【正文】 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。而運(yùn)用 MCS51 單片機(jī)時(shí) ，有價(jià)格低廉、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。電源板由按鍵開(kāi)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]。 這就是一個(gè)簡(jiǎn)單的整流電路， 220V的交流電經(jīng)過(guò)變壓器（ 220/9V）后輸出 9V的交流電，再經(jīng)過(guò)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(gè)電路板使用。因此就需要將 220V 的交流電降壓整流為 5V 的直流電 源。 在此只對(duì)驅(qū)動(dòng)電路做簡(jiǎn)單說(shuō)明 [9]?？刂破鳎}沖信號(hào)發(fā)生器）可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制脈沖頻率來(lái)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。對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研究幾乎是與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究同步進(jìn)行的 。 第 2 章 單片機(jī)機(jī)械手系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 7 表 21 P3 口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 圖 2— 2 AT89C51 的引腳圖 河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 21 所示。對(duì)端口 P3 寫 “1”時(shí)，它們被上拉電阻拉高并可作為輸入 端口。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P2 亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 P2 口： P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 和 還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ）。對(duì)端口寫 “1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。在 Flash編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 上拉電阻。作為輸出口用時(shí)，每位能 吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL邏輯門電路，對(duì)端口 P0 寫 “1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 VPP[1]。需要注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 EA/VPP：外部 訪問(wèn)允許。 PSEN：程序存儲(chǔ)允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令或數(shù)據(jù) 時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。該位置復(fù)位后，只有一條 MOVX 和 MOVC指令才能將 ALE 激活。對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。主電源 VCC 一旦發(fā)生斷電（稱掉電或失電），降到一定低電壓值時(shí)，可通過(guò) VPP 為單片機(jī)內(nèi)部 RAM 提供電源，以保護(hù)片內(nèi) RAM 中的信息不丟失，使上電后能繼續(xù)正常運(yùn)行。 Ⅲ 、控制信號(hào)引腳 RST/ VPP、 ALE/ PROG 、 PSEN 和 EA / VPP RST/ VPP： RST 是復(fù)位信號(hào)輸入端，當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 在使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體，振蕩頻率為晶振頻率，振蕩信號(hào)送至內(nèi)部時(shí)鐘電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 AT89C51 驅(qū)動(dòng)電路 D/A轉(zhuǎn)換器 P1 P11 1 P0 步進(jìn)電機(jī) 第 2 章 單片機(jī)機(jī)械手系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 5 Ⅱ 、時(shí)鐘振蕩電路引腳 XTAL1 和 XTAL2 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 AT89C51的基本特性及引腳定義 AT89C51單片機(jī)的主要性能參數(shù)： *與 MCS51產(chǎn) 品指令和引腳完全兼容 *8K字節(jié)可重擦寫 Flash閃速存儲(chǔ)器 *1000次擦寫周期 *全靜態(tài)操作： 0Hz——24MHz *三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 *2568字節(jié)內(nèi)部 RAM *32個(gè)可編程 I/O口線 *3個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 *8個(gè)中斷源 AT89C51 的引腳功能說(shuō)明：（引腳圖如圖 2— 2 所示） Ⅰ 、主電源 VCC 和 GND VCC：電源端，工作電源和編程校驗(yàn)（ +5V）。第 1 章 緒論 3 A右移上升下降放松夾緊工件B左移 圖 1— 1 工作臺(tái)示意圖 1 35 784原點(diǎn)右位放松62夾緊Y1 ON Y1 OFFA B上升下降下降上升左移Y4Y3右移 右限位X3上限位 X2Y2Y0上限位X2Y2Y0下限位X1左限位X4X26起動(dòng)下限位X1 圖 1— 2 機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程示意圖 河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 第 2章 單片機(jī)機(jī)械手系統(tǒng)的總體 結(jié)構(gòu) 控制系統(tǒng)的 總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)可知，其 總體結(jié)構(gòu) 包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)用戶系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、供電電源、執(zhí)行 元 件和反饋元件 (接近開(kāi)關(guān) )等。于是機(jī)械手動(dòng)作的一個(gè)周期結(jié)束。機(jī)械手上升，上升到頂，碰到上限位開(kāi)關(guān)時(shí)，上升停止。機(jī)械手下降，下降到底時(shí)，碰到下 限位開(kāi)關(guān)，下降停止。機(jī)械手上升，上升到頂時(shí)，碰到上限位開(kāi)關(guān)，上升停止。機(jī)械手到達(dá) B后，將工件松開(kāi)的時(shí)間也是由定時(shí)器控制的，定時(shí)結(jié)束時(shí)，表示工件已松開(kāi)。 機(jī)械手每個(gè)工作臂都有上下限位和左右限位開(kāi)關(guān)，而其夾持裝置不帶限位開(kāi)關(guān)。機(jī)械手由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用最佳升降頻的控制方法，為了保證機(jī)械手的可靠性和安全性對(duì)其控制系統(tǒng)建立相應(yīng)的故障白診斷系統(tǒng)以尋找和排除控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障。雖然至今國(guó)內(nèi)外已為自動(dòng)生產(chǎn)線研制出了各種工業(yè)機(jī)器人， 但大多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜 (以求具備多種功能 )，造價(jià)較高，而且工人也不容易掌握，難于推廣。 目前，大多數(shù)生產(chǎn)線上的搬運(yùn)， 裝箱工作仍由人工進(jìn)行。自 1969年從美國(guó)引進(jìn)兩種機(jī)械手后 大力從事機(jī)械手的研究。 聯(lián)邦德國(guó)機(jī)械制造業(yè)是從 1970年開(kāi)始應(yīng)用機(jī)械手，主要用于起重運(yùn)輸、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。 1978 年美國(guó) Unimate 公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種UnimateVicarm型工業(yè)機(jī)械手，裝有小型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，用于裝配作業(yè)，定位誤差 小于 177。該機(jī)械手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬(wàn)能自動(dòng)公司 ,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)仿照坦克炮塔，臂可以回轉(zhuǎn)、俯仰、伸縮、用液壓驅(qū)動(dòng) ；控制系統(tǒng)用磁鼓作為存儲(chǔ)裝置。 1962年，美國(guó)聯(lián)合控制公司在上述方案的基礎(chǔ)上又試制成一臺(tái)數(shù)控示教再現(xiàn)型機(jī)械手。 1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。 機(jī)械手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。 機(jī)械手是 在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。它的特點(diǎn)是可通過(guò)編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。 工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。 本科生畢業(yè)論文設(shè)計(jì) 題目 基于單片機(jī)的機(jī)械手 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 作者姓名 指導(dǎo)教師 所在學(xué)院 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專業(yè)（系） 電氣技術(shù)教育 班級(jí)（屆） 2021 屆 完成日期 2021 年 05 月 26 日 第 1 章 緒論 1 第 1章 緒論 機(jī)械手系統(tǒng)概述 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供 裝備的性能、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。在現(xiàn)代生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā) 展 起來(lái)的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。 機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng) 域，是一門跨學(xué)科綜合技術(shù)。 機(jī)械手首先是從美國(guó)開(kāi)始研制的。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長(zhǎng)臂，頂部裝有電磁塊的工件抓放機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)是示教形的。商名為 Unimate（即萬(wàn)能自動(dòng)）。不少球坐標(biāo)通用機(jī)械手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 河北師范大學(xué)職技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 1962年美國(guó)機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫 Vewrsatran機(jī)械手。雖然這兩種機(jī)械手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國(guó)外工業(yè)機(jī)械手發(fā)展的基礎(chǔ)。1 毫米。 日本是工業(yè)機(jī)械手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。 目前，隨著單片機(jī)和 PLC等控制器的發(fā)展，工業(yè)機(jī)械手在自動(dòng)控制和定位精度上有了很大提高 [10]。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需研制出一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的機(jī)械手來(lái)取代這種緊張且繁重枯燥的體力勞動(dòng)，特別是在某些粉塵 、噪聲、污染嚴(yán)重的場(chǎng)合尤為迫切。 根據(jù)某工廠生產(chǎn)過(guò)程的要求， 采用以 51單片機(jī)為核心控制裝箱機(jī)械手，代替人工裝箱。 其操作是將工件從左工作臺(tái)搬到右工作臺(tái)，示意圖如圖 1— 1所示。一旦控制夾持開(kāi)始，定時(shí)器開(kāi)始記時(shí)，定時(shí)結(jié)束，夾持動(dòng)作隨即完成。機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程如下：搬取工件時(shí)，按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，機(jī)械手先由原點(diǎn)下降，碰到下限位開(kāi)關(guān)后，停止下降；同時(shí)接通定時(shí)器，機(jī)械手開(kāi)始夾緊工件，定時(shí)結(jié)束，夾緊完成。機(jī)械手右移，至碰到右限位開(kāi)關(guān)時(shí)，右移停止。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(kāi)。機(jī)械手左移，左移到原點(diǎn)，碰到左限位開(kāi)關(guān)時(shí)，左移停止。搬運(yùn)工件的機(jī)械手動(dòng)作過(guò)程示意圖，如圖 1— 2所示 [4]。 圖 2— 1 控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 單片機(jī)用戶系統(tǒng) AT89C51的基本結(jié)構(gòu) 單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成中包含中央處理器 CPU、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口部件、還有地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線等。 GND；接地端。 XTAL2：振蕩器反相 放大器的輸出端。若采用外部振蕩電路，則 XTAL2用于輸入外部振蕩脈沖，該信號(hào)直接送至內(nèi)部時(shí)鐘電路，而 XTAL1 必須接地。第二功能 VPP 為內(nèi)部 RAM 的備用電源輸入端。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信 號(hào)。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外 部程序存儲(chǔ)器（ 地址為0000H—FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。如 EA 端為高電平， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Ⅴ 、 4 個(gè) 8 位 I/O 端口 P0、 P P P3 P0 口： P0 口是一組 8 為漏極開(kāi)路型雙向 I/0 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)器件激活內(nèi)部上拉電阻。 P1 口： P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉 電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ ILI ）。 Flash 編程和程序