自動分揀機(jī)械手的設(shè)計.doc

1、健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計（論計（論 文）文）題題 目：目： 自動分揀機(jī)械手的設(shè)計自動分揀機(jī)械手的設(shè)計 作作 者者: : 陸喜蕾陸喜蕾 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 王穩(wěn)王穩(wěn) 職稱（講師、工程師）職稱（講師、工程師）專專 業(yè)：業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化技術(shù) 時時 間：間： 二零一一年五六月二零一一年五六月 題目：自動分揀機(jī)械手的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計共 26 頁自動分揀機(jī)械手實物:1 件完成日期：2011 年 4 月 30 日答辯日期:2011 年 5 月 7 日摘要摘要機(jī)械手是一種模仿人體上肢運(yùn)動的機(jī)器，它能按照預(yù)定要求輸送工種或握持工具進(jìn)行操作的自動化技術(shù)設(shè)備，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)

2、自動化,推動工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。因而具有強(qiáng)大的生命力，受到人們的廣泛重視和歡迎。目前來講，工業(yè)機(jī)械手可以代替人工的繁重勞動，顯著減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)率和自動化水平.此外，它能在高溫、低溫、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有污染環(huán)境條件上進(jìn)行操作，更顯其優(yōu)越性，有著廣闊的發(fā)展前途。雖然市場上機(jī)械手很多，但成本較高，一些小的行業(yè)或企業(yè)無力承擔(dān)。正是基于此種考慮，本論文主要是研究設(shè)計了一種小型、廉價的自動分揀機(jī)械手。該機(jī)械手通過單片機(jī)控制使機(jī)械手具有智能化從而對件進(jìn)行智能分揀，避免重復(fù)勞動，提高工作效率，尤其是成本較低。因此,非常適合小型企業(yè)單位的應(yīng)用，具有良好的市場價值和應(yīng)

3、用前景。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：分揀；機(jī)械手；自動化；分揀；機(jī)械手；自動化；目 錄前言 .11 1 課題來源與現(xiàn)實意義課題來源與現(xiàn)實意義.21。1 機(jī)械手的概述.21。2 自動分揀機(jī)械手的設(shè)計目的與意義.21。3 主要研究內(nèi)容.31。4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢.32 2 控制方案比較控制方案比較.4 42.1 采用 PLC 控制.42.2 采用單片機(jī)控制.43 3 機(jī)械手的組成機(jī)械手的組成.6 63。1 執(zhí)行機(jī)構(gòu).63。1.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分介紹 .63。1。2 設(shè)計機(jī)械手的要求 .83.1.3 機(jī)械手驅(qū)動力的計算 .83。2 驅(qū)動機(jī)構(gòu).93.3 控制機(jī)構(gòu).94 4 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu).1111

4、4.1 STM32 單片機(jī).114。2 舵機(jī).124.3 光電傳感器.134.4 紅外測障傳感器.145 5 機(jī)械手控制電路機(jī)械手控制電路.15156 6 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計.16166。1 系統(tǒng)設(shè)計流程圖.166。2 分揀過程.176.2 程序設(shè)計.196.3 推廣及應(yīng)用前景.237 7 總結(jié)總結(jié).2424致謝致謝 .2525參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .2626前言前言目前工業(yè)自動化在工業(yè)控制中越來越普遍,這也極大地提高了的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量.而工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技、自動化生產(chǎn)設(shè)備，工業(yè)機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人的一個重要分支.20 世紀(jì) 40 年代后期，美國在原子能實驗中,首先采用機(jī)械手

5、搬運(yùn)放射性材料,人在安全室操縱機(jī)械手進(jìn)行各種操作和實驗。50 年代以后，機(jī)械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料,也作為機(jī)床的輔助裝置在自動機(jī)床自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。就機(jī)械手設(shè)計而言,它涉及到自動控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、系統(tǒng)設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、力學(xué)基礎(chǔ)、計算機(jī)技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域,是典型的跨學(xué)科綜合技術(shù).機(jī)械手的特點(diǎn)是，可通過編程來完成各種預(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。通過各項數(shù)據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力已被普遍認(rèn)可，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)

6、域有著廣闊的發(fā)展前景。本畢業(yè)設(shè)計的機(jī)械手是自動分揀作用,該項目是源于健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系與阿沃依自動化設(shè)備廠合作的校企科研項目“玉米棒自動分揀機(jī)的研究與開發(fā)” 。通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前玉米棒分揀大多依賴于人工分揀來實現(xiàn)。采用人工分揀，一方面工作效率低，勞動強(qiáng)度大；另一方面，人力成本逐年上交，對中小企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)壓力。因此，該畢業(yè)設(shè)計的自動分揀機(jī)械手，作用是代替人從事單調(diào)、重復(fù)的玉米分揀的體力勞動，實現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化。1 1 課題來源與現(xiàn)實意義課題來源與現(xiàn)實意義1 1。1 1 機(jī)械手的概述機(jī)械手的概述機(jī)械手是模仿著人手的部分動作,按給定程序、軌跡和要求實現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自

7、動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“上下料機(jī)械手” 。生產(chǎn)中應(yīng)用機(jī)械手可以提高生產(chǎn)的自動化水平和勞動生產(chǎn)率：可以減輕勞動強(qiáng)度、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)；尤其在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣體和放射性等惡劣的環(huán)境中，它代替人進(jìn)行正常的工作,意義更為重大.因此，在機(jī)械加工、沖壓、鑄、鍛、焊接、熱處理、電鍍、噴漆、裝配以及輕工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等方面得到越來越廣泛的引用.機(jī)械手的結(jié)構(gòu)形式開始比較簡單，專用性較強(qiáng)，僅為某臺機(jī)床的上下料裝置，是附屬于該機(jī)床的專用機(jī)械手。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，制成了能夠獨(dú)立的按程序控制實現(xiàn)重復(fù)操作，適用范圍比較廣的“程序控制通用機(jī)械手” ，簡稱通用機(jī)械手。

8、由于通用機(jī)械手能很快的改變工作程序，適應(yīng)性較強(qiáng)，所以它在不斷變換生產(chǎn)品種的中小批量生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用。 1.21.2 自動分揀機(jī)械手的設(shè)計目的與意義自動分揀機(jī)械手的設(shè)計目的與意義該畢業(yè)設(shè)計的自動分揀機(jī)械手屬于搬運(yùn)機(jī)械手.所謂搬運(yùn)機(jī)械手,就是將機(jī)械手安裝在移動平臺之上。這種結(jié)構(gòu)使機(jī)械手擁有很大的操作空間和高度的運(yùn)動冗余性，并同時具有移動和操作功能，這使它優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)械手，因此在危險作業(yè)、制造業(yè)、服務(wù)業(yè)等行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、強(qiáng)耦合、非線性、非完整性等問題的存在，都使得對搬運(yùn)機(jī)械手的研究具有相當(dāng)?shù)奶魬?zhàn)性。之所以選擇該畢業(yè)設(shè)計項目,源于健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系與阿沃依自動化設(shè)備

9、廠合作的校企科研項目“玉米棒自動分揀機(jī)的研究與開發(fā)（該畢業(yè)設(shè)計是校企合作項目中的方案之一） 。通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前玉米棒分揀大多依賴于人工分揀來實現(xiàn)，主要是根據(jù)玉米棒的重量大小和粗細(xì)程度來分類。對于中小類型的玉米棒生產(chǎn)企業(yè)來講，均是采用人工分揀來實現(xiàn)玉米棒的分類。這樣做，一方面工作效率低，勞動強(qiáng)度大；另一方面，人力成本逐年上升，對中小企業(yè)造成的經(jīng)濟(jì)壓力逐年上升。該設(shè)計的自動分揀機(jī)械手,作用是代替人從事單調(diào)、重復(fù)的玉米分揀的體力勞動,它的優(yōu)點(diǎn)是效率高，成本低,可開發(fā)性強(qiáng)，尤其符合中小企業(yè)的需求，具有良好的市場前景。1.31.3 主要研究內(nèi)容主要研究內(nèi)容本文通過前期的市場調(diào)研，確定了分揀機(jī)械手的

10、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成了機(jī)械手的整體設(shè)計工作,包括傳動部分、執(zhí)行部分、驅(qū)動部分等;另外，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成了自動分揀機(jī)械手樣件的加工和組建.1.41.4 機(jī)械手的發(fā)展趨勢機(jī)械手的發(fā)展趨勢現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)革命，將世界經(jīng)濟(jì)從資本經(jīng)濟(jì)帶入到知識經(jīng)濟(jì)時代。在電子世界領(lǐng)域,從 20 世紀(jì)中的無線電時代也進(jìn)入到 21 世紀(jì)以計算機(jī)技術(shù)為中心的智能化現(xiàn)代電子系統(tǒng)時代。而機(jī)械手控制系統(tǒng)則逐步發(fā)展為與計算機(jī)互聯(lián)，使機(jī)械手控制系統(tǒng)更加智能化，操作更加簡單方便。隨著自動化的發(fā)展，機(jī)械手（機(jī)器人)應(yīng)用將更加普遍，尤其隨著汽車行業(yè)和塑膠行業(yè)的發(fā)展，西歐、日本、蘇聯(lián)和中國等地域機(jī)械手開始百花爭放，可以這樣講，未來的人類社會將

11、是機(jī)械手的時代。2 2 控制方案比較控制方案比較對于機(jī)械手來講，控制是其核心，相當(dāng)于我們?nèi)说拇竽X，缺少了控制，就不能實現(xiàn)任何動作。而對于自動分揀機(jī)械手控制而言，運(yùn)行穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜是我們選擇控制方案的基本要求?；趯嶋H需要,本控制方案有兩種，分別是 PLC 控制和單片機(jī)控制。2.12.1 采用采用 PLCPLC 控制控制可編程序控制器（PLC)已在工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制中得到了廣泛的應(yīng)用。它是以微處理器為核心，綜合計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的自動控制裝置,它具有結(jié)構(gòu)簡單、易于編程、性能優(yōu)越、可靠性高、靈活通用和使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn).PLC 在機(jī)床電氣、食品工業(yè)

12、、化學(xué)工業(yè)、陶瓷工業(yè)、電力自動化設(shè)備、實驗室設(shè)備、電梯、中央空調(diào)、真空裝置、恒壓供水和化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用.所以，對于該分揀機(jī)械手首先想到的是 PLC.采用 PLC 能靈活控制機(jī)械手的操作,而且操作簡單方便；另外，PLC 控制器的穩(wěn)定性是其成為工控首選的原因.但是，它的價格昂貴.就本設(shè)計而言，主要是針對重量較輕、體積較小的物品進(jìn)行分揀,面對的客戶主要是一些中小企業(yè)。所以，設(shè)計的要求之一是將生產(chǎn)成本降到最低。PLC 控制僅作為參考控制方案.個人收集整理,勿做商業(yè)用途個人收集整理，勿做商業(yè)用途2.22.2 采用單片機(jī)控制采用單片機(jī)控制單片機(jī)（single chi

13、p)是將計算機(jī)的 CPU、RAM、ROM、定時/計數(shù)器和多種 I/O 接口（并行 I/O 口、串行口、A/D 轉(zhuǎn)換器、脈沖調(diào)制器 PWM 等）集成在一片芯片上，形成了芯片級的計算機(jī)，成為單片微型計算機(jī)。目前來講,單片機(jī)控制具有如下特點(diǎn).首先，種類多，型號全。很多單片機(jī)廠家逐年擴(kuò)大適應(yīng)各種需要,有針對性地推出一系列型號產(chǎn)品,使系統(tǒng)開發(fā)工程師有很大的選擇余地。大部分產(chǎn)品有較好的兼容性，保證了已開發(fā)產(chǎn)品能順利移植，較容易地使產(chǎn)品進(jìn)行升級換代。其次，低功耗?，F(xiàn)在新型單片機(jī)的功耗越來越小，供電電壓從 5V 降低到了 3.2V，甚至 1V,工作電流從 mA 降到 A 級.特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方

14、式,這些工作方式包括等待,暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等.這非常符合當(dāng)前我們所倡導(dǎo)的綠色環(huán)保低碳的號召。所以，對于本自動分揀機(jī)械手而言,采用單片機(jī)有體積小、質(zhì)量輕、性價比高、靈活、方便、節(jié)省硬件開銷等優(yōu)點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)智能的控制機(jī)械手。單片機(jī)雖然有一個五臟俱全的微計算機(jī)，但由于本身無自開發(fā)能力，必須借助開發(fā)工具來開發(fā)應(yīng)用軟件，以及對硬件系統(tǒng)進(jìn)行診斷。另外，單片機(jī)內(nèi)的 ROM 比較小，所以在設(shè)計中系統(tǒng)必須在外面配置 EPROM 電路和擴(kuò)展電路，所以在該項目中運(yùn)用該方案必須完成:個人收集整理，勿做商業(yè)用途文檔為個人收集整理,來源于網(wǎng)絡(luò)1)硬件電路的設(shè)計、組裝、調(diào)試；2)應(yīng)用軟件的編制、調(diào)試;3)應(yīng)用軟件的鏈

15、接調(diào)試、固化、脫機(jī)運(yùn)行。依據(jù)單片機(jī)目前的發(fā)展?fàn)顩r，采用單片機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)是：1)成本較低。由于現(xiàn)在單片機(jī)的價格相對都比較低，而且外圍電路的元器件價格也不高，所以整體設(shè)計起來,成本比較低。尤其適合我們這種針對中小企業(yè)市場的產(chǎn)品。2）可以對外部存儲容量根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展,設(shè)計可以相對比較靈活。由于該自動分揀機(jī)械手不僅針對一種產(chǎn)品,考慮到客戶分揀不同產(chǎn)品的實際需求，我們可以對機(jī)械手的控制進(jìn)行靈活的改進(jìn)和更新。3）由于現(xiàn)存有許多已經(jīng)設(shè)計很完善的子程序，在軟件系統(tǒng)設(shè)計中可以直接調(diào)用,減少較大工作量.當(dāng)然，采用單片機(jī)控制也有缺點(diǎn)，它的缺點(diǎn)是：1）系統(tǒng)硬件設(shè)計相對比較復(fù)雜,運(yùn)用該方案，該系統(tǒng)硬件設(shè)計包含擴(kuò)展電路

16、部分和系統(tǒng)配置電路部分,所以該系統(tǒng)電路設(shè)計工作量相對較大，影響系統(tǒng)開發(fā)的時間。2)系統(tǒng)的抗干擾能力相對較差，在系統(tǒng)設(shè)計中，需要對芯片、器件選擇，去耦濾波、電路板的布線，通道隔離以及屏蔽都需要考慮。3）單片機(jī)穩(wěn)定性不如 PLC。4)維護(hù)維修相對比較麻煩，維修需要的時間也相對較長。經(jīng)過以上兩種控制方案的分析比較，根據(jù)我們的實際控制需求,鑒于控制成本和智能化，綜合多方面因素考慮，本設(shè)計采用單片機(jī)控制是最優(yōu)控制方案。3 3 機(jī)械手的機(jī)械手的組成組成機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)三部分組成。下面我們將分別介紹各部分的設(shè)計。3.13.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.13.1。1 1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)各部分介紹執(zhí)行機(jī)

17、構(gòu)各部分介紹1、手部：即直接與工件接觸的部分.由于與物件接觸的形式不同，可分為夾持式和吸附式手。本設(shè)計項目中采用夾持式手部結(jié)構(gòu).夾持式手部由手指(或手爪）和傳力機(jī)構(gòu)所構(gòu)成。手指是與物件直接接觸的構(gòu)件,常用的手指運(yùn)動形式有回轉(zhuǎn)型和平移型?；剞D(zhuǎn)型手指結(jié)構(gòu)簡單，制造容易,故應(yīng)用較廣泛，本設(shè)計采用回轉(zhuǎn)型。手部多為兩指（也有多指，本設(shè)計采用兩指）;指形也有不同設(shè)計，常用的指形有平面、V 形面的和曲面的,本設(shè)計采用平面行的設(shè)計;手指有外夾式和內(nèi)撐式，本設(shè)計采用外夾式;另外,根據(jù)需要分為外抓式和內(nèi)抓式兩種，本設(shè)計采用外抓式；也可以用負(fù)壓式或真空式的空氣吸盤（主要用于吸冷的，光滑表面的零件或薄板零件）和電磁吸

18、盤.具體情況見圖 31。 圖 3-1 自動分揀機(jī)械手手部圖2、腕部： 是連接手部和臂部的部件，并可用來調(diào)節(jié)被抓物體的方位，以擴(kuò)大機(jī)械手的動作范圍,并使機(jī)械手變的更靈巧,適應(yīng)性更強(qiáng)。手腕有獨(dú)立的自由度。有回轉(zhuǎn)運(yùn)動、上下擺動、左右擺動。一般腕部設(shè)有回轉(zhuǎn)運(yùn)動再增加一個上下擺動即可滿足工作要求，有些動作較為簡單的專用機(jī)械手，為了簡化結(jié)構(gòu)，可以不設(shè)腕部，而直接用臂部運(yùn)動驅(qū)動手部搬運(yùn)工件.我們設(shè)計的腕部具體見圖 32。圖 3-2 自動分揀機(jī)械手碗部圖3、臂部：手臂部件是機(jī)械手的重要握持部件。它的作用是支撐腕部和手部(包括工作或夾具） ，并帶動它們做空間運(yùn)動。臂部運(yùn)動的目的:把手部送到空間運(yùn)動范圍內(nèi)任意一點(diǎn)

19、.如果改變手部的姿態(tài)（方位）,則用腕部的自由度加以實現(xiàn).因此，一般來說臂部具有三個自由度才能滿足基本要求，即手臂的伸縮、左右旋轉(zhuǎn)、升降(或俯仰）運(yùn)動。手臂的各種運(yùn)動通常用驅(qū)動機(jī)構(gòu)和各種傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，從臂部的受力情況分析，它在工作中既受腕部、手部和工件的靜、動載荷，而且自身運(yùn)動較為多，受力復(fù)雜。因此,它的結(jié)構(gòu)、工作范圍、靈活性以及抓重大小和定位精度直接影響機(jī)械手的工作性能, 圖 33 自動分揀機(jī)械手臂部圖具體見圖 33。3 3。1 1。2 2 設(shè)計機(jī)械手的要求設(shè)計機(jī)械手的要求 1.機(jī)械手應(yīng)承載能力大，剛性好，自重輕. 機(jī)械手的剛性直接影響到機(jī)械手抓取工件時動作的平穩(wěn)性，運(yùn)動的速度和定位精度。機(jī)

20、械手一般都采用剛性也要有一定的要求，以保證能承受所需要的驅(qū)動力。 2。機(jī)械手的運(yùn)動速度要恰當(dāng),慣性要小。 機(jī)械手的運(yùn)動速度一般是根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍來決定,但不宜盲目是追求高速度。機(jī)械手由靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到正常的運(yùn)動速度啟動，以及由常速減到停止不動制動速度的變化過程為速度特性曲線。 機(jī)械手自重輕，其啟動和停止的平穩(wěn)性就好。 3。機(jī)械手動作要靈活。 機(jī)械手的結(jié)構(gòu)要緊湊小巧，才能使機(jī)械手運(yùn)動靈活、輕快。對于夾取式的機(jī)械手，就要計算機(jī)械手移動零件時的重量對回轉(zhuǎn)、升降、支承中心的偏重力矩，偏重力矩過大,會引起機(jī)械手的振動，在升降時還會發(fā)生一種沉頭現(xiàn)象，也會影響運(yùn)動的靈活性. 3.1.33.1.3 機(jī)械手驅(qū)動力

21、的計算機(jī)械手驅(qū)動力的計算 機(jī)械手臂部伸縮運(yùn)動時,需要克服摩擦力和慣性力，其驅(qū)動力可按下式計算： Pq =Fm +Fq式中: FM -摩擦阻力，包括機(jī)械手與伸縮導(dǎo)機(jī)間的摩擦阻力; Fq -機(jī)械手在起動過程中的慣性力； 其大小可按下式計算: Fq=tgvG其中， G -機(jī)械手移動部件的重量； g -重力加速度； v -起動或制動前后的速度; t -起動或制動前后所需的時間，一般可取t =0,設(shè)腕部的總重量 N= 0.3kg FM = f N =0。020。3=0.006kgf Fg = = tMu=4。9kgf Pq= 0.006+4.9 = 4。906kgf 3 3。2 2 驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動

22、機(jī)構(gòu)是工業(yè)機(jī)械手的重要組成部分。根據(jù)動力源的不同， 工業(yè)機(jī)械手的驅(qū)動機(jī)構(gòu)大致可分為液壓、氣動、電動和機(jī)械驅(qū)動等四類。本驅(qū)動機(jī)構(gòu)是電動，具體見圖3-4。圖 34 自動分揀機(jī)械手驅(qū)動裝置圖3 3。3 3 控制機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)在機(jī)械手的控制上,有點(diǎn)動控制和連續(xù)控制兩種方式.大多數(shù)用插銷板進(jìn)行點(diǎn)位控制，也有采用可編程序控制器控制、微型計算機(jī)控制，采用凸輪、磁盤磁帶、穿孔卡等記錄程序。主要控制的是坐標(biāo)位置,并注意其加速度特性,具體見圖 3-5。圖 3-5 自動分揀機(jī)械手控制圖4 4 機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)由控制部分、執(zhí)行部分、感知部分組成。采集感知信號及控制信號由光電傳感器、角度傳

23、感器和測障傳感器。采集的數(shù)據(jù)由控制器中相對應(yīng)的程序來決定機(jī)械手的下一動作的執(zhí)行。機(jī)械手整個分揀過程要求都能自動控制。在啟動過程中能根據(jù)現(xiàn)場的明暗和所抓取的貨物的顏色大小進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試。系統(tǒng)啟動前,機(jī)械手自動移動至原位.4.14.1 STM32STM32 單片機(jī)單片機(jī)使用 ARM 最新的、先進(jìn)架構(gòu)的 Cortex-M3 內(nèi)核，優(yōu)異的實時性能,杰出的功耗控制，出眾及創(chuàng)新的外設(shè)，最大程度的集成整合,易于開發(fā)。圖 41 STM32 系統(tǒng)單片機(jī)結(jié)構(gòu)主要性能參數(shù)：工作模式：0Hz72MHz；主時鐘振蕩器 8MHz；一片 AT24C02 EEPROM；一個 128x64點(diǎn)陣 LCD 顯示; USB 轉(zhuǎn) USA

24、RT 芯片； 3V 的電壓工作；80 個可編程 I/O 口線;USB 2.0 全速傳輸 。4.24.2 舵機(jī)舵機(jī)圖 42 舵機(jī)舵機(jī)主要是由外殼、電路板、無核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測器所構(gòu)成。其工作原理是由接收機(jī)發(fā)出訊號給舵機(jī),經(jīng)由電路板上的 IC 判斷轉(zhuǎn)動方向，再驅(qū)動無核心馬達(dá)開始轉(zhuǎn)動，透過減速齒輪將動力傳至擺臂，同時由位置檢測器送回訊號，判斷是否已經(jīng)到達(dá)定位。位置檢測器其實就是可變電阻,當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動時電阻值也會隨之改變,藉由檢測電阻值便可知轉(zhuǎn)動的角度.4.34.3 光電傳感器光電傳感器圖 43 光電傳感器光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多,傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣

25、，因此，光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛.光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號轉(zhuǎn)變成為電信號的器件。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器.它可用于檢測直接引起光量變化的非電量,如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等.光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用。4 4。4 4 紅外測障傳感器紅外測障傳感器圖 4-4 紅外測障傳感器紅外技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)為大家所熟知,這種技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代科技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用.紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，按照功能能夠分成五類：（1）輻射計，用

26、于輻射和光譜測量；（2)搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜索和跟蹤紅外目標(biāo),確定其空間位置并對它的運(yùn)動進(jìn)行跟蹤；(3）熱成像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個目標(biāo)紅外輻射的分布圖像；（4）紅外測距和通信系統(tǒng)；(5）混合系統(tǒng)，是指以上各類系統(tǒng)中的兩個或者多個的組合。紅外傳感器根據(jù)探測原理可分成為：光子探測器（基于光電效應(yīng)）和熱探測器（基于熱效應(yīng)).本款選用紅外測障傳感器 ，其探測原理為光子探測器。5 5 機(jī)械手控制電路機(jī)械手控制電路機(jī)械手控制電路如圖 51，其核心為 STM32 單片機(jī)。圖 51 機(jī)械手控制電路原理圖6 6 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)采用 STM32 單片機(jī)控制，程序靈活，調(diào)試方便。其系統(tǒng)的程序流程圖如 6-1 所

27、示，可以實現(xiàn)循環(huán)操作。6 6。1 1 系統(tǒng)設(shè)計流程圖系統(tǒng)設(shè)計流程圖圖 6-1 為本機(jī)械手的整個工作流程，本系統(tǒng)具有智能化,可循環(huán)分揀。圖 61 系統(tǒng)設(shè)計流程圖具體工作方式如圖 62 所示，為了體現(xiàn)機(jī)械手的智能分揀，一共制作了四種待分揀物件為其編號，表 6-1 為物件的詳細(xì)參數(shù)。表 6-1 分揀物件參數(shù)特征/編號尺寸1.75CM*23CM2.5CM*25CM3CM*3CM3CM5CM5CM*5CM形狀圓柱圓柱正方體正方體顏色白色白色黑色黑色6.26.2 分揀過程分揀過程如圖 63、圖 64、圖 65 所示物件被傳送帶運(yùn)送至機(jī)械抓處，當(dāng)物件經(jīng)過紅外測障傳感器時,傳送帶繼續(xù)運(yùn)送一段時間后停止，使物件

28、正好在機(jī)械爪的中心.當(dāng)機(jī)械手抓取物件的同時，由舵機(jī) A 的角度傳感器判斷物件的大小，由機(jī)械抓中的光電傳感器判斷物件的顏色，圖 6-3 至圖 6-5 分別是分揀物品示意圖.角度傳感器和光電傳感器的數(shù)值由單片機(jī)處理，然后根據(jù)編寫的程序由舵機(jī)B、C、D 將物件放置到如圖 6-2 規(guī)定區(qū)域，放置示意圖見圖 6-6. 6.26.2 程序設(shè)計程序設(shè)計define S_VALUE AnalogIn（3)void catch()int temp；int start = 1900;TIM3-CCR1 = start；/Delay（1000);StartTimer（)；while(1）temp = S_VALUE

29、；start += 45；TIM3-CCR1 = start;Delay(100）;if(S_VALUE temp 50)break；TIM3-CCR1 = start + 0；main(void）int hd,deg，cai1，cai2，gb，dx；HInit（)；gb=ReadEE（1） ；dx=ReadEE（2)；while（1）TIM3-CCR1 = 1900；SMotor（2，20);SMotor（3,17)；SMotor（4，83)；Delay(800）;DigitalOut(12,1)；while（AnalogIn(1） 300)；Delay（500）;DigitalOut（12

30、，0);Delay(100） ；cai1=AnalogIn(2）;catch（） ；hd=AnalogIn(2） ；deg=S_VALUE;ShowVar(0,0,AnalogIn(2);ShowVar（0，20，S_VALUE);SMotor(2，10）;Delay（200)；SMotor(3,70） ；Delay（800） ；cai2=AnalogIn(2） ；while（cai2CCR1 = 1900；Delay（500） ；catch(）;hd=AnalogIn(2） ；deg=S_VALUE;ShowVar(0,0,AnalogIn(2） ）;ShowVar(0,20，S_VALUE

31、） ；SMotor(2，10） ；Delay（200）;SMotor(3，70)；Delay(800） ；cai2=AnalogIn(2);if(hdgb）if（degdx） /bai xiaoSMotorPRO(4,60，2） ；SMotorPRO(3，45,2）;SMotorPRO(2,48,2） ；else /bai daSMotorPRO（4，25,2);SMotorPRO（3，22，2） ；SMotorPRO(2，28,2)；elseif(S_VALUEdx） /hei xiaoSMotorPRO(4，120,2）;SMotorPRO(3,42,2);SMotorPRO（2，50，2

32、） ；else /hei daSMotorPRO（4，155,2);SMotorPRO（3，25,2);SMotorPRO（2,30，2）;Delay(2100)；TIM3-CCR1 = 1900;Delay(500）;SMotor（3，45） ；Delay（100)；TIM3-CCR1 = 1900;SMotorPRO(2,20，1） ；SMotorPRO（3,17,1)；SMotorPRO（4,85,1） ；Delay（1000） ；/SMotor（4，130）;/Delay（3000)；/SMotorPRO（1,50，2） ；Time(）;while(1)；6 6。3 3 推廣及應(yīng)用前景推廣及應(yīng)用前景 本智能系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的分揀能力，可以根據(jù)物體的大小,