毕业设计论文-基于单片机的机械手系统设计

毕业设计论文-基于单片机的机械手系统设计内容摘要：

力强和可靠性高等优点。 因此煤饼的装箱采用了单片机控制机械手和走箱工作台相配合的方式，机械手工作轨迹固定，而工作台可做定向移动。 为提高装箱速度，在机械手卸完煤饼返回的同时，使工作台完成相应的位移量。 机械手从 A 点抓去工件右行至 B 点，放下工件，然后返回到 A 点抓取下个工件，依次反复。 步进电机作为 机械手左右运行的执行机构。 X4Y4X3Y0X1Y2X2Y3X1左移限位下限位上升上限位左移右移右限移位零点下降夹紧 放松下限位X17无 工件检测Y0下降 Y2 上升X2上限位 图 3— 1 总体设计方案 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度。 即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、动作灵敏、中低速时具备高转矩、高信赖性、小型、高功率等特征，使其具有广泛的应用。 步进电动机是一种控制用的特种电机，作为执行元件 ， 步进电机是机电控制中一种 关键 的执行机构，它的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。 当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定河北师范大学职技学院学士学位论文 10 的角度，控制换相顺序，即通电控制脉冲必须严格按照一定顺序分别控制各相的通断。 通过控制脉冲个数即可以控制角位移量，从而达到准确定位的目的。 步进电动机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电动机驱动器）。 控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转 动的速度和加速度，从而达到调速的目的 控制步进电 机的转向，即给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，若按反序通电换相，则电机就反转。 控制步进电机的速度，即给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步，两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。 同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 选择步进电机的转速为 1500r/min[8]。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。 手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸 、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。 运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。 运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。 为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有 6 个自由度。 自由度是机械手设计的关键参数。 自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。 一般专用机械手有2～ 3 个自由度。 现使用为机械手模型 ， 模型装置 主要 由底盘、主机模块、运动机械、电气控制及一些电缆电线等部分组成。 机械手模型装 置的机械结构采用滚珠丝杆、滑杆、气缸等机械器件组成。 电气方面有步进电机、交流伺服电机、驱动模块、开关电源、电磁阀等电子器件组成 [9]。 根据图 3— 1 可得 ： ① 在机械手臂的前端安装由交流伺服电机驱动可上下左右移动的电控机械抓手； ② 由两台步进电机驱动两组丝杠组件分别构成该系统运动方向的 X 轴和 Y 轴 ,机械手臂沿 X 轴做伸缩运动 ,沿 Y 轴做升降运动 (含 x、 y 轴限位开关 )； ③ 在 Y 轴的底部安装可回旋 ≥=270176。 的转盘机构 ,由转盘带动机械手臂做水平方向上的旋转动作 (其电气部分由直流电动机 、限位开关等组成 ) [10]。 第 4 章 系统的程序设计 11 第 4 章 系统的程序设计 主程序软件设计 硬件电路完成以后，必须为单片机编写程序才能使整个电路完成预计的功能，单片机 输出 脉冲信号 用以驱动电机正反转运行和高速低速的相互转换。 因此单片机程序需要分为主程序 和 子程序 两大 部分组成。 主程序是核心部分，安排调度各部分的运行。 首先是初始化，然后再读入外部的输入， 接着是由定时器中断调度三个任务，然后是运行逻辑功能模块和输出结果。 主程序流程图如图 4— 1所示 [5]。 图 4— 1 主程序流程图 子 程序软件设计 子程序 是中断响应程序 , 它的调用是系统执行过程中采用中断事件触发产生 .中断是周期性发生的 . 子 程序是整个系统的核心代码 , 这段代码不光涉及到显示 , 还涉及到系统计时 , 这段代码的优劣关系到整个系统的可靠性 , 后面还将详细讨论 . N Y 上电 按键按下 结束 等待命令 工作 是否到位 河北师范大学职技学院学士学位论文 12 为初步减小系统误差 , 置定初值一定要在程序开始时就设置。 机械手先由原点下降，碰到下限位开关后，停止下降；同时接通定时器，机械手开始夹紧工作，定时结束，夹紧完成。 机械手上升，上升到顶时，碰到上限位开关，上升停止。 机械手右移，至碰到右限位开关时，右移停止。 机械手下降，下降到底时，碰到下限位开关，下降停止。 同时接通定时器，机械手放松工件，定时结束，工件已松开。 机械手上升，上升到顶，碰到上限位开关时 ，上升停止。 机械手左移，左移到原点，碰到左限位开关时，左移停止。 机械手 工作流程图如图 4— 2所示 [5]。 第 4 章 系统的程序设计 13 图 4— 2 机械手的工作流程图 N Y Y Y N N N N Y N 下降 松开 左移 等待命令 上升 是否到底 是否到位 是否到顶 Y Y 下降 上升 抓取 右移 是否到底 是否到顶 是否到位 N N N 河北师范大学职技学院学士学位论文 14 系统整体电路图 由以 上的总体思路，可以得出机械手的总体电路图如图 4— 3 所示。 图 4— 3 机械手的总体电路仿真图 第 4 章 系统的程序设计 15 系统仿真电路图 机械手的几个不同时间的仿真电路图分别如图 4— 4，图 4— 5 所示。 [7] 图 4— 4 机械手下降 图 4— 5 机械手上升河北师范大学职技学院学士学位论文 16 第 5 章 总结 此次我们做的毕业设计是单片机应用于机械手，通过 3 个月的努力，设计终于顺利完成。 这次设计给了我一个很好的机会，使我了解了设计工作的基本流程的方法以及理念。 在此次的毕业设计中，我遇到了许多以前从未遇到过的问题，但是通过指导教师的指导和我的努力，这些问题都得到了很好地解决。 虽然我设计的只是机械手的简单动作，但是需要完成机械手的行走、抓取和翻转等各种功能，对应分别要有行走机构，抓取机构，提升机构，翻转机构来实现。 通过。