基于單片機控制的工業(yè)機械手控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-15 18:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 機的正反轉(zhuǎn)來確定末端執(zhí)行器在空間上的具體位置。由于三臺電機不是同時控制，因此不存在相互間的干擾，從而增強了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2. 具體傳動環(huán)節(jié) 基座部分裝有服電機M1，通過齒輪傳動控制大臂旋轉(zhuǎn)，基座與大臂底座用軸承連接；大臂座裝有伺服電機M2，通過齒輪、傳動控制小臂的旋轉(zhuǎn)擺動；末端執(zhí)行器部分裝有伺服電機M3，同樣通過齒輪、絲桿傳動控制末端執(zhí)行器的上下移動。3. 伺服電機 一個伺服電機內(nèi)部包括了一個小型直流馬達；一組變速齒輪組；一個反饋可調(diào)電位器；及一塊電子控制板。其中，高速轉(zhuǎn)動的直流馬達提供了原始動力，帶動變速（減速）齒輪組，使之產(chǎn)生高扭力的輸出，齒輪組的變速比愈大，伺服馬達的輸出扭力也愈大，也就是說越能承受更大的重量，但轉(zhuǎn)動的速度也愈低 一個微型伺服馬達是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，其原理可由下圖表示： 伺服電機原理圖 減速齒輪組由馬達驅(qū)動，其終端（輸出端）帶動一個線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動馬達正向或反向地轉(zhuǎn)動，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0，從而達到使伺服馬達精確定位的目的。 標準的微型伺服馬達有三條控制線，分別為：電源、地及控制。電源線與地線用于提供內(nèi)部的直流馬達及控制線路所需的能源，電壓通常介于4V—6V 之間，該電源應(yīng)盡可能與處理系統(tǒng)的電源隔離（因為伺服馬達會產(chǎn)生噪音）。甚至小伺服馬達在重負載時也會拉低放大器的電壓，所以整個系統(tǒng)的電源供應(yīng)的比例必須合理。輸入一個周期性的正向脈沖信號，這個周期性脈沖信號的高電平時間通常在1ms—2ms 之間，而低電平時間應(yīng)在5ms 到20ms 之間，并不很嚴格，下表表示出一個典型的20ms 周期性脈沖的正脈沖寬度與微型伺服馬達的輸出臂位置的關(guān)系： 此處選用的伺服馬達為TowPro 的，型號為SG303。其主要技術(shù)參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速： 秒／60 度。l 力矩：?cm。l 尺寸：36mm。l 重量：。l 12V 和24V 電源供電。 控制周期脈沖寬度為20ms。送出不同的正脈沖寬度是，就可以得到不同的控制效果?？刂普}沖寬度如下： 編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設(shè)備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。 解決的方法是增加參考點，編碼器每經(jīng)過參考點，將參考位置修正進計數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。比如，打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點，然后才工作。增量式編碼器特點：增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計數(shù)起點任意設(shè)定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辨率時，可利用 90 度相位差的 A、B 兩路信號進行倍頻或更換高分辨率編碼器。 主要確定絲桿的外徑d，及長度，選擇螺紋的類型，牙型角β，計算出螺紋中徑d2，螺紋升角φ，定出螺距P，求出螺紋導(dǎo)程S。 滾動軸承的類型、尺寸和公差等級均已制定有國家標準，在機械設(shè)計中只需根據(jù)工作條件選擇合適的軸承類型，尺寸和公差等級等，并進行軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計。按滾動軸承承受載荷的作用方向，常用軸承可分為三類，即徑向接觸軸承、向心角接觸球軸承和軸向接觸軸承。 在機械手的設(shè)計中，通常使用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承或深溝球軸承和推力球軸承的組合件。選擇軸承要根據(jù)它所支承的軸的粗度（一般軸徑的設(shè)計要先由計算的強度來確定基本尺寸，再根據(jù)GB/T282281 來選取標準尺寸，也可以根據(jù)標準件如軸承等決定）來決定的，選定軸承后，還要進行軸承的壽命計算。 第四章 軟件電路部分設(shè)計 單片機的選擇1. 單片機的概念 單片機是將計算機的基本部件微型化并集成到一塊芯片上的微型計算機。通常在芯片內(nèi)含有CPU、ROM、RAM、并行I/O 口、串行口、定時/計數(shù)器、中斷控制系統(tǒng)、系統(tǒng)時鐘及系統(tǒng)總線等。2. 單片機特點1) 優(yōu)異的性能價格比。2) 高、體積小、可靠性高。單片機把各功能部件集成在一塊芯片上，內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各芯片之間的連線，大大提高了計算機的可靠性與抗干擾能力。另外，其體積小，對于強磁場環(huán)境易于采取屏蔽措施，適合在惡劣環(huán)境下工作。3) 控制功能強。為了滿足工業(yè)控制的要求，一般單片機的指令系統(tǒng)種均有極豐富的轉(zhuǎn)移指令、I/O 口的邏輯操作及位處理功能，單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。4) 低功耗、低電壓，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品。5) 單片機的系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置叫典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。3. 單片機硬件結(jié)構(gòu)1) 89C52 系列單片機基本配置如下：a) 微處理器 該單片機中有一個8 位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。b) 數(shù)據(jù)存儲器 片內(nèi)為128 個字節(jié)，片外最多可外擴至64k 字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。c) 程序存儲器 由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至64k 字節(jié)。d) 中斷系統(tǒng) 具有5 個中斷源，2 級中斷優(yōu)先權(quán)。e) 定時器/計數(shù)器 片內(nèi)有2 個16 位的定時器/計數(shù)器， 具有四種工作方式。f) 串行口 1 個全雙工的串行口，
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