基于单片机的机械手运动控制新版系统标准设计.doc

毕业论文（设计）材料

题 目： 基于单片机机械手运动控制系统设计

学生姓名： 刘韬
学生学号： 080809
系 别： 电气信息工程系
专 业： 自动化
届 别：
指导老师： 苗磊

填 写 说 明

1、本材料包含淮南师范学院本科毕业论文（设计）任务书、开题汇报和毕业论文（设计）评审表三部分内容。
2、本材料填写次序依次为：
（1）指导老师下达毕业论文（设计）任务书；
（2）学生依据毕业论文（设计）任务书要求，在文件查阅基础上撰写开题汇报，送交指导老师审阅并签字认可；
（3）毕业论文（设计）工作后期，学生填写毕业论文（设计）关键内容，连同毕业论文（设计）全文一并送交指导老师审阅，指导老师依据学生实际完成论文（设计）质量进行评价；
（4）指导老师将此表连同学生毕业论文（设计）全文一并送交评阅老师评阅。
3、指导老师、评阅老师对学生毕业论文（设计）成绩评定均采取百分制。
4、毕业论文（设计）答辩统计不包含在此表中。

一、毕业论文（设计）任务书
要求完成关键任务及达成目标
本课题要求设计一个基于单片机机械手运动控制系统，其要完成关键任务为：
1. 了解现在机械手发展现实状况；
2. 选择步进电机，设计基于单片机机械手控制系统，能够实现二维搬运物体功效。
3. 设计控制硬件电路图，编写控制程序。

要达成目标：
了解步进电机控制原理，掌握基于单片机对步进电机控制电路，掌握机械手位置检测方法。
工作进度要求
(1) /12/1-/12/30
查阅相关资料，完成任务书和开题汇报撰写；
(2) /1/1-/4/30
查阅、搜集资料，开展理论和试验研究，撰写毕业论文；
(3) /5/1-/5/30
修改、完善毕业论文，并将定稿后论文根据统一格式打印。

指导老师署名： 12月28日
二、毕业论文（设计）开题汇报
课题研究目标

机械手技术包含到电子、机械学、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。伴随工业自动化发展需要，机械手在工
业应用中越来越关键。文章关键叙述了机械手设计过程 ，文章中介绍了机械手
设计理论和方法。
本设计以AT89C51 单片机为关键，采取LMD18200 电机控制芯片达成控制直流
电机启停、速度和方向，完成了筛选机械手基础要求和发挥部分要求。在筛
选机械手设计中，采取了PWM 技术对电机进行控制，经过对占空比计算达成精
确调速目标
课题研究计划
.01.01～.01.31、搜集资料；在指导老师指导下完成开题汇报。复习单片机课程及其编程知识，并查阅搜集机械手相关资料。
.02.1～.02.15、总体方案设计，选择器件，绘制出电气连接图。
.02.16～.03.31、编写调试程序，征求指导老师意见，对方案存在不足，进行修改。
.03.01～.04.30、撰写毕业论文，交给指导老师做深入修改。
.05.01～.05.14、准备毕业答辩。

本课题研究现实状况（需附适量参考文件）
研究现实状况：
机械化、自动化已成在现代工业中突出专题。化工等连续性生产过程自
动化已基础得四处理。但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续，机器人
出现并得到应用，为这些作业机械化奠定了良好基础。
机械手，多数是指程序可变（编）独立自动抓取、搬运工件、操作工具
装置（中国称作工业机械手或通用机械手）。
机械手是一个含有些人体上肢部分功效，工作程序固定自动化装置。机械
手含有结构简单、成本低廉、维修轻易优势，但功效较少，适应性较差。现在
中国常把含有上述特点机械手称为专用机械手，而把工业机械手称为通用机械
。
简而言之，机械手就是用机器替换人手，把工件由某个地方移向指定工作
位置，或根据工作要求以操纵工件进行加工。
机械手通常分为三类。第一类是不需要人工操作通用机械手，也即本文所
研究对象。它是一个独立、不隶属于某一主机装置，能够依据任务需要
编制程序，以完成各项要求操作。它是除含有一般机械物理性能之外，还含有
通用机械、记忆智能三元机械。第二类是需要人工操作，称为操作机
（Manipulator）。工业中采取铸造操作机也属于这一范围。第三类是专业机械
手，关键隶属于自动机床或自动生产线上，用以处理机床上下料和工件传送。这
种机械手在国外通常被称之为“Mechanical Hand”，它是为主机服务，由主机
驱动。除少数外，工作程序通常是固定，所以是专用。
机械手根据结构形式不一样又可分为多个类型，其中关节型机械手以其结构
紧凑，所占空间体积小，相对工作空间最大，甚至能绕过基座周围部分障碍物
等这么部分特点，成为机械手中使用最多一个结构形式。
要机械手像人一样拿取东西，最简单基础条件是要有一套类似于指、腕、
臂、关节等部分组成抓取和移动机构——实施机构；像肌肉那样使手臂驱动－传动系统；像大脑那样指挥手动作控制系统。这些系统性能就决定了运动
机械手性能。通常而言，机械手通常就是由实施机构、驱动－传动系统和控制。
对于现代智能机械手而言，还含有智能系统，关键是感觉装置、视觉装置和
语言识别装置等。现在研究关键集中在给予机械手“眼睛”，使它能识别物体和躲
避障碍物，和机械手触觉装置。机器人这些组成部分并不是各自独立，
或说并不是简单叠加在一起，从而组成一个机械手。要实现机械手所期望
实现功效，机械手各部分之间肯定还存在着相互关联、相互影响和相互制约。
机械手机械系统关键由实施机构和驱动－传动系统组成。实施机构是机械
手赖以完成工作任务实体，通常由连杆和关节组成，由驱动－传动系统提供动
力，按控制系统要求完成工作任务。驱动－传动系统关键包含驱动机构和传动
系统。驱动机构提供机械手各关节所需要动力，传动系统则将驱动力转换为满
足机械手各关节力矩和运动所要求驱动力或力矩。有文件则把机械手分为机
械系统、驱动系统和控制系统三大部分。其中机械系统又叫操作机
(Manipulator)，相当于本文中实施机构部分。
能模拟人手和臂一些动作功效，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具自动操作装置。它可替换人繁重劳动以实现生产机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，所以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

机械手关键由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）部件，依据被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多个结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成多种转动（摆动）、移动或复合运动来实现要求动作，改变被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方法，称为机械手自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计关 键参数。自由 度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂通常专用机械手有2～3个自由度。

机械手种类，按驱动方法可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方法可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常见作机床或其它机器附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传输工件，在加工中心中更换刀具等，通常没有独立控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品主从式操作手也常称为机械手。
机械手是一个模拟人手操作自动机械。它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成一些特定操作。应用机械手能够替换人从事单调、反复或繁重体力劳动，实现生产机械化和自动化，替换人在有害环境下手工操作，改善劳动条件，确保人身安全，所以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
20世纪40年代后期，美国在原子能试验中，首先采取机械手搬运放射性材料，人在安全间操纵机械手进行多种操作和试验。50年代以后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重地方取放工件和装卸材料，也作为机床辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。
　　机械手关键由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件（或工具）部件，依据被抓持物件形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多个结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成多种转动（摆动）、移动或复合运动来实现要求动作，改变被抓持物件位置和姿势。运动机构升降、伸缩、旋转等独立运动方法，称为机械手自由度。为了抓取空间中任意位置和方位物体，需有 6个自由度 。自由度是机械手设计关键参数 。自由 度越多，机械手灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。通常专用机械手有2～3个自由度。
　　机械手种类，按驱动方法可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方法可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
　　机械手通常见作机床或其它机器附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传输工件，在加工中心中更换刀具等，通常没有独立控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品主从式操作手也常称为机械手。

参考文件：
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[21]、夏路易 石宗义.电路原理图和电路板设计教程Protel 99SE.北京：北京期望电子期望出版社，

学生署名： 　　　　　　　　 12月 28 日
指导老师意见

指导老师签字： 年 月 日

三、毕业论文（设计）评审表
毕业论文（设计）关键内容

指导老师评语

成绩
评定

指导老师签字：
年 月 日
评阅老师评语

成绩
评定

评阅老师签字：
年 月 日
系论文工作小组意见
成绩
评定

系主任签字（盖章）：
年 月 日