【正文】 .................................................................. 9 上電復(fù)位電路 …………………………… ……………………………… .….. 9 手動復(fù)位電路 ……………………………………… ……… .……… … …….. 9 混合復(fù)位電路 ………………………….………………… …………………..9 電源供電模塊 .......................................................................................................... 10 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 串口下載模塊 ...........................................................................................................11 電機(jī)驅(qū)動模塊 ...........................................................................................................11 單片機(jī)主電路模塊 .................................................................................................. 13 本章小結(jié) ................................................................................................................. 15 第 4 章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 ........................................................................................... 16 確定 I/O 點數(shù) ........................................................................................................... 16 單片機(jī)的選擇 .......................................................................................................... 16 單片機(jī) I/0 分配表 .................................................................................................. 16 本章小結(jié) ................................................................................................................. 17 第 5 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ..................................................................................... 18 流程圖 ...................................................................................................................... 18 本章小結(jié) ................................................................................................................. 22 結(jié) 論 ................................................................................................................................. 22 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 25 致 謝 ................................................................................................................................. 24 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 1 第 1章 緒 論 概述 本設(shè)計目的 是在慧魚組件的基礎(chǔ)上設(shè)計出下位機(jī)控制系統(tǒng)，起到開發(fā)、拓展慧魚機(jī)器人組件的功能。 本文主要介紹了 三自由度機(jī)械手 運動控制下位機(jī) 系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計，以及一些調(diào)試方法。 1958 年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺數(shù)控工業(yè)機(jī)器人原型。 60 年代隨著傳感技術(shù)和工業(yè)自動化的發(fā)展，這時是工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展初期，機(jī)器人開始向適用化發(fā)展，并被用于電焊和噴涂作業(yè)。日本雖起步較晚，但結(jié)合國情，面向中小企業(yè)，采取了一系列鼓勵使用機(jī)器人的措施。 80 年代工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入發(fā)展中期，汽車、電子等行業(yè)開始大量使用工業(yè)機(jī)器人，推動了機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 90 年代初期，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)與需求達(dá)到了一個技術(shù)成熟期， 1990 年世界上新裝備工業(yè)機(jī)器人 80943 臺， 1991 年裝備了 76443 臺，到 1991 年底世界上已有 53萬臺工業(yè)機(jī)器人工作在各條戰(zhàn)線上。 在教學(xué)機(jī)器人方面，我國各大高校分別研制了各種類型的教學(xué)機(jī)器人。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的四軸直角坐標(biāo)系教學(xué)機(jī)器人，如圖 。 國外工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展近幾年有如下幾個趨勢： （ 1） 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高（高速度 、高精度、高可靠性、便于操作和維修），而單機(jī)價格不斷下降，平均單機(jī)價格從 1991 年的 萬美元降至 1997 年的 萬美元。例如關(guān)節(jié)模塊中的伺服電機(jī)、減速機(jī)、檢測系統(tǒng)三位一體化；關(guān)節(jié)模塊、連桿模塊用重組方式構(gòu)造機(jī)器人整機(jī)；國外已有圖 上海交通大學(xué)的六自由度教學(xué)機(jī)器人 黑龍江工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 3 模塊化裝配機(jī)器人產(chǎn)品問市。 （ 4） 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要 ，除采用傳統(tǒng)的位置、速度、加速度等傳感器外，裝配、焊接機(jī)器人還應(yīng)用了視覺、力覺等傳感器，而遙控機(jī)器人則采用視覺、聲覺、力覺、觸覺等多傳感器的融合技術(shù)來進(jìn)行環(huán)境建模及決策控制；多傳感器融合配置技術(shù)在產(chǎn)品化系統(tǒng)中已有成熟應(yīng)用。 （ 6） 當(dāng)代遙控機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展特點不是追求全自治系統(tǒng)，而是致力于操作者與機(jī)器人的人機(jī)交互控制，即遙控加局部自主系統(tǒng)構(gòu)成完整的監(jiān)控遙控操作系統(tǒng)，使智能機(jī)器人走 出實驗室進(jìn)入實用化階段。 （ 7） 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。例如德國研制了新型的教學(xué)機(jī)器人實驗平臺，如圖 所示。機(jī)械臂有底部回轉(zhuǎn)、大臂俯仰、小臂俯仰三個位置 自由度和小臂回轉(zhuǎn)、手腕回轉(zhuǎn)兩個姿態(tài)自由度，手腕上裝有電機(jī)，以控制手爪的開合。 基本內(nèi)容和擬解決的問題 基本內(nèi)容 1．基本方案的選擇和確定； 2．設(shè)計電氣控制原理圖； 3．硬件電路設(shè)計； 4. 控制程序的編寫。 要進(jìn)行 三自由度機(jī)械手運動控制下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計，首先必須對控制對象進(jìn)行調(diào)查，搞清楚控制對象的工作特點、工藝過程，明確控制要求以及各階段的特點和各階段 的轉(zhuǎn)換關(guān)系。三自由度機(jī)械手運動控制下位機(jī)系統(tǒng)由底座、水平旋轉(zhuǎn)裝置、豎直旋轉(zhuǎn)裝置、水平移動裝置、單片機(jī)控制裝置、紅外識別裝置、電磁抓取裝置等部分組成。通過 傳感器信號采集，單片機(jī)編程，實現(xiàn) 對單片機(jī)各個 I/O 接口的開關(guān)控制、邏輯控制等功能，達(dá)到最終對電機(jī)的控制。控制器采用單片機(jī)控制，它接受光電傳感器、位置傳感器等信號。完成識別、抓取、移動等任務(wù)。 （ 2） 晶振部分： 單片 機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全程叫晶體振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機(jī)運行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立黑龍江工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 6 在單片機(jī)晶振提供的時鐘頻率上。 （ 4） 電機(jī)驅(qū)動部分：通過單片機(jī)控制電機(jī)驅(qū)動芯片 L298，驅(qū)動直流電機(jī)實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，及 按照設(shè)計思路實現(xiàn)各個電機(jī)順序工作。 （ 6） 主控制電路：單片機(jī)單元，通過單片機(jī)將各個模塊有序連接在一起，實現(xiàn)對電機(jī)控制，達(dá)到設(shè)計要就。可以通過三種方式控制機(jī)械手在三個自由度內(nèi)進(jìn)行運動。選定一種運行狀態(tài)，是機(jī)械手能夠 識別是否能夠識別物體，抓取物體并將其移動到指定的位置，系統(tǒng)框圖如圖 所示。 黑龍江工程 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 7 功能要求 三自由度機(jī)械手運動控制下位機(jī)系統(tǒng)能實現(xiàn)功能如下： 1）機(jī)械手的旋轉(zhuǎn) 2）機(jī)械手的水平運動 3）機(jī)械手的豎直運動 控制要求 1）系統(tǒng)上電，確定運行狀態(tài)（手動、定點、定位） 2）執(zhí)行復(fù)位操作 3）檢測是否有工件 4）機(jī)械手移動到工件處，抓取工件