 易受車(chē)體振動(dòng)干擾,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問(wèn)題。可編程序控制器單片機(jī)控制的上下料機(jī)器手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡(jiǎn)便、線(xiàn)路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力, 保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,降低了維修率, 提高了工作效率。機(jī)器手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)器手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。在工資水平較低的中國(guó)，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞動(dòng)力密集型，機(jī)器手的使用已經(jīng)越來(lái)越普及。目前，大多數(shù)生產(chǎn)線(xiàn)上的搬運(yùn)，裝箱工作仍由人工進(jìn)行。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率

15、，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需研制出一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的機(jī)器手來(lái)取代這種緊張且繁重枯燥的體力勞動(dòng)，特別是在某些粉塵、噪聲、污染嚴(yán)重的場(chǎng)合尤為迫切。雖然至今國(guó)內(nèi)外已為自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)研制出了各種工業(yè)機(jī)器人， 但大多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜(以求具備多種功能)，造價(jià)較高，而且工人也不容易掌握，難于推廣。第2章 單片機(jī)機(jī)器手系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)2.1控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)機(jī)器手一般由兩個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，即手部和肘部。手部是實(shí)現(xiàn)抓持工件（或工具）功能，按工件不同的結(jié)構(gòu)形式有夾持型、托持型和吸附型機(jī)器手。手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢(shì)。另外，機(jī)器手自由度也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度多，機(jī)器手結(jié)構(gòu)越復(fù)

16、雜，其靈活性越大，其功能也越強(qiáng)大。本設(shè)計(jì)是由單片機(jī)控制的機(jī)器手模型。單片機(jī)選用了at89c51芯片，機(jī)器手具有三自由度，可以完成上下升降、左右90度旋轉(zhuǎn)、前后伸縮、夾緊松開(kāi)的簡(jiǎn)單動(dòng)作。根據(jù)機(jī)器手控制系統(tǒng)可知，其總體結(jié)構(gòu)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)用戶(hù)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、供電電源、執(zhí)行元件和反饋元件 (接近開(kāi)關(guān) )等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，如圖2-1所示，工作過(guò)程如下：2-1機(jī)器手工作控制圖機(jī)器手主要由機(jī)械系統(tǒng)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）、控制系統(tǒng)構(gòu)成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器手完成抓去工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件，它包括手部、手臂、腕部、機(jī)身等。（1）手部：又稱(chēng)手爪或者抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或者夾取。（2）腕部：又稱(chēng)

17、手腕，連接手部和臂部之間的部件，其作用是改變手部的工作方位。（3）手臂：是支撐腕部的部件，作用是承受工件的負(fù)荷，并且把它傳送到預(yù)定的位置。（4）機(jī)身：是支撐手臂的部件，其作用是帶動(dòng)臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。a、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：未執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。常用的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電機(jī)傳動(dòng)。b、控制系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)2.2機(jī)器手控制系統(tǒng)（1） 系統(tǒng)上電，機(jī)器手在原位。（2） 檢測(cè)上料位有無(wú)工件，若有工件，將信號(hào)送入單片機(jī)。（3） 機(jī)器手通過(guò)單片機(jī)控制的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)和放下工件的工序（4） 如此

18、往復(fù)，直到系統(tǒng)斷電。系統(tǒng)中選用光電傳感器檢測(cè)工件，機(jī)器手由步進(jìn)電機(jī)控制，機(jī)器手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)觸碰行程開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。此系統(tǒng)兼有故障診斷的功能，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如電路故障）時(shí)，系統(tǒng)可將信號(hào)經(jīng)電路保護(hù)單元反饋給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的保護(hù)措施。工作流程如下圖2-2所示：2-2機(jī)器手工作流程圖2.3單片機(jī)系統(tǒng)2.3.1 at89c51的基本結(jié)構(gòu)單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成中包含中央處理器cpu、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入/輸出接口部件、還有地址總線(xiàn)、數(shù)據(jù)總線(xiàn)和控制總線(xiàn)等。2.3.2 at89c51的基本特性及引腳定義1、at89c51單片機(jī)的主要性能參數(shù)：（1）與mcs-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容（2）8k字

19、節(jié)可重擦寫(xiě)flash閃速存儲(chǔ)器（3）1000次擦寫(xiě)周期（4）全靜態(tài)操作：0hz24mhz（5）三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器（6）2568字節(jié)內(nèi)部ram（7）32個(gè)可編程i/o口線(xiàn)（8）3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器（9）8個(gè)中斷源2.3.3 at89c51的引腳功能說(shuō)明（引腳圖如圖2-3所示）：（1）主電源vcc和gndvcc：電源端，工作電源和編程校驗(yàn)（+5v）。gnd；接地端。（2）時(shí)鐘振蕩電路引腳xtal1和xtal2xtal1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：振蕩器反相放大器的輸出端。在使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體，振蕩頻率為晶振頻率，振蕩信號(hào)送至內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)

20、生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。若采用外部振蕩電路，則xtal2用于輸入外部振蕩脈沖，該信號(hào)直接送至內(nèi)部時(shí)鐘電路，而xtal1必須接地。（3）控制信號(hào)引腳rst/ vpp、ale/ prog、psen 和ea/ vpp、rst/ vpp：rst是復(fù)位信號(hào)輸入端，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，rst引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。第二功能vpp為內(nèi)部ram的備用電源輸入端。主電源vcc一旦發(fā)生斷電（稱(chēng)掉電或失電），降到一定低電壓值時(shí)，可通過(guò)vpp為單片機(jī)內(nèi)部ram提供電源，以保護(hù)片內(nèi)ram中的信息不丟失，使上電后能繼續(xù)正常運(yùn)行。ale/prog：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ale（地址鎖存允許）輸出脈沖

21、用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，ale仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ale脈沖。對(duì)flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（prog）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（sfr）區(qū)中的8eh單元的d0位置位，可禁止ale操作。該位置復(fù)位后，只有一條movx和movc指令才能將ale激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ale禁止位無(wú)效。psen：程序存儲(chǔ)允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)at89c52由外部程序存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次psen

22、有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次psen信號(hào)。ea/vpp：外部訪(fǎng)問(wèn)允許。欲使cpu僅訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000hffffh），ea端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位lb1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存ea端狀態(tài)。如ea端為高電平，cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12v的編程允許電源vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12v編程電壓vpp。（4）4個(gè)8位i/o端口p0、p1、p2、p3p0口：p0口是一組8為漏極開(kāi)路型雙向i/0口，也即地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)ttl邏

23、輯門(mén)電路，對(duì)端口p0寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，在訪(fǎng)問(wèn)器件激活內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 p1口：p1是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。p1.0和p1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2

24、）和輸入（p1.1/t2ex）。flash編程和程序校驗(yàn)期間，p1接收低8位地址。p2口：p2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)端口p2寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行movx dptr指令）時(shí)，p2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪(fǎng)問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行movx r1指令）時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。flash編程和程序校驗(yàn)期間，p2亦接收高位地址和

25、一些控制信號(hào)。p3口：p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p3的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)ttl邏輯門(mén)電路。對(duì)端口p3寫(xiě)“1”時(shí)，它們被上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的p3口將用上拉電阻輸出電流。p3口除了作為一般的i/o口線(xiàn)外，更重要的用途是它的第二功能，如表2-1所示。此外，p3口還接收一些用于flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。端口引腳第二功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外中斷0）p3.3int1（外中斷1）p3.4t0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）p3.5t1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

26、器寫(xiě)選通）p3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）表2-1 p3口的第二功能圖23 at89c51的引腳圖2.4系統(tǒng)主程序程序2.4.1 硬件選擇系統(tǒng)主要控制對(duì)象為機(jī)器手，其動(dòng)力系統(tǒng)為氣動(dòng)式。系統(tǒng)主要由采樣放大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和控制單元、驅(qū)動(dòng)單元和執(zhí)行單元組成。信號(hào)采集選用漫反射式光電傳感器；信號(hào)放大選用ad522芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換采用8位串行a/d轉(zhuǎn)換器tlc549芯片；控制單元選用at89c51單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)由ucn5804b集成電路芯片驅(qū)動(dòng)。2.4.2 系統(tǒng)主要程序構(gòu)成機(jī)器手控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要由主程序、轉(zhuǎn)換子程序、報(bào)警子程序、定時(shí)子程序組成。系統(tǒng)主程序主要實(shí)現(xiàn)自檢初始化、外部中斷及啟動(dòng)機(jī)器

27、手搬運(yùn)的功能。用戶(hù)可以通過(guò)它監(jiān)控系統(tǒng)的工作。主程序流機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)主要由4個(gè)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī)p2口依次連接，行程開(kāi)關(guān)與單片機(jī)的p0口依次連接。為使程序編寫(xiě)方便，將機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)形式分解，劃分為11個(gè)步驟，與驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的工作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，列出真值表。再根據(jù)真值表編寫(xiě)機(jī)器手控制程序。另外，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器手運(yùn)動(dòng)控制，可對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角精確控制，因此必須能夠產(chǎn)生pwm（脈沖調(diào)制）周期信號(hào)，并且能夠調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的占空比。采用的控制方式是使用定時(shí)器設(shè)置初值，定時(shí)時(shí)間為20ms，在程序運(yùn)行時(shí)通過(guò)改變定時(shí)器中斷的初值，使其輸出指定占空比的脈沖信號(hào)。此脈沖信號(hào)寬度是微秒級(jí)單位，這樣既能提高系統(tǒng)

28、控制精度，又能保證系統(tǒng)可靠工作。2.4.3 其它子程序（1）a/d轉(zhuǎn)換子程序是將傳感器輸出信號(hào)放大后，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換器送入單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，將數(shù)據(jù)按照指定格式存放在對(duì)應(yīng)的位置。（2） 報(bào)警子程序是將當(dāng)系統(tǒng)采集、數(shù)字濾波后的數(shù)據(jù)（比如電機(jī)溫度）超過(guò)給定值的的上、下限時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，使程序轉(zhuǎn)而處理故障。（3） 定時(shí)子程序是設(shè)定pwm（脈沖調(diào)制）周期信號(hào)的寬度，從而控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角精度。2.5驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，不但取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的性能，也取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研究幾乎是與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究同

29、步進(jìn)行的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)電源（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器）?？刂破鳎}沖信號(hào)發(fā)生器）可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是靠單片子產(chǎn)生脈沖來(lái)控制轉(zhuǎn)矩的，單片機(jī)本身驅(qū)動(dòng)電流較小，驅(qū)動(dòng)不了電機(jī)繞組，要用驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生較大電流，直接驅(qū)動(dòng)會(huì)燒壞單片機(jī)。在此只對(duì)驅(qū)動(dòng)電路做簡(jiǎn)單說(shuō)明（如圖2-4）。圖24驅(qū)動(dòng)電路模塊2.6供電電源單片機(jī)、機(jī)器手、各個(gè)芯片要工作，就必須為其提供電源，他們的電源電壓都是5v。因此就需要將220v的交流電降壓整流為5v的直流電源。其電

30、路如圖2-5所示。這就是一個(gè)簡(jiǎn)單的整流電路，220v的交流電經(jīng)過(guò)變壓器（220/9v）后輸出9v的交流電，再經(jīng)過(guò)單相橋式整流、電容濾波，最后由7805穩(wěn)壓輸出5v的電壓供給整個(gè)電路板使用。此設(shè)計(jì)中用到了單片機(jī)，而單片機(jī)的抗干擾能力很差，所以電源板與單片機(jī)的電路板是分開(kāi)的。電源板由按鍵開(kāi)關(guān)控制輸出，由發(fā)光二極管顯示工作狀態(tài)，c4、c5的使用是為了提高抗干擾能力。圖25單片機(jī)的電源第3章 機(jī)器手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)方案機(jī)器手的重要指標(biāo)有快速性 、定位精度和平穩(wěn)性等。而運(yùn)用at89c51單片機(jī)時(shí) ，有價(jià)格低廉、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。因此煤餅的裝箱采用了單片機(jī)控制機(jī)器

31、手和走箱工作臺(tái)相配合的方式，機(jī)器手工作軌跡固定，而工作臺(tái)可做定向移動(dòng)。為提高裝箱速度，在機(jī)器手卸完煤餅返回的同時(shí)，使工作臺(tái)完成相應(yīng)的位移量。機(jī)器手從a點(diǎn)抓去工件右行至b點(diǎn)，放下工件，然后返回到a點(diǎn)抓取下個(gè)工件，依次反復(fù)。步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)器手左右運(yùn)行的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 圖3-1 總體設(shè)計(jì)方案3.2硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、動(dòng)作靈敏、中低速時(shí)具備高轉(zhuǎn)矩、高信賴(lài)性、小型、高功率等

32、特征，使其具有廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種控制用的特種電機(jī)，作為執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種關(guān)鍵的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)電源（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器）?？刂破鳎}沖信號(hào)發(fā)生器）可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度

33、，從而達(dá)到調(diào)速的目的控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。控制步進(jìn)電機(jī)的速度，即給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步，兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。同時(shí)通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。選擇步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500r/min。1、步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)： （1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。 （2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)

34、；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 （3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 （4）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。 2、步進(jìn)電機(jī)的換向控制一般來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)器的輸入共有3路，它們是：步進(jìn)脈沖信號(hào)cp、方向電平dir、脫機(jī)信號(hào)free。它們?cè)隍?qū)動(dòng)器內(nèi)部分別通過(guò)限流電阻接入光藕的負(fù)輸入端，且電路形式完全相同，在這

35、三路輸入信號(hào)的共同的控制下，驅(qū)動(dòng)器將輸入合適的電流來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)完成指定的操作。另外，驅(qū)動(dòng)器一般有一個(gè)接入端opto，該端口為三路信號(hào)的公共正端。三路輸入信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部接成共陽(yáng)方式，所以opto端須接外部系統(tǒng)的vcc，并在需要的情況下加限流電阻r，保證驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕提供合適的驅(qū)動(dòng)電流。a.步進(jìn)脈沖信號(hào)cp步進(jìn)脈沖信號(hào)cp用于控制步進(jìn)電機(jī)的位置與速度，也就是說(shuō)：驅(qū)動(dòng)器每接受一個(gè)cp脈沖就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的步距角，cp脈沖的頻率改變則會(huì)使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變，控制cp脈沖的個(gè)數(shù)，則可以使步進(jìn)電機(jī)精確定位。b.方向電平dir方向電平信號(hào)dir用于控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，此端為高電平時(shí)，電機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)

36、向，此端為低電平時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)向另外一個(gè)方向，電機(jī)轉(zhuǎn)相必須在電機(jī)停機(jī)后進(jìn)行，并且換向信號(hào)一定要在前一個(gè)方向的最后一個(gè)cp脈沖結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第一個(gè)脈沖前發(fā)出。c.脫機(jī)電平信號(hào)free當(dāng)驅(qū)動(dòng)器上電后，步進(jìn)電機(jī)處于鎖定狀態(tài)（未施加cp脈沖時(shí)）或者運(yùn)行狀態(tài)（施加cp脈沖時(shí)），但當(dāng)用戶(hù)想手動(dòng)調(diào)整電機(jī)而又不想關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器電源，這時(shí)就可以用到此信號(hào)，當(dāng)此信號(hào)起作用時(shí)（低電平有效），電機(jī)處于自由無(wú)力矩狀態(tài)，當(dāng)此信號(hào)為高電平時(shí)或懸空不接時(shí)，取消脫機(jī)狀態(tài)。此信號(hào)用戶(hù)可選用，如果不需要此功能，此端不接即可。3、步進(jìn)電機(jī)的位置控制步進(jìn)電機(jī)的位置控制是指要求電機(jī)從當(dāng)前位置轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)給定的步數(shù)。電機(jī)不丟步數(shù)這一控制的實(shí)際

37、。就是要求精確地發(fā)出定量的步進(jìn)脈沖，例如，機(jī)器手再現(xiàn)工作時(shí)的啟動(dòng)信號(hào)后，要走到示教時(shí)給出的初始作業(yè)位置，就是用到位置控制。不過(guò)不帶加/減速控制，位置控制很容易實(shí)現(xiàn)的。將發(fā)給電機(jī)的脈沖，用計(jì)數(shù)器通道計(jì)數(shù)，到最后通過(guò)cpu停發(fā)脈沖就是了。但是這種不帶加/減速的位置控制，除非速度特別低，否則會(huì)在起停時(shí)造成器械沖擊、失步。3.2.2 機(jī)器手的組成機(jī)器手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來(lái)抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持

38、物件的位置和姿勢(shì)。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱(chēng)為機(jī)器手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī)器手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)器手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專(zhuān)用機(jī)器手有23個(gè)自由度?，F(xiàn)使用為機(jī)器手模型，模型裝置主要由底盤(pán)、主機(jī)模塊、運(yùn)動(dòng)機(jī)械、電氣控制及一些電纜電線(xiàn)等部分組成。機(jī)器手模型裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等機(jī)械器件組成;電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊、開(kāi)關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成。3.2.3 機(jī)器手的結(jié)構(gòu)原理根據(jù)圖3-1可得：（1）在機(jī)器手臂的前端安裝由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可上下左右移動(dòng)的電控機(jī)

39、械抓手；（2）由兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩組絲杠組件分別構(gòu)成該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方向的x軸和y軸,機(jī)器手臂沿x軸做伸縮運(yùn)動(dòng),沿y軸做升降運(yùn)動(dòng)(含x、y軸限位開(kāi)關(guān))；（3）在y軸的底部安裝可回旋=270的轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)構(gòu),由轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)機(jī)器手臂做水平方向上的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作(其電氣部分由直流電動(dòng)機(jī)、限位開(kāi)關(guān)等組成)。第4章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)4.1主程序軟件設(shè)計(jì)硬件電路完成以后，必須為單片機(jī)編寫(xiě)程序才能使整個(gè)電路完成預(yù)計(jì)的功能，單片機(jī)輸出脈沖信號(hào)用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行和高速低速的相互轉(zhuǎn)換。因此單片機(jī)程序需要分為主程序和子程序兩大部分組成。主程序是核心部分，安排調(diào)度各部分的運(yùn)行。首先是初始化，然后再讀入外部的輸入，接著是由定時(shí)器中斷調(diào)度三

40、個(gè)任務(wù)，然后是運(yùn)行邏輯功能模塊和輸出結(jié)果。主程序流程圖如圖4-1所示。上電按鍵按下工作等待命令結(jié)束是否到位否圖4-1主程序流程圖4.2子程序軟件設(shè)計(jì)子程序是中斷響應(yīng)程序, 它的調(diào)用是系統(tǒng)執(zhí)行過(guò)程中采用中斷事件觸發(fā)產(chǎn)生.中斷是周期性發(fā)生的。子程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心代碼,這段代碼不光涉及到顯示,還涉及到系統(tǒng)計(jì)時(shí),這段代碼的優(yōu)劣關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,后面還將詳細(xì)討論。為初步減小系統(tǒng)誤差,置定初值一定要在程序開(kāi)始時(shí)就設(shè)置。機(jī)器手先由原點(diǎn)下降，碰到下限位開(kāi)關(guān)后，停止下降；同時(shí)接通定時(shí)器，機(jī)器手開(kāi)始夾緊工作，定時(shí)結(jié)束，夾緊完成。機(jī)器手上升，上升到頂時(shí)，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升停止。機(jī)器手右移，至碰到右限位開(kāi)關(guān)

41、時(shí)，右移停止。機(jī)器手下降，下降到底時(shí)，碰到下限位開(kāi)關(guān)，下降停止。同時(shí)接通定時(shí)器，機(jī)器手放松工件，定時(shí)結(jié)束，工件已松開(kāi)。機(jī)器手上升，上升到頂，碰到上限位開(kāi)關(guān)時(shí)，上升停止。機(jī)器手左移，左移到原點(diǎn)，碰到左限位開(kāi)關(guān)時(shí)，左移停止。機(jī)器手工作流程圖如圖4-2所示。下降抓取是否到底上升是否到頂向右移動(dòng)下降是否到底松開(kāi)上升是否到頂向左移動(dòng)是否到位是否到位等待命令否否否否否否4-2機(jī)器手工作流程圖4.3系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)4.3.1電源模塊圖4-3-1電源模塊4.3.2旋轉(zhuǎn)底盤(pán)、機(jī)器手爪模塊圖4-3-2旋轉(zhuǎn)底盤(pán)、機(jī)器手爪模塊4.3.3指示燈模塊圖4-3-3指示燈模塊4.3.4限位開(kāi)關(guān)模塊圖4-3-4限位開(kāi)關(guān)模塊4

42、.3.5機(jī)器手臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊圖4-3-5機(jī)器手臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊4.3.6底盤(pán)光電對(duì)射耦合器模塊圖4-3-6底盤(pán)光電對(duì)射耦合器模塊4.3.7微控制器核心模塊圖4-3-7微控制器核心模塊4.3.8系統(tǒng)整體原理圖圖4-3-8系統(tǒng)整體原理圖第5章 總結(jié)此次我們做的畢業(yè)設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用于機(jī)器手，通過(guò)3個(gè)月的努力，設(shè)計(jì)終于順利完成。這次設(shè)計(jì)給了我一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，使我了解了設(shè)計(jì)工作的基本流程的方法以及理念。在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我遇到了許多以前從未遇到過(guò)的問(wèn)題，但是通過(guò)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和我的努力，這些問(wèn)題都得到了很好地解決。雖然我設(shè)計(jì)的只是機(jī)器手的簡(jiǎn)單動(dòng)作，但是需要完成機(jī)器手的行走、抓取和翻轉(zhuǎn)等各種功能，

43、對(duì)應(yīng)分別要有行走機(jī)構(gòu)，抓取機(jī)構(gòu)，提升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)這些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)理論知識(shí)。系統(tǒng)的功能完全符合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求, 經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試數(shù)據(jù)顯示, 系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)完全達(dá)到了實(shí)際機(jī)器手的設(shè)計(jì)要求. 同時(shí)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，即擴(kuò)充串口的功能可以得到很好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng). 畢業(yè)設(shè)計(jì)使對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用的考察，又是對(duì)所學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通，做到了學(xué)以致用。通過(guò)此次設(shè)計(jì)將課本上的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，使我了解到了理論和實(shí)踐的差異以及實(shí)際生產(chǎn)中所需要的精神和能力，為今后走向工作崗位打下了一個(gè)好的基礎(chǔ)。由于本人自身經(jīng)驗(yàn)和時(shí)間有限，本設(shè)計(jì)還存在不足之

44、處，今后還需繼續(xù)努力，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)提出寶貴意見(jiàn)。參考文獻(xiàn)1 常文平. 電氣控制與單片機(jī)原理及應(yīng)用. 西安：電子科技大學(xué)出版社，2006. p352 王耀南. 機(jī)器人智能控制工程. 科學(xué)出版社，2004. p85-903 常曉玲. 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. p20-594 陳建明. 電氣控制與單片機(jī)運(yùn)用. 北京：電子工業(yè)出版社，20065 廖常初. 單片機(jī)基礎(chǔ)及應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. p12-43.6 吳 麗. 電氣控制與單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.7 湯以范. 電氣與可編程控制技術(shù)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20

45、04.8 王兆義.可編程控制器教程m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.9 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例.m.北京：人民郵電出版社，2004.10周繼功.單片機(jī)在機(jī)器手中的應(yīng)用研究，河北北方學(xué)院學(xué)報(bào)，2005.8.11 lozano,r.(rogelio).adaptive control systemsm .fresno:witerwoof lnc.,1999.12 a water pumping control system with a programmable logic controller (single chip microcomputer) and industrial

46、 wireless modules for industrial plantsan experimental setup. 13 katsuhiko ogata. modern control engineering. fourth edition. publishing house of electronics industry,2007.10.14 john g. kassakian. principles of power electronics m. addis on wesley publishing company,. 1991:473-48215bose b k. power e

47、lectronics and ac j. prentice-hall. 2006.(12)致謝四年的讀書(shū)生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開(kāi)始。四年的求學(xué)生涯在師長(zhǎng)、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿(mǎn)囊，在論文即將付梓之際，思緒萬(wàn)千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營(yíng)造了一種良好的精神氛圍。授人以魚(yú)不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀(guān)念，樹(shù)立了宏偉的學(xué)術(shù)目

48、標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫(xiě)作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無(wú)路,柳暗花明又一村”。 同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境.感謝我的老師、同學(xué)以及所有幫助我的人，你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯謝意！最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過(guò)我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。附錄/*項(xiàng)目名稱(chēng)：工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng)院 系：長(zhǎng)春大學(xué)電子信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師：于存江（副教授）代

49、碼作者：高 亮編寫(xiě)時(shí)間：2013-05-11修改日期：修改內(nèi)容：最終版本：v1.0= 項(xiàng)目描述：要求動(dòng)作過(guò)程如下：抓起 向前0.5米 左轉(zhuǎn)90度后向前0.5米 右轉(zhuǎn)90度后向前0.5米 右轉(zhuǎn)90度后后退0.5米 放下。*/#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char#define true 1#define false 0uchar limint-up,limint-down,limint-lift,limint-right;uchar motorr90，motorl90,motor;uchar arm1,arm2

50、;/*步進(jìn)電機(jī)采用單雙八拍方式，即a-ab-b-bc-c-cd-d-da。const uchar table=0x00,0x01,0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03; /反轉(zhuǎn)控制脈沖const uchar table1=0x00,0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09; /正轉(zhuǎn)控制脈沖*/*/sbit limint-up = p1.0; /機(jī)器手臂縱向電機(jī)上限位sbit limint-down = p1.1; /機(jī)器手臂縱向電機(jī)下限位sbit limint-lift = p1.2; /機(jī)器手臂橫向電機(jī)左限位sbit li

51、mint-right = p1.3; /機(jī)器手臂橫向電機(jī)右限位sbit run = p1.4; /機(jī)器手臂工作運(yùn)行指示燈sbit stop = p1.5; /機(jī)器手臂停止工作指示燈sbit motor hand+ = p0.0; /手抓電機(jī)sbit motor hand- = p0.1;sbit motor spin+ = p0.2; /底盤(pán)旋轉(zhuǎn)電機(jī)sbit motor spin- = p0.3;sbit motor handen = p0.4; /手抓電機(jī)使能端sbit motor spinen = p0.5; /底盤(pán)旋轉(zhuǎn)電機(jī)使能端sbit motor arm1_1b = p2.7; /手臂縱向行走步進(jìn)電機(jī)sbit motor arm1_2b = p2.6;sbit motor arm1_3b