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机械手的单片机控制设计.doc
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机械手的单片机控制设计
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机电一体化本科毕业设计
1
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
机电一体化本科毕业设计
2
Abstract
In today's large-scale manufacturing enterprises to improve production efficiency,
protect the quality of products, the general emphasis on the degree of automation of
production processes, industrial robots, automated production line as an important
member of gradually recognized and adopted by enterprises. Industrial robot
technology and applications to some extent reflect the extent of a country's level of
industrial automation, at present, industrial robot is mainly responsible for the
welding, coating, handling, and stacking and other repetitive, and the labor-intensive
work, work approach generally adopted way of teaching-playback.
This paper describes the planar articulated robot to the device used for
transportation of materials. Manipulator large and small arms perpendicular to each
other respectively in the two plane swing, compact structure, small footprint. After the
mechanical hand speed, reducing labor intensity, and to ensure safety in production.
The design including the composition and structure of control system, servo motion
control system design and MCU control circuit etc., and ultimately the advantages of
robot capabilities.
Key words: Industrial Robot Robot Servo Motion Control Systems MCU
control circuit
机电一体化本科毕业设计
3
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
机电一体化本科毕业设计
4
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
机电一体化本科毕业设计
5
1 绪论
机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术,并且成为现代机械制造生
产系统中的一个重要组成部分。机械手是一种能模拟人的手臂的部分动作,按预
定的程序轨迹及其它要求,实现抓取、搬运工作或操纵工具的自动化装置。而可
编程逻辑控制器(PLC)由于其具有的高可靠性、编程方便、易于使用和修改、易
于扩展和维护、环境要求低、体积小巧、安装测试方便等性能在工业控制中有着
广泛的应用。这种新技术发展很快逐渐形成一门新兴的学科——机械手工程。机
械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。机械手是工业机器人的
一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性
能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准
确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
图 1.1 机械手结构图
注:1—机身;2—大臂电机;3—光电编码器;4—大臂;5—小臂电机
6—同步带;7—光电编码器;8—小臂;9—手腕升降电机;
10—手抓电机;11—手抓。
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、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。
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omyligaga
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