机械手的单片机控制设计-机电一体化

摘 要

在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。

本文主要介绍了平面关节型机械手用于给设备运送物料。机械手的大、小手臂分别在互相垂直的两个平面内摆动，结构紧凑，占地面积小。采用机械手后速度提高，减轻了劳动强度，并保证了安全生产。该设计包括各控制系统的组成及结构、伺服运动控制系统的设计及单片机控制电路等内容，最终实现机械手的优势功能。

关键词：工业机器人 机械手 伺服运动控制系统 单片机控制电路

目 录

摘 要 1

Abstract………………………………………………………………………………………….2

1 绪论 5

2机械手的产生与发展 6

2.1机械手的历史 6

2.2 应用简况 7

2.3 发展趋势 7

2.4机械手的分类 8

2.5机械手的组成和动力源的比较 9

2.5.1机械手的组成 9

2.5.2执行机构 9

2.5.3驱动机构 10

2.5.4控制系统 11

2.6应用机械手的意义 11

2.6.1以提高生产过程中的自动化程度 11

2.6.2以改善劳动条件，避免人身事故 11

2.6.3可以减轻人力，并便于有节奏的生产 12

3机械手的设计 12

3.1机械手的选定 12

3.2动作分析 14

3.2.1手部 14

3.2.2手臂的前后伸缩部分 15

3.2.3手臂的上下升降部分 15

3.2.4腰转部分 15

3.3传动部件选定 15

3.4选择臂部回转远动驱动力矩几电动机的选择 15

3.4.1臂部驱动力矩的计算 16

3.4.2升/下降电动机 16

3.4.3部件设计—立柱的设计 16

3.4.4丝杠的计算 18

4伺服运动控制系统电路设计 19

4.1系统总体方案 19

4.2各模块工作原理 19

4.2.1运动控制芯片 19

4.2.2单片机 20

4.2.3功率放大芯片 20

4.2.4增量式光电编码器 20

4.2.5直流伺服电机 20

4.2.6通信模块 20

4.3运动模块设计 21

4.4驱动模块设计 21

4.5位置检测模块设计 22

4.6直流电机调速 23

4.6.1直流电机工作原理 23

4.6.2  PWM调速 24

4.7通信模块设计 25

4.7.1显示电路设计 26

4.7.2键盘电路设计 26

4.8复位电路设计 27

4.9晶体震荡电路设计 27

5伺服运动控制系统的软件设计 28

5.1软件功能概述 28

5.2主程序设计 28

5.2.1主程序流程 28

5.2.2初始化程序 30

5.2.3任务处理循环 31

5.3控制系统的程序 31

6总结 34

参考文献 35

致谢 36