工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論3</b></p><p>　　1.1機(jī)器手系統(tǒng)概述3</p><p>　　1.3本課題所要做的主要內(nèi)容、目的及意義5</p><p>　　1.3.1 本論文主要研究物料分揀機(jī)器手以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：5<

2、;/p><p>　　1.3.2 研究工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的及意義5</p><p>　　第2章 單片機(jī)機(jī)器手系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.1控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)7</p><p>　　2.2機(jī)器手控制系統(tǒng)8</p><p>　　2.3單片機(jī)系統(tǒng)9</p><p>　　2.3

3、.1 AT89C51的基本結(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.3.2 AT89C51的基本特性及引腳定義9</p><p>　　2.3.3 AT89C51的引腳功能說明9</p><p>　　2.4系統(tǒng)主程序程序12</p><p>　　2.4.1 硬件選擇12</p><p>　　2.4.2 系統(tǒng)主要程序構(gòu)成

4、12</p><p>　　2.5驅(qū)動(dòng)電路13</p><p>　　2.6供電電源14</p><p>　　第3章 機(jī)器手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.1總體設(shè)計(jì)方案16</p><p>　　3.2硬件電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.2.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)

5、16</p><p>　　3.2.2 機(jī)器手的組成18</p><p>　　3.2.3 機(jī)器手的結(jié)構(gòu)原理19</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1主程序軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2子程序軟件設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.3系統(tǒng)電路原

6、理圖設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.3.1電源模塊22</p><p>　　4.3.2旋轉(zhuǎn)底盤、機(jī)器手爪模塊22</p><p>　　4.3.3指示燈模塊23</p><p>　　4.3.4限位開關(guān)模塊23</p><p>　　4.3.5機(jī)器手臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊24</p><p>

7、;　　4.3.6底盤光電對(duì)射耦合器模塊25</p><p>　　4.3.7微控制器核心模塊25</p><p>　　4.3.8系統(tǒng)整體原理圖26</p><p><b>　　第5章 總結(jié)27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p>

8、<b>　　致謝29</b></p><p><b>　　附錄30</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1機(jī)器手系統(tǒng)概述</p><p>　　機(jī)械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(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

9、統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(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。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。</p><p>　　工業(yè)機(jī)器手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)器手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完

10、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。機(jī)器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。</p><p>　　機(jī)器手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)器手被廣泛的運(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)展起來的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)器手的發(fā)展，使得機(jī)器手能更好地實(shí)

11、現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)器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)器手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應(yīng)用。</p><p>　　機(jī)器手技術(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)。</p><p>　　機(jī)器手是一種能自動(dòng)化定位控制

12、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，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。</p><p>　　1.2機(jī)器手的發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　機(jī)器手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)器。它的結(jié)構(gòu)是：機(jī)體上安裝一個(gè)回轉(zhuǎn)長臂，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。</p><p>　　1962年，美國聯(lián)合控制公

13、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)器手。商名為Unimate（即萬能自動(dòng)）。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。不少球坐標(biāo)通用機(jī)器手就是在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。同年該公司和普魯曼公司合并成立萬能自動(dòng)公司,專門生產(chǎn)工業(yè)機(jī)器手。</p><p>　　1962年美國機(jī)械制造公司也實(shí)驗(yàn)成功一種叫Vewrsatran機(jī)器手。該機(jī)器手的中央立柱可以回轉(zhuǎn)、升降采用

14、液壓驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)也是示教再現(xiàn)型。雖然這兩種機(jī)器手出現(xiàn)在六十年代初，但都是國外工業(yè)機(jī)器手發(fā)展的基礎(chǔ)。</p><p>　　1978年美國Unimate公司和斯坦福大學(xué)，麻省理工學(xué)院聯(lián)合研制一種Unimate-Vicarm型工業(yè)機(jī)器手，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±1毫米。</p><p>　　聯(lián)邦德國機(jī)械制造業(yè)是從1970年開始應(yīng)用機(jī)器手，主要用于起重運(yùn)輸

15、、焊接和設(shè)備的上下料等作業(yè)。</p><p>　　日本是工業(yè)機(jī)器手發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國家。自1969年從美國引進(jìn)兩種機(jī)器手后大力從事機(jī)器手的研究。</p><p>　　目前，隨著單片機(jī)等控制器的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器手在自動(dòng)控制和定位精度上有了很大提高。機(jī)器手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)器手是機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上

16、兼有人和機(jī)器的優(yōu)點(diǎn)。尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在全國經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景，隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)控加工中心，它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，但是數(shù)控加工中心加工中常見的上下料工序，通常乃采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工，效力低；后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜，需要較多繼電器，接線復(fù)雜。容易車體震動(dòng)干擾，而存在可靠性差，故障多，維修困難等問題?？删?/p>

17、程控制器單片機(jī)控制的上下料機(jī)器手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡便，線路設(shè)計(jì)合理，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低了維修率。提高了工作效率。</p><p>　　機(jī)器手技術(shù)涉及到力學(xué)，單片機(jī)，自動(dòng)控制技術(shù)，傳感器技術(shù)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)。</p><p>　　機(jī)器手是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī)器，他又多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)

18、境中工作。</p><p>　　在工資水平較低的中國，分揀行業(yè)盡管仍屬于勞動(dòng)密集型，機(jī)器手的使用已經(jīng)越來越普及，那些電子和汽車業(yè)的奧美跨國公司很早就在它們?cè)O(shè)在中國的工廠中引進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。但現(xiàn)在的變化時(shí)那些分布在工業(yè)密集的華南，華東沿海地區(qū)也開始對(duì)機(jī)器手表現(xiàn)出越來越濃厚的興趣，因?yàn)樗麄円鎸?duì)工人流失率高，以及交帶來的挑戰(zhàn)。隨我國工業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展，自動(dòng)化程度的迅速提高，實(shí)現(xiàn)工件的裝卸，轉(zhuǎn)向，輸送或分揀流程越來越節(jié)

19、約勞動(dòng)力，可見機(jī)器手的大力發(fā)展有著很重要的意義。</p><p>　　1.3本課題所要做的主要內(nèi)容、目的及意義</p><p>　　1.3.1 本論文主要研究物料分揀機(jī)器手以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：</p><p>　?。?）物料分揀機(jī)器手執(zhí)行系統(tǒng)的分析與選擇</p><p>　　執(zhí)行系統(tǒng)是由傳動(dòng)部件與機(jī)械構(gòu)件組成，是機(jī)器手賴以實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)的實(shí)體。

20、主要包括機(jī)身、手臂、末端執(zhí)行器3部分組成，其中每一部分都可以具有若干的自由度。執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是對(duì)機(jī)器手的手部、手臂和機(jī)座進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　?。?）物料分揀機(jī)器手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　控制系統(tǒng)是機(jī)器手的指揮系統(tǒng)，它控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，讓執(zhí)行系統(tǒng)按規(guī)定的要求和時(shí)序進(jìn)行工作。本機(jī)器手采用可編程控制器（單片機(jī)）對(duì)機(jī)器手進(jìn)行控制，主要包括對(duì)單片機(jī)的型號(hào)選擇、傳感器類型進(jìn)行選擇

21、、I/O口的選擇、對(duì)控制系統(tǒng)原理圖、自動(dòng)程序梯形圖的繪制等內(nèi)容。</p><p>　　1.3.2 研究工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的及意義</p><p>　　采用以51單片機(jī)為核心控制裝箱機(jī)器手，代替人工裝箱。機(jī)器手由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用最佳升降頻的控制方法，為了保證機(jī)器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)行過程中出現(xiàn)的故障。</p>&l

22、t;p>　　機(jī)器手每個(gè)工作臂都有上下限位和左右限位開關(guān)，而其夾持裝置不帶限位開關(guān)。一旦控制夾持開始，定時(shí)器開始記時(shí)，定時(shí)結(jié)束，夾持動(dòng)作隨即完成。機(jī)器手到達(dá)B后，將工件松開的時(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。機(jī)器手的動(dòng)作過程如下：搬取工件時(shí)，按下啟動(dòng)開關(guān)，機(jī)器手先由原點(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)器手開始夾緊工件，定時(shí)結(jié)束，夾緊完成。機(jī)器手上升，上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。機(jī)器手右

23、移，至碰到右限位開關(guān)時(shí)，右移停止。機(jī)器手下降，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)器手放松工件，定時(shí)結(jié)束，工件已松開。機(jī)器手上升，上升到頂，碰到上限位開關(guān)時(shí)，上升停止。機(jī)器手左移，左移到原點(diǎn)，碰到左限位開關(guān)時(shí)，左移停止。于是機(jī)器手動(dòng)作的一個(gè)周期結(jié)束。</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，甚至于危及生命。工業(yè)機(jī)器手就這樣誕生了

24、,機(jī)器手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。其電氣方面有步進(jìn)電機(jī)、開關(guān)電源、電磁閥等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、氣動(dòng)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)器手是由單片機(jī)輸出五路來分別驅(qū)動(dòng)手臂上下直線運(yùn)動(dòng)，手臂左右直線運(yùn)動(dòng)，手腕旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，機(jī)器手整體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，手爪夾緊動(dòng)作的精確定位，微動(dòng)開關(guān)將位置信號(hào)傳給單片機(jī)；電機(jī)拖動(dòng)手爪和底盤旋轉(zhuǎn)；電磁閥控制氣閥的開關(guān)來控制機(jī)器手手爪的張合，

25、從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開發(fā)的工業(yè)機(jī)器手模型可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　工業(yè)機(jī)器手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。它的特點(diǎn)是可通過編程來完成各種預(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。機(jī)器手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力

26、，在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展, 出現(xiàn)了數(shù)控加工中心,它在減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí), 大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但數(shù)控加工中常見的上下料工序, 通常仍采用人工操作或傳統(tǒng)繼電器控制的半自動(dòng)化裝置。前者費(fèi)時(shí)費(fèi)工、效率低; 后者因設(shè)計(jì)復(fù)雜, 需較多繼電器,接線繁雜, 易受車體振動(dòng)干擾,而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題?？删幊绦蚩刂破鲉纹瑱C(jī)控制的上下料機(jī)器手控制系統(tǒng)動(dòng)作簡便、線路設(shè)計(jì)合理、具有較強(qiáng)的抗干擾能力, 保

27、證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,降低了維修率, 提高了工作效率。機(jī)器手技術(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)器手是一種能自動(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，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。在工資水平較低的中國，塑料制品行業(yè)盡管仍屬于勞</p><p>　　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)

28、行。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需研制出一種簡單、實(shí)用的機(jī)器手來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)重的場合尤為迫切。雖然至今國內(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。</p><p>　　第2章 單片機(jī)機(jī)器手系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)&l

29、t;/p><p>　　機(jī)器手一般由兩個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，即手部和肘部。手部是實(shí)現(xiàn)抓持工件（或工具）功能，按工件不同的結(jié)構(gòu)形式有夾持型、托持型和吸附型機(jī)器手。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(shì)。另外，機(jī)器手自由度也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度多，機(jī)器手結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其靈活性越大，其功能也越強(qiáng)大。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是由單片機(jī)控制的機(jī)器手模型。單片機(jī)

30、選用了AT89C51芯片，機(jī)器手具有三自由度，可以完成上下升降、左右90度旋轉(zhuǎn)、前后伸縮、夾緊松開的簡單動(dòng)作。</p><p>　　根據(jù)機(jī)器手控制系統(tǒng)可知，其總體結(jié)構(gòu)包括：單片機(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 (接近開關(guān) )等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，如圖2-1所示，工作過程如下：</p><p>　　2-1機(jī)器手工作控制圖</p><p>　　機(jī)器手主要

31、由機(jī)械系統(tǒng)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)）、控制系統(tǒng)構(gòu)成。</p><p>　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)器手完成抓去工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)所必需的機(jī)械部件，它包括手部、手臂、腕部、機(jī)身等。</p><p>　?。?）手部：又稱手爪或者抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或者夾取。</p><p>　　（2）腕部：又稱手腕，連接手部和臂部之間的部件，其作用是改變手部的工作方位。</p>

32、;<p>　?。?）手臂：是支撐腕部的部件，作用是承受工件的負(fù)荷，并且把它傳送到預(yù)定的位置。</p><p>　?。?）機(jī)身：是支撐手臂的部件，其作用是帶動(dòng)臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　A、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：未執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動(dòng)力，并驅(qū)動(dòng)其動(dòng)力的裝置。常用的機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和電機(jī)傳動(dòng)。</p><p>　　B、控制系統(tǒng)：通過對(duì)驅(qū)

33、動(dòng)系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)</p><p>　　2.2機(jī)器手控制系統(tǒng)</p><p>　　系統(tǒng)上電，機(jī)器手在原位。</p><p>　　檢測上料位有無工件，若有工件，將信號(hào)送入單片機(jī)。</p><p>　　機(jī)器手通過單片機(jī)控制的電機(jī)，實(shí)現(xiàn)抓取、搬運(yùn)和放下工件的工序</p>&

34、lt;p>　　如此往復(fù)，直到系統(tǒng)斷電。</p><p>　　系統(tǒng)中選用光電傳感器檢測工件，機(jī)器手由步進(jìn)電機(jī)控制，機(jī)器手在運(yùn)動(dòng)過程中，通過觸碰行程開關(guān)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。此系統(tǒng)兼有故障診斷的功能，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障（如電路故障）時(shí)，系統(tǒng)可將信號(hào)經(jīng)電路保護(hù)單元反饋給單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的保護(hù)措施。工作流程如下圖2-2所示：</p><p>　　2-2機(jī)器手工作流程圖</p><p>

35、;<b>　　2.3單片機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　2.3.1 AT89C51的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。</p><p>　　2.3.2 AT89C51的基本特性及引腳定義</p><p&

36、gt;　　1、AT89C51單片機(jī)的主要性能參數(shù)：</p><p>　?。?）與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容</p><p>　?。?）8K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器</p><p>　?。?）1000次擦寫周期</p><p>　?。?）全靜態(tài)操作：0Hz——24MHz</p><p>　　（5）三級(jí)加密

37、程序存儲(chǔ)器</p><p>　?。?）256×8字節(jié)內(nèi)部RAM</p><p>　?。?）32個(gè)可編程I/O口線</p><p>　?。?）3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　?。?）8個(gè)中斷源</b></p><p>　　2.3.3 AT89C51的引腳功能說明（引腳圖如

38、圖2-3所示）：</p><p>　?。?）主電源VCC和GND</p><p>　　VCC：電源端，工作電源和編程校驗(yàn)（+5V）。</p><p><b>　　GND；接地端。</b></p><p>　?。?）時(shí)鐘振蕩電路引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　XTAL1：振蕩器反相放

39、大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　在使用內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體，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)。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。</p><p>　　（3）控制信號(hào)引

40、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。第二功能VPP為內(nèi)部RAM的備用電源輸入端。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。</p><p>　　ALE/PRO

41、G：當(dāng)訪問外部程序存儲(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)。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。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對(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。該位置復(fù)位后，只有一條MOVX和

42、MOVC指令才能將ALE激活。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禁止位無效。</p><p>　　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。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。</p><p>　　EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅

43、訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。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)。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。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。</p><p>　?。?）4個(gè)8位I/O端口P0、P1、P2、P3</p><p&

44、gt;　　P0口：P0口是一組8為漏極開路型雙向I/0口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。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。在訪問外部數(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，在訪問器件激活內(nèi)部上拉電阻。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)，要求外接上拉電阻。 </p><p>

45、　　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。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作為輸入口。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。P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。</p&g

46、t;<p>　　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。對(duì)端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，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。在訪問外部程序存儲(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)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

47、（如執(zhí)行MOVX @R1指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。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)。</p><p>　　P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P3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。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。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途

48、是它的第二功能，如表2-1所示。此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。</p><p>　　表2-1 P3口的第二功能</p><p>　　圖2—3 AT89C51的引腳圖</p><p>　　2.4系統(tǒng)主程序程序</p><p>　　2.4.1 硬件選擇</p><p>　　系統(tǒng)主

49、要控制對(duì)象為機(jī)器手，其動(dòng)力系統(tǒng)為氣動(dòng)式。系統(tǒng)主要由采樣放大單元、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元和控制單元、驅(qū)動(dòng)單元和執(zhí)行單元組成。信號(hào)采集選用漫反射式光電傳感器；信號(hào)放大選用AD522芯片；模數(shù)轉(zhuǎn)換采用8位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC549芯片；控制單元選用AT89C51單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)由UCN5804B集成電路芯片驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　2.4.2 系統(tǒng)主要程序構(gòu)成</p><p>　　機(jī)器手控制系統(tǒng)軟件設(shè)

50、計(jì)主要由主程序、轉(zhuǎn)換子程序、報(bào)警子程序、定時(shí)子程序組成。</p><p>　　系統(tǒng)主程序主要實(shí)現(xiàn)自檢初始化、外部中斷及啟動(dòng)機(jī)器手搬運(yùn)的功能。用戶可以通過它監(jiān)控系統(tǒng)的工作。主程序流機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)主要由4個(gè)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片與單片機(jī)P2口依次連接，行程開關(guān)與單片機(jī)的P0口依次連接。為使程序編寫方便，將機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)形式分解，劃分為11個(gè)步驟，與驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的工作狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，列出真值表。再根據(jù)真值表編寫機(jī)器手控

51、制程序。</p><p>　　另外，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器手運(yùn)動(dòng)控制，可對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角精確控制，因此必須能夠產(chǎn)生PWM（脈沖調(diào)制）周期信號(hào)，并且能夠調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的占空比。采用的控制方式是使用定時(shí)器設(shè)置初值，定時(shí)時(shí)間為20ms，在程序運(yùn)行時(shí)通過改變定時(shí)器中斷的初值，使其輸出指定占空比的脈沖信號(hào)。此脈沖信號(hào)寬度是微秒級(jí)單位，這樣既能提高系統(tǒng)控制精度，又能保證系統(tǒng)可靠工作。</p><p>　　2.4

52、.3 其它子程序</p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換子程序是將傳感器輸出信號(hào)放大后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送入單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，將數(shù)據(jù)按照指定格式存放在對(duì)應(yīng)的位置。</p><p>　　報(bào)警子程序是將當(dāng)系統(tǒng)采集、數(shù)字濾波后的數(shù)據(jù)（比如電機(jī)溫度）超過給定值的的上、下限時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警，使程序轉(zhuǎn)而處理故障。</p><p>　　定時(shí)子程序是設(shè)定PWM（脈沖調(diào)制）周期

53、信號(hào)的寬度，從而控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角精度。</p><p><b>　　2.5驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　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)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，不但取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的性能，也取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。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。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

54、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。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是靠單片子產(chǎn)生脈沖來控制轉(zhuǎn)矩的，單片機(jī)本身驅(qū)動(dòng)電流較小，驅(qū)動(dòng)不了電機(jī)繞組，要用驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生較大電流，直接驅(qū)動(dòng)會(huì)燒壞單片機(jī)。在此只對(duì)驅(qū)動(dòng)電路做簡單說明（如圖2-4）。</p><p>　　圖2—4驅(qū)動(dòng)電路模塊<

55、;/p><p><b>　　2.6供電電源</b></p><p>　　單片機(jī)、機(jī)器手、各個(gè)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2-5所示。</p><p>　　這就是一個(gè)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

56、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。此設(shè)計(jì)中用到了單片機(jī)，而單片機(jī)的抗干擾能力很差，所以電源板與單片機(jī)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)，C4、C5的使用是為了提高抗干擾能力。</p><p>　　圖2—5單片機(jī)的電源</p><p>　　第3章 機(jī)器手系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p><b>

57、　　3.1總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　機(jī)器手的重要指標(biāo)有快速性 、定位精度和平穩(wěn)性等。而運(yùn)用AT89C51單片機(jī)時(shí) ，有價(jià)格低廉、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(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)器手和走箱工作臺(tái)相配合的方式，機(jī)器手工作軌跡固定，而工作臺(tái)可做定向移動(dòng)。為提高裝箱速度，在機(jī)器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)器手從A點(diǎn)抓去工件右行至B點(diǎn)，放下工

58、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)器手左右運(yùn)行的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 </p><p>　　圖3-1 總體設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　3.2硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.2.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)</p><p>　　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

59、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。</p><p>　　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

60、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

61、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。</p><p>　　1、步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)： </p><p>

62、　?。?）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。 </p><p>　　（2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全

63、正常。 </p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 </p><p>　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 </p><p>　?。?）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。 </p&

64、gt;<p>　　2、步進(jìn)電機(jī)的換向控制</p><p>　　一般來說，驅(qū)動(dòng)器的輸入共有3路，它們是：步進(jìn)脈沖信號(hào)CP、方向電平DIR、脫機(jī)信號(hào)FREE。它們?cè)隍?qū)動(dòng)器內(nèi)部分別通過限流電阻接入光藕的負(fù)輸入端，且電路形式完全相同，在這三路輸入信號(hào)的共同的控制下，驅(qū)動(dòng)器將輸入合適的電流來控制步進(jìn)電機(jī)完成指定的操作。另外，驅(qū)動(dòng)器一般有一個(gè)接入端OPTO，該端口為三路信號(hào)的公共正端。三路輸入信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部接

65、成共陽方式，所以O(shè)PTO端須接外部系統(tǒng)的VCC，并在需要的情況下加限流電阻R，保證驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光藕提供合適的驅(qū)動(dòng)電流。</p><p>　　A.步進(jìn)脈沖信號(hào)CP</p><p>　　步進(jìn)脈沖信號(hào)CP用于控制步進(jìn)電機(jī)的位置與速度，也就是說：驅(qū)動(dòng)器每接受一個(gè)CP脈沖就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的步距角，CP脈沖的頻率改變則會(huì)使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速改變，控制CP脈沖的個(gè)數(shù)，則可以使步進(jìn)電機(jī)精確定位。</

66、p><p><b>　　B.方向電平DIR</b></p><p>　　方向電平信號(hào)DIR用于控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，此端為高電平時(shí)，電機(jī)一個(gè)轉(zhuǎn)向，此端為低電平時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)向另外一個(gè)方向，電機(jī)轉(zhuǎn)相必須在電機(jī)停機(jī)后進(jìn)行，并且換向信號(hào)一定要在前一個(gè)方向的最后一個(gè)CP脈沖結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第一個(gè)脈沖前發(fā)出。</p><p>　　C.脫機(jī)電平信號(hào)FREE

67、</p><p>　　當(dāng)驅(qū)動(dòng)器上電后，步進(jìn)電機(jī)處于鎖定狀態(tài)（未施加CP脈沖時(shí)）或者運(yùn)行狀態(tài)（施加CP脈沖時(shí)），但當(dāng)用戶想手動(dòng)調(diào)整電機(jī)而又不想關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器電源，這時(shí)就可以用到此信號(hào)，當(dāng)此信號(hào)起作用時(shí)（低電平有效），電機(jī)處于自由無力矩狀態(tài)，當(dāng)此信號(hào)為高電平時(shí)或懸空不接時(shí)，取消脫機(jī)狀態(tài)。此信號(hào)用戶可選用，如果不需要此功能，此端不接即可。</p><p>　　3、步進(jìn)電機(jī)的位置控制</p>

68、;<p>　　步進(jìn)電機(jī)的位置控制是指要求電機(jī)從當(dāng)前位置轉(zhuǎn)過一個(gè)給定的步數(shù)。電機(jī)不丟步數(shù)這一控制的實(shí)際。就是要求精確地發(fā)出定量的步進(jìn)脈沖，例如，機(jī)器手再現(xiàn)工作時(shí)的啟動(dòng)信號(hào)后，要走到示教時(shí)給出的初始作業(yè)位置，就是用到位置控制。不過不帶加/減速控制，位置控制很容易實(shí)現(xiàn)的。將發(fā)給電機(jī)的脈沖，用計(jì)數(shù)器通道計(jì)數(shù)，到最后通過CPU停發(fā)脈沖就是了。但是這種不帶加/減速的位置控制，除非速度特別低，否則會(huì)在起停時(shí)造成器械沖擊、失步。</

69、p><p>　　3.2.2 機(jī)器手的組成</p><p>　　機(jī)器手主要由手部、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(shì)。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)器手的自

70、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)器手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。自由度越多，機(jī)器手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)器手有2～3個(gè)自由度。</p><p>　　現(xiàn)使用為機(jī)器手模型，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)器手模型裝置的機(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、

71、電磁閥等電子器件組成。</p><p>　　3.2.3 機(jī)器手的結(jié)構(gòu)原理</p><p><b>　　根據(jù)圖3-1可得：</b></p><p>　?。?）在機(jī)器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；</p><p>　　（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)器

72、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))；</p><p>　　（3）在Y軸的底部安裝可回旋≥=270°的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu),由轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)機(jī)器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)。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1主程序軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　硬件電

73、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。</p><p>　　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。</p><p>　　圖4

74、-1主程序流程圖</p><p>　　4.2子程序軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　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。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。</p><p>

75、　　機(jī)器手先由原點(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)器手開始夾緊工作，定時(shí)結(jié)束，夾緊完成。機(jī)器手上升，上升到頂時(shí)，碰到上限位開關(guān)，上升停止。機(jī)器手右移，至碰到右限位開關(guān)時(shí)，右移停止。機(jī)器手下降，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)器手放松工件，定時(shí)結(jié)束，工件已松開。機(jī)器手上升，上升到頂，碰到上限位開關(guān)時(shí)，上升停止。機(jī)器手左移，左移到原點(diǎn)，碰到左限位開關(guān)時(shí)，左移停止。機(jī)器手工作流程圖如圖4-2所示。&

76、lt;/p><p>　　4-2機(jī)器手工作流程圖</p><p>　　4.3系統(tǒng)電路原理圖設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.3.1電源模塊</b></p><p>　　圖4-3-1電源模塊</p><p>　　4.3.2旋轉(zhuǎn)底盤、機(jī)器手爪模塊</p><p>　　圖4-3-2

77、旋轉(zhuǎn)底盤、機(jī)器手爪模塊</p><p>　　4.3.3指示燈模塊</p><p>　　圖4-3-3指示燈模塊</p><p>　　4.3.4限位開關(guān)模塊</p><p>　　圖4-3-4限位開關(guān)模塊</p><p>　　4.3.5機(jī)器手臂步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊</p><p>　　圖4-3-5機(jī)器手臂

78、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊</p><p>　　4.3.6底盤光電對(duì)射耦合器模塊</p><p>　　圖4-3-6底盤光電對(duì)射耦合器模塊</p><p>　　4.3.7微控制器核心模塊</p><p>　　圖4-3-7微控制器核心模塊</p><p>　　4.3.8系統(tǒng)整體原理圖</p><p>　　圖4

79、-3-8系統(tǒng)整體原理圖</p><p><b>　　第5章 總結(jié)</b></p><p>　　此次我們做的畢業(yè)設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用于機(jī)器手，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。</p><p>　　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

80、我的努力，這些問題都得到了很好地解決。</p><p>　　雖然我設(shè)計(jì)的只是機(jī)器手的簡單動(dòng)作，但是需要完成機(jī)器手的行走、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)。通過這些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使理論知識(shí)與實(shí)際相結(jié)合，鞏固和深化了所學(xué)過的專業(yè)理論知識(shí)。</p><p>　　系統(tǒng)的功能完全符合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求, 經(jīng)過大量的測試數(shù)據(jù)顯示, 系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)完全達(dá)到了實(shí)際

81、機(jī)器手的設(shè)計(jì)要求. 同時(shí)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，即擴(kuò)充串口的功能可以得到很好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng). </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)使對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用的考察，又是對(duì)所學(xué)知識(shí)的融會(huì)貫通，做到了學(xué)以致用。通過此次設(shè)計(jì)將課本上的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中，使我了解到了理論和實(shí)踐的差異以及實(shí)際生產(chǎn)中所需要的精神和能力，為今后走向工作崗位打下了一個(gè)好的基礎(chǔ)。</p><p>　　由于本人自身經(jīng)驗(yàn)和時(shí)間

82、有限，本設(shè)計(jì)還存在不足之處，今后還需繼續(xù)努力，懇請(qǐng)各位老師和同學(xué)提出寶貴意見。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 常文平. 電氣控制與單片機(jī)原理及應(yīng)用. 西安：電子科技大學(xué)出版社，2006. P35</p><p>　　[2] 王耀南. 機(jī)器人智能控制工程. 科學(xué)出版社，2004. P85-90<

83、;/p><p>　　[3] 常曉玲. 電氣控制系統(tǒng)與可編程控制器. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. P20-59</p><p>　　[4] 陳建明. 電氣控制與單片機(jī)運(yùn)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[5] 廖常初. 單片機(jī)基礎(chǔ)及應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. P12-43.</p><p>　　[6

84、] 吳 麗. 電氣控制與單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.</p><p>　　[7] 湯以范. 電氣與可編程控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.</p><p>　　[8] 王兆義.可編程控制器教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.</p><p>　　[9] 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例.[M].北京：人民郵電出

85、版社，2004.</p><p>　　[10]周繼功.單片機(jī)在機(jī)器手中的應(yīng)用研究，河北北方學(xué)院學(xué)報(bào)，2005.8.</p><p>　　[11] Lozano,R.(Rogelio).Adaptive control systems[M] .Fresno:Witerwoof lnc.,1999.</p><p>　　[12] A water pumping cont

86、rol system with a programmable logic controller (Single Chip Microcomputer) and industrial wireless modules for industrial plants—An experimental setup. </p><p>　　[13] Katsuhiko Ogata. Modern Control Enginee

87、ring. Fourth Edition. Publishing House of Electronics Industry,2007.10.</p><p>　　[14] John G. Kassakian. Principles of Power Electronics [M]. Addis on Wesley publishing company,. 1991:473-482</p>&

88、lt;p>　　[15]Bose B K. Power Electronics and AC [J]. Prentice-Hall. 2006.(12)</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　四年的讀書生活在這個(gè)季節(jié)即將劃上一個(gè)句號(hào)，而于我的人生卻只是一個(gè)逗號(hào)，我將面對(duì)又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收

89、獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。</p><p>　　我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，從論文題目的

90、選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點(diǎn)撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。 </p><p>　　同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境.感謝我的老師、同學(xué)以及所有幫助我的人，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯謝意！最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾

91、經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　/*************************************************</p><p>　　項(xiàng)目名稱：工業(yè)機(jī)器手自動(dòng)控制系統(tǒng)</p><p>　　院 系：

92、長春大學(xué)電子信息工程學(xué)院</p><p>　　指導(dǎo)教師：于存江（副教授）</p><p><b>　　代碼作者：高 亮</b></p><p>　　編寫時(shí)間：2013-05-11</p><p><b>　　修改日期：</b></p><p><b>　　修改內(nèi)容

93、：</b></p><p><b>　　最終版本：V1.0</b></p><p>　　================================================= </p><p>　　項(xiàng)目描述：要求動(dòng)作過程如下：</p><p>　　抓起 → 向前0.5米 → </p&g

94、t;<p>　　左轉(zhuǎn)90度后向前0.5米 → </p><p>　　右轉(zhuǎn)90度后向前0.5米 →</p><p>　　右轉(zhuǎn)90度后后退0.5米 → 放下。</p><p>　　*************************************************/</p><p>　　#include <reg

95、51.h> </p><p>　　#define uint unsigned int </p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define True 1</p><p>　　#define False 0</p><p>　　uchar Li

96、mint-Up,Limint-Down,Limint-Lift,Limint-Right;</p><p>　　uchar MotorR90，MotorL90,Motor;</p><p>　　uchar Arm1,Arm2;</p><p>　　/***********************************************************

97、****</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)采用單雙八拍方式，即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。</p><p>　　const uchar table[]={0x00,0x01,0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03}; //反轉(zhuǎn)控制脈沖</p><p>　　const uchar table1[]={0x00,0x01,0x03

98、,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}; //正轉(zhuǎn)控制脈沖</p><p>　　****************************************************************/</p><p>　　/***************************************************************/<

99、;/p><p>　　sbit Limint-Up = P1.0; //機(jī)器手臂縱向電機(jī)上限位</p><p>　　sbit Limint-Down = P1.1; //機(jī)器手臂縱向電機(jī)下限位</p><p>　　sbit Limint-Lift = P1.2; //機(jī)器手臂橫向電機(jī)左限位</p><p>　　sbit

100、Limint-Right = P1.3; //機(jī)器手臂橫向電機(jī)右限位</p><p>　　sbit Run = P1.4; //機(jī)器手臂工作運(yùn)行指示燈</p><p>　　sbit Stop = P1.5; //機(jī)器手臂停止工作指示燈</p><p>　　sbit Motor Hand+ = P0.0; //手抓電機(jī)</p>

101、;<p>　　sbit Motor Hand- = P0.1;</p><p>　　sbit Motor Spin+ = P0.2; //底盤旋轉(zhuǎn)電機(jī)</p><p>　　sbit Motor Spin- = P0.3;</p><p>　　sbit Motor HandEn = P0.4; //手抓電機(jī)使能端</p>

102、<p>　　sbit Motor SpinEn = P0.5; //底盤旋轉(zhuǎn)電機(jī)使能端</p><p>　　sbit Motor Arm1_1B = P2.7; //手臂縱向行走步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　sbit Motor Arm1_2B = P2.6;</p><p>　　sbit Motor Arm1_3B = P2.5;</

103、p><p>　　sbit Motor Arm1_4B = P2.4;</p><p>　　sbit Motor Arm2_1B = P2.3; //手臂橫向行走步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　sbit Motor Arm2_2B = P2.2;</p><p>　　sbit Motor Arm2_3B = P2.1;</p>

104、<p>　　sbit Motor Arm2_4B = P2.0;</p><p>　　sbit MotorR90 = P3.0; //底盤向右旋轉(zhuǎn)90度光電耦合器</p><p>　　sbit MotorL90 = P3.1; //底盤向左旋轉(zhuǎn)90度光電耦合器</p><p>　　sbit Motor = P3.2; //底盤原

105、地光電耦合器</p><p>　　sbit button = P3.6; //啟動(dòng)按鈕</p><p>　　/**************************************************************/</p><p>　　void Run_Led(void)</p><p><b>　　

106、{</b></p><p>　　Run = False; //運(yùn)行指示燈點(diǎn)亮</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//===================================</p><p>　　void sTop_Led(void)</p><p

107、><b>　　{</b></p><p>　　Stop = False; //停止指示燈點(diǎn)亮</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//===================================</p><p>　　void Limit(void)<

108、/p><p><b>　　{</b></p><p>　　switch(P1&0x0f)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　case 0x0e: Limint-Up = Ture; //機(jī)器手臂縱向電機(jī)到上限位</p><p

109、><b>　　break;</b></p><p>　　case 0x0d: Limint-Down = Ture; //機(jī)器手臂縱向電機(jī)到下限位</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 0x0b: Limint-Lift = Ture; //機(jī)器手臂橫

110、向電機(jī)到左限位</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　case 0x07: Limint-Right = Ture; //機(jī)器手臂縱向電機(jī)到右限位</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　default;&l

111、t;/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//===================================</p><p>　　void LOW_Motor_Limit(void)</p><p

112、><b>　　{</b></p><p>　　switch(P3&0x0f)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　case 0x0e: MotorR90 = Ture; //底盤電機(jī)右轉(zhuǎn)90度處光電耦合開關(guān)</p><p><b>