课程名称：机械手

1、目录第一章 前言 . 41.1工业机器人的介绍 . 41.2工业机器人的构造和分类 . 41.3工业机器人得发展前景 . 5第二章 总体设计 . 52.1设计目的 . 52.3 电机分布 . 6第三章 机械手臂机械结构设计 . 73.1 底部设计 . 73.2 臂部设计 . 83.3 腕部设计 . 93.4 手部设计 . 10第四章 机械手臂电气结构设计 . 104.1 AT80C51单片机的引脚介绍 . 114.2 电机驱动控制 . 13第五章第六章 程序 . 14 总结 . 18参考文献 . 19第一章 前言1.1工业机器人的介绍机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过可编

2、程程序动作来执行各种任务并且具有编程能力的多功能机械手。机器人是模仿人或动物肢体动作的机器，能像人一样使用工具，同时机器人具有智力或具有感觉与识别能力，可随工作环境变化的需要而在编程，并且机器人在执行不同作业任务时，要求具有较好的通用性。因此机器人具有三大特征，即拟人功能、可编程和通用性。1.2工业机器人的构造和分类机器人系统是有机械系统、驱动系统、控制系统、感知系统组成。图1 机器人系统组成几个部分之间的关系其中通常将机身、臂部、手腕和末端操作器称为机器人的操作臂。机器人的分类方法有多种。按发展程度可分为第一代机器人、第二代机器人、第三代机器人和第四代机器人；按控制方式可分为操作机器人、程序

3、机器人、示教-再现机器人、数控机器人和智能机器人；其应用领域可分为产业机器人、极限作业机器人和服务型机器人等等。1.3工业机器人得发展前景随着社会的不断进步发展，越来越多的工业机器趋向于自动化和智能化。工业机器人的出现有效的满足这个要求。六自由度工业机器人是工业机器人中比较简单和基础的，对其进行研究能帮助我们更好的理解机器人和开发新型机器人。机器人技术几种包含了机械工程、电子技术、计算机技术、自动化控制理论及人工智能等多学科的最新研究成果，代表机电一体化的最高成就，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。在传统的制造领域，工业机器人经过诞生、成长、成熟期后，已成为不可缺少的核心自动化装备，并且在各

4、个行业均有所应用。第二章 总体设计2.1设计目的在本次课程设计中我们要设计的是六自由度机械手,其是典型的机电一体化设备,我们要在设计中，对其机械部分和电气部分进行设计规划及编写与其相关编程语言，对整个机器人系统有一个充分的理解，并且在此基础上能根据自身所学对其设计部分有一定的优化。这些对我们队机械和电气的结合有很大的帮助。2.2 总体结构如上图所示为机械手整体装配图，机械手是通过多个转动副之间的相互转动，来实现机械手在空间中的动作。六自由度机械手臂是一套具有6个自由度的典型串联式小型关节型机械手臂, 带有小型手抓式;主要由机械系统和控制系统两大部分组成,其机械系统的各部分采用模块化结构,每个部

5、分分别由一个伺服电动机来带动,每个电动机在根据控制要求以及程序的要求来运动从而实现运动要求。控制系统，控制系统主要是通过运动要求用C语言编程然后烧结到所带的单片机上通电进行控制。机械系统与控制系统的结合从而实现空间中的各种动作。图2 机械手臂整体图2.3 电机分布如图所示，机械手臂上总共有6个步进电机，6个步进电机的分布情况如上图所示。每个步进电机控制其相对应的转动副，通过与单片机的连接，每个步进电机的转动角受所编程序的控制而转动相对应的角度，6个步进电机的共同作用，使得机械手实现空间中的动作。通过编写程序来控制相对应的步进电机的转动角度，使得每个步进电机所转动的角度不同或相同，6个步进电机的

6、动作的叠加， 能得到不同的结果，从而实现机械手臂执行空间中的不同动作。图3 机械手臂电机分布图第三章 机械手臂机械结构设计3.1 底部设计图4 机械手臂底部如图所示，机械手臂的底部结构设计如上图所示。该部件的作用是支撑整个手臂，同时调整臂部的方向。在底部设计中，其底部为一个圆柱体结构，通过与基座上的套筒组成一个转动副，实现水平面上的转动；中间的法兰盘结构的作用是增大接触面，使得受力更有效，同时能保持重心平衡；上面部分为一个长方体结构，其作用是与手臂支架连接来组成一个转动副，实现手臂支架在竖直面上的转动，其上面的通孔用来固定手臂支架。同时，底部上需固定一个步进电机，来控制手臂支架的转动情况。3.

7、2 臂部设计图5 机械手臂臂部如图所示，机械手臂的臂部设计如上图所示。该部位的作用是调整腕部和手部的方向，用于支撑腕部和手部。下面的支架与机械手臂的底部连接，组成转动副，限制其的活动范围；中间部位，上面和下面的手臂支架相连接组成转动副，并且固定一个步进电机，通过控制步进电机，来控制该转动副的转动情况；上面部位的手臂支架与机械手臂的腕部相连接，组成转动副，限制其的活动范围。3.3 腕部设计图6 机械手臂腕部如图所示，机械手臂的臂部设计如上图所示。该部位的作用是控制手部的方向。下面部位与机械手臂臂部连接，组成转动副，来限制其活动范围，并且固定有一个步进电机，通过控制步进电机的转动角，来控制该转动副

8、的转动情况；中间部位组成了一个转动副，并且固定有一个步进电机，通过控制步进电机的转动角，来控制该转动副的转动情况，使其在水平面上转动；上面部位与机械手臂的手部相连接组成转动副，来限制手部的活动范围。3.4 手部设计图7机械手臂手部如图所示，机械手臂的臂部设计如上图所示。手部也成为末端操作器，该部位的作用是完成最后的“抓”这一步。该部位固定有一个步进电机，同时有一对齿轮啮合，通过控制步进电机的转动角，从而控制啮合齿轮的转动，通过程序编写，调整步进电机的转动角，使得啮合齿轮的转动大小不同，从而使得末端张角不同，从而实现了“手抓”的夹取和松放的动作，而且还可以根据所得的张角能夹取大小不同的物品。第四

9、章 机械手臂电气结构设计在六自由度机械手臂中我们采用的开环控制系统，因为没有反馈线路和传感检测器；主要是通过计算机编程，用AT80C51单片机根据所编制的程序来控制机械手臂的运动；控制系统主要就是由单片机和电机控制器组成，我们所用的六自由度机械手臂其电路图如下；图8 机械手臂电路板 串行接口用来连接到计算机下载程序；ISP接口，为程序下载器与1有区别；电源接口；三位开关，用来控制教学版的通断电；绿色LED电源指示灯；AT80C51单片机；“Reset”按钮；面包板；专用电机控制接口插座，用来连接到电机控制器上从而控制电机的运动；4.1 AT80C51单片机的引脚介绍80c51引脚图管脚图及各引

10、脚功能介绍Vss(20脚):接地VCC（40脚）: 主电源+5VXTAL1（19脚）:接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地；对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18脚）: 接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。若需采用外部时钟电路，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。图9 AT80C51单片机接口RST（9脚）: 单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片

11、机复位（RESET）PSEN（29脚）: 在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。ALE/PROG（30脚）:在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。PSEN端同12/

12、19页样可驱动8个LSTTL负载。我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。EA/VPP（31脚）: 当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。在对87C51EPROM编程时，此引脚用于施加编程电压VPP。输入/输出引脚：（1）P0.0P0.7 (39脚32脚)（2）P1.0P1.7 （1脚8脚）（3）P2.0P2.7 （26脚21脚）（4）P3.0P3.7 （10脚17脚）4.2 电机驱动控制舵机控制器以80C51

13、单片机为核心，该控制器中单片机可以产生8个通道的PWM信号，分别由80C51的P10Pl.7端口输出。输出的8路PWM信号通过光耦隔离传送到下一级电路中。方波信号经过光耦传输后，前沿和后沿会发生畸变，因此反相器采用40106反相器对光耦传输过来的信号进行整形，产生标准的PWM方波信号。舵机在运行过程中要从电源吸纳较大的电流，若舵机与单片机控制器共用一个电源，则舵机会对单片机产生较大的干扰。因此，舵机与单片机控制器采用两个电源供电，两者不共地，通过光耦来隔离，并且给舵机供电的电源最好采用输出功率较大的开关电源。串口用于接收上位机传送过来的控制命令，以调节每一个通道输出信号的脉冲宽度。MAX232

14、为电平转换器，将上位机的RS232电平转换成TTL电平。13/19页图10 电机驱动控制电路第五章 程序#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit P00=P00;sbit P03=P03;void delay(uchar t);void jiaodu0();void jiaodu(0_120);uchar a=0;main()14/19页TMOD=0x01;TH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;whil

15、e(1)weizhi(0);delay(1000);weizhi(0_120);void jiaodu(0) uchar i0=4;while(i1)if(a=0)P00=1;if(a=5)P00=0;i=0; void jiaodu(0_120)uchar i1=4,i2=4,i3=4,i4=4,i5=4，i6=4，i7=4，i8=4，i12=4，i13=4，i14=4；while(i1)if(a=0)P00=1;if(a=6)P00=0;i=0; delay(100); ，i10=4，i9=4i11=4while(i2)if(a=0)P00=1;if(a=7)P00=0;j=0; dela

16、y(100);while(i3)if(a=0)P00=1;if(a=8)P00=0;k=0; delay(100);while(i4)if(a=0)P00=1;if(a=9)P00=0;m=0; delay(100);while(i5)if(a=0)P00=1;if(a=10)P00=0;n=0; delay(100);while(i6)if(a=0)P00=1;if(a=11)P00=0;i=0; delay(100);while(i7)if(a=0)P00=1;if(a=12)P00=0;j=0; delay(100);while(i8)if(a=0)P00=1;if(a=13)P00=0

17、;k=0; delay(100);while(i9)16/19页if(a=0)P00=1;if(a=14)P00=0;m=0; delay(100);while(i10)if(a=0)P00=1;if(a=15)P00=0; delay(100)；while(11)if(a=0)P00=1;if(a=16)P00=0;i=0; delay(100);while(i12)if(a=0)P00=1;if(a=17)P00=0;j=0; delay(100);while(i13)if(a=0)P00=1;if(a=18)P00=0;k=0; delay(100);while(i14)if(a=0)P

18、00=1;if(a=19)P00=0;m=0; delay(100);void delay(uchar t)uchar i,j;for(i=t;i>0;i-)for(j=250;j>0;j-);17/19页void timer(0) interrupt 10.1msTH0=(65536-100)/256;TL0=(65536-100)%256;a+;if(a=200)a=0;第六章 总结在对工业机器人这门课程的学习后，学校教学计划开设该课程设计。我们经过两个星期的探索设计，我们基本完成了课程设计的要求和目的。在设计过程中，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论运用于实际，又让我们懂得在实践中遇到的问题怎样用理论知识去解决。在本次设计中，我们还需要大量的以前不太涉及的知识，于是图书馆和互联网成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关的知识，在不知不觉中我们查阅知识的能力也得到了相应的提高。通过这次课程设计我们掌握了六自由度机械手的基本物理结构和运动原理，深入了解了单片机的编程，复习和编写、调试