基于单片机的简易机械手的设计

本设计使用单片机对一个简易机械手系统进行控制。单片机输出稳定的PWM(脉冲调制波)同舵机的脉冲进行比对来控制舵机的运动。用户可以根据需要设定舵机的转动幅度,通过舵机的转动带动机械手臂的运动以及手指的张合,实现三自由度机械手达到拿取转移物体的目的。经过实验和调试信号输出稳定,PWM占空比(0.3~2.5ms的正脉冲宽度)和舵机的转角(-90°~90°)线性度较好。实现了机械手自动手动两种方式运动。 【基于单片机的简易机械手设计】 机械手是一种高度自动化设备，其设计目标是通过编程来执行预定的任务，结合了人类智能与机器的精确性。这种设备在多个领域都有广泛应用，尤其在需要高精度和适应性的场景中表现出巨大潜力。机械手由手部和运动机构两大部分构成，手部负责抓取物体，而运动机构则负责实现手部的各种运动，以改变物体的位置和姿态。根据应用场景和任务需求，机械手可以设计成具有不同自由度的结构，自由度越多，其灵活性和通用性越强。 本文介绍的设计使用了单片机AT89S52作为核心控制器，该单片机能够生成稳定的PWM脉冲来控制舵机。PWM是一种有效的信号调制方式，通过调整脉冲宽度，可以控制舵机的转动角度，实现机械手的精确运动。AT89S52单片机具有良好的计算能力和高速响应，适合作为这类系统的控制单元。 动力系统选择了电动式的舵机，以日本FUTABA S3003为例，这种舵机具有快速响应、高力矩和精确角度控制的特点。舵机的工作原理是接收控制信号并输出对应角度，特别适合需要持续调整并保持角度的控制系统。在硬件设计中，通过单片机的定时器功能产生20ms的PWM周期信号，并根据需要调整脉冲宽度，即占空比，以控制舵机的转角。 控制系统采用了中断服务的方式，通过两次不同的定时中断来实现PWM信号的生成。一次短定时中断用于产生正脉冲，一次长定时中断产生负脉冲，通过这种方式，单片机可以精确地控制舵机的转动。同时，为了防止其他信号的干扰，信号采集功能被安排在长定时中断过程中执行，确保系统稳定和高效。 在实际应用中，这个设计可以扩展到控制三个舵机，形成具有三个自由度的机械手，如图2所示，通过控制每个舵机的转动，可以实现机械手臂的全方位运动，达到抓取和转移物体的目的。同时，系统还支持手动和自动两种操作模式，提高了使用的灵活性。 总结来说，基于单片机的简易机械手设计涉及了单片机技术、舵机控制、PWM信号生成和中断服务程序等多个关键知识点。通过精心设计和调试，成功构建了一个能够稳定控制舵机转动、实现多自由度运动的机械手系统，展示了单片机在自动化领域的强大潜力和实用性。