【文章內(nèi)容簡介】 力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。因此煤餅的裝箱采用了單片機(jī)控制機(jī)械手和走箱工作臺(tái)相配合的方式，機(jī)械手工作軌跡固定，而工作臺(tái)可做定向移動(dòng)。為提高裝箱速度，在機(jī)械手卸完煤餅返回的同時(shí)，使工作臺(tái)完成相應(yīng)的位移量。機(jī)械手從 A 點(diǎn)抓去工件右行至 B 點(diǎn)，放下工件，然后返回到 A 點(diǎn)抓取下個(gè)工件，依次反復(fù)。步進(jìn)電機(jī)作為 機(jī)械手左右運(yùn)行的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 X4Y4X3Y0X1Y2X2Y3X1左移限位下限位上升上限位左移右移右限移位零點(diǎn)下降夾緊 放松下限位X17無 工件檢測Y0下降 Y2 上升X2上限位 圖 3— 1 總體設(shè)計(jì)方案 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、動(dòng)作靈敏、中低速時(shí)具備高轉(zhuǎn)矩、高信賴性、小型、高功率等特征，使其具有廣泛的應(yīng)用。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種控制用的特種電機(jī)，作為執(zhí)行元件 ， 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種 關(guān)鍵 的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動(dòng)電源（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器）?？刂破鳎}沖信號(hào)發(fā)生器）可以通過控制脈沖的個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的 控制步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的速度，即給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步，兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。同時(shí)通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。選擇步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1500r/min[8]。 機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸 、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個(gè)自由度。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～ 3 個(gè)自由度。 現(xiàn)使用為機(jī)械手模型 ， 模型裝置 主要 由底盤、主機(jī)模塊、運(yùn)動(dòng)機(jī)械、電氣控制及一些電纜電線等部分組成。機(jī)械手模型裝 置的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等機(jī)械器件組成 。電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)、驅(qū)動(dòng)模塊、開關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成 [9]。 根據(jù)圖 3— 1 可得 ： ① 在機(jī)械手臂的前端安裝由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)可上下左右移動(dòng)的電控機(jī)械抓手； ② 由兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩組絲杠組件分別構(gòu)成該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方向的 X 軸和 Y 軸 ,機(jī)械手臂沿 X 軸做伸縮運(yùn)動(dòng) ,沿 Y 軸做升降運(yùn)動(dòng) (含 x、 y 軸限位開關(guān) )； ③ 在 Y 軸的底部安裝可回旋 ≥=270176。的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu) ,由轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)機(jī)械手臂做水平方向上的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作 (其電氣部分由直流電動(dòng)機(jī) 、限位開關(guān)等組成 ) [10]。 第 4 章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 11 第 4 章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 主程序軟件設(shè)計(jì) 硬件電路完成以后，必須為單片機(jī)編寫程序才能使整個(gè)電路完成預(yù)計(jì)的功能，單片機(jī) 輸出 脈沖信號(hào) 用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行和高速低速的相互轉(zhuǎn)換。 因此單片機(jī)程序需要分為主程序 和 子程序 兩大 部分組成。 主程序是核心部分，安排調(diào)度各部分的運(yùn)行。首先是初始化，然后再讀入外部的輸入， 接著是由定時(shí)器中斷調(diào)度三個(gè)任務(wù)，然后是運(yùn)行邏輯功能模塊和輸出結(jié)果。主程序流程圖如圖 4— 1所示 [5]。 圖 4— 1 主程序流程圖 子 程序軟件設(shè)計(jì) 子程序 是中斷響應(yīng)程序 , 它的調(diào)用是系統(tǒng)執(zhí)行過程中采用中斷事件觸發(fā)產(chǎn)生 .中斷是周期性發(fā)生的 . 子 程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心代碼 , 這段代碼不光涉及到顯示 , 還涉及到系統(tǒng)計(jì)時(shí) , 這段代碼的優(yōu)劣關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性 , 后面還將詳細(xì)討論 . N Y 上電 按鍵按下 結(jié)束 等待命令 工作 是否到位 河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 為初步減小系統(tǒng)誤差 , 置定初值一定要在程序開始時(shí)就設(shè)置。 機(jī)械手先由原點(diǎn)下降，碰到下限位開關(guān)后，停止下降；同時(shí)接通定時(shí)器，機(jī)械手開始夾緊工作，定時(shí)結(jié)束，夾緊完成。機(jī)械手上升，上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。機(jī)械手右移，至碰到右限位開關(guān)時(shí)，右移停止。機(jī)械手下降，下降到底時(shí)，碰到下限位開關(guān)，下降停止。同時(shí)接通定時(shí)器，機(jī)械手放松工件，定時(shí)結(jié)束，工件已松開。機(jī)械手上升，上升到頂，碰到上限位開關(guān)時(shí) ，上升停止。機(jī)械手左移，左移到原點(diǎn)，碰到左限位開關(guān)時(shí)，左移停止 。 機(jī)械手 工作流程圖如圖 4— 2所示 [5]。 第 4 章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 13 圖 4— 2 機(jī)械手的工作流程圖 N Y Y Y N N N N Y N 下降 松開 左移 等待命令 上升 是否到底 是否到位 是否到頂 Y Y 下降 上升 抓取 右移 是否到底 是否到頂 是否到位 N N N 河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 系統(tǒng)整體電路圖 由以 上的總體思路，可以得出機(jī)械手的總體電路圖如圖 4— 3 所示。 圖 4— 3 機(jī)械手的總體電路仿真圖 第 4 章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 15 系統(tǒng)仿真電路圖 機(jī)械手的幾個(gè)不同時(shí)間的仿真電路圖分別如圖 4— 4，圖 4— 5 所示。 [7] 圖 4— 4 機(jī)械手下降 圖 4— 5 機(jī)械手上升河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 第 5 章 總結(jié) 此次我們做的畢業(yè)設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用于機(jī)械手，通過 3 個(gè)月的努力，設(shè)計(jì)終于順利完成。這次設(shè)計(jì)給了我一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，使我了解了設(shè)計(jì)工作的基本流程的方法以及理念。 在此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我遇到了許多以前從未遇到過的問題，但是通過指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和我的努力，這些問題都得到了很好地解決。 雖然我設(shè)計(jì)的只是機(jī)械手的簡單動(dòng)作，但是需要完成機(jī)械手的行走、抓取和翻轉(zhuǎn)等各種功能，對(duì)應(yīng)分別要有行走機(jī)構(gòu)，抓取機(jī)構(gòu)，提升機(jī)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。通過