畢業(yè)設計-基于單片機的機械手系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2025-01-08 19:06 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 因為步進電機是靠單片子產(chǎn)生脈沖來控制轉(zhuǎn)矩的，單片機本身驅(qū)動電流較小，驅(qū)動不了電機繞組，要用驅(qū)動電路產(chǎn)生較大電流，直接驅(qū)動會燒壞單片機 。 在此只對驅(qū)動電路做簡單說明 [9]。 供電電源 單片機、機械手、各個芯片要工作，就必須為其提供電源，他們的電源電壓都是 5V。因此就需要將 220V 的交流電降壓 整流為 5V 的直流電源。其電路如圖 2— 3所示。 這就是一個簡單的整流電路， 220V的交流電經(jīng)過變壓器（ 220/9V）后輸出 9V的交流電，再經(jīng)過單相橋式整流、電容濾波，最后由 7805穩(wěn)壓輸出 5V的電壓供給整個電路板使用。此設計中用到了單片機，而單片機的抗干擾能力很差，所以電源板與單片機的電路板是分開的。電源板由按鍵開關(guān)控制輸出，由發(fā)光二極管顯示工作狀態(tài)， C C5的使用是為了提高抗干擾能力 [6]。 C1 C2 C3D1R1 47KC4 C57805220V 470uF 33uFIN OUTGND3300uF圖 2— 3 單片機的電源 第 3 章 機械手系統(tǒng)的總體設計 9 第 3章 機械手系統(tǒng) 的 總體設計 機械手的重要指標有快速性 、定位精度和平穩(wěn)性等。而運用 MCS51 單片機時 ，有價格低廉、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強和可靠性高等優(yōu)點。因此煤餅的裝箱采用了單片機控制機械手和走箱工作臺相配合的方式，機械手工作軌跡固定，而工作臺可做定向移動。為提高裝箱速度，在機械手卸完煤餅返回的同時，使工作臺完成相應的位移量。機械手從 A 點抓去工件右行至 B 點，放下工件，然后返回到 A 點抓取下個工件，依次反復。步進電機作為 機械手左右運行的執(zhí)行機構(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 總體設計方案 步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度。即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。它具有高精度的定位、位置及速度控制、具定位保持力、動作靈敏、中低速時具備高轉(zhuǎn)矩、高信賴性、小型、高功率等特征，使其具有廣泛的應用。 步進電動機是一種控制用的特種電機，作為執(zhí)行元件 ， 步進電機是機電控制中一種 關(guān)鍵 的執(zhí)行機構(gòu)，它的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定河北師范大學職技學院學士學位論文 10 的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目的。 步進電動機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)動電源（步進電動機驅(qū)動器）?？刂破鳎}沖信號發(fā)生器）可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn) 動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的 控制步進電 機的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)?？刂撇竭M電機的速度，即給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步，兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。選擇步進電機的轉(zhuǎn)速為 1500r/min[8]。 機械手主要由手部、運動機構(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。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有 6 個自由度。自由度是機械手設計的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有2～ 3 個自由度。 現(xiàn)使用為機械手模型 ， 模型裝置 主要 由底盤、主機模塊、運動機械、電氣控制及一些電纜電線等部分組成。機械手模型裝置的機械結(jié)構(gòu)采用滾珠絲桿、滑桿、氣缸等機械器件組成 。電氣方面有步進電機、交流伺服電機、驅(qū)動模塊、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 在機械手臂的前端安裝由交流伺服電機驅(qū)動可上下左右移動的電控機械抓手； ② 由兩臺步進電機驅(qū)動兩組絲杠組件分別構(gòu)成該系統(tǒng)運動方向的 X 軸和 Y 軸 ,機械手臂沿 X 軸做伸縮運動 ,沿 Y 軸做升降運動 (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)盤機構(gòu) ,由轉(zhuǎn)盤帶動機械手臂做水平方向上的旋轉(zhuǎn)動作 (其電氣部分由直流電動機、限位開關(guān)等組成 ) [10]。 第 4 章 系統(tǒng)的程序設計 11 第 4 章 系統(tǒng)的程序設計 主程序軟件設計 硬件電路完成以后，必須為單片機編寫程序才能使整個電路完成預計的功能，單片機 輸出 脈沖信號 用以驅(qū)動電機正反轉(zhuǎn)運行和高速低速的相互轉(zhuǎn)換。 因此單片機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)度各部分的運行。首先是初始化，然后再讀入外部的輸入， 接著是由定時器中斷調(diào)度三個任務，然后是運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 程序軟件設計 子程序 是中斷響應程序 , 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)計時 , 這段代碼的優(yōu)劣關(guān)系到整個系統(tǒng)的可靠性 , 后面還將詳細討論 . N Y 上電 按鍵按下 結(jié)束 等待命令 工作 是否到位 河北師范大學職技學院學士學位論文 12 為初步減小系統(tǒng)誤差 , 置定初值一定要在程序開始時就設置。 機械手先由原點下降，碰到下限位開關(guān)后，停止下降；同時接通定時 器，機械手開始夾緊工作，定時結(jié)
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