基于单片机的机械手运动控制系统设计.docx
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基于单片机的机械手运动控制系统设计
基于单片机的机械手运动控制系统设计
毕业论文(设计)材料
题目:
基于单片机的机械手运动控制系统设计
学生姓名:
刘韬
学生学号:
0808020119
系别:
电气信息工程系
专业:
自动化
届别:
2012届
指导教师:
苗磊
填写说明
1、本材料包括淮南师范学院本科毕业论文(设计)任务书、开题报告以及毕业论文(设计)评审表三部分内容。
2、本材料填写顺序依次为:
(1)指导教师下达毕业论文(设计)任务书;
(2)学生根据毕业论文(设计)任务书的要求,在文献查阅的基础上撰写开题报告,送交指导教师审阅并签字认可;
(3)毕业论文(设计)工作后期,学生填写毕业论文(设计)主要内容,连同毕业论文(设计)全文一并送交指导教师审阅,指导教师根据学生实际完成的论文(设计)质量进行评价;
(4)指导教师将此表连同学生毕业论文(设计)全文一并送交评阅教师评阅。
3、指导教师、评阅教师对学生毕业论文(设计)的成绩评定均采用百分制。
4、毕业论文(设计)答辩记录不包括在此表中。
一、毕业论文(设计)任务书
要求完成的主要任务及达到的目标
本课题要求设计一个基于单片机的机械手运动控制系统,其要完成的主要任务为:
1.了解目前机械手的发展现状;
2.选用步进电机,设计基于单片机的机械手控制系统,能够实现二维搬运物体的功能。
3.设计控制硬件电路图,编写控制程序。
要达到的目标:
了解步进电机的控制原理,掌握基于单片机对步进电机的控制电路,掌握机械手的位置检测方式。
工作进度要求
2012.01.01~2012.01.31、收集资料;在指导老师的指导下完成开题报告。
复习单片机课程及其编程知识,并查阅收集机械手的相关资料。
2012.02.1~2011.02.15、总体方案设计,选择器件,绘制出电气连接图。
2012.02.16~2012.03.31、编写调试程序,征求指导老师意见,对方案存在的不足,进行修改。
2011.03.01~2011.04.30、撰写毕业论文,交给指导老师做进一步修改。
2011.05.01~2011.05.14、准备毕业答辩。
本课题研究现状(需附适量参考文献)
研究现状:
机械化、自动化已成在现代工业中突出的主题。
化工等连续性生产过程的自
动化已基本得到解决。
但在机械工业中,加工、装配等生产是不连续的,机器人
的出现并得到应用,为这些作业的机械化奠定了良好的基础。
机械手,多数是指程序可变(编)的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具
的装置(国内称作工业机械手或通用机械手)。
机械手是一种具有人体上肢的部分功能,工作程序固定的自动化装置。
机械
手具有结构简单、成本低廉、维修容易的优势,但功能较少,适应性较差。
目前
我国常把具有上述特点的机械手称为专用机械手,而把工业机械手称为通用机械
。
简而言之,机械手就是用机器代替人手,把工件由某个地方移向指定的工作
位置,或按照工作要求以操纵工件进行加工。
机械手一般分为三类。
第一类是不需要人工操作的通用机械手,也即本文所
研究的对象。
它是一种独立的、不附属于某一主机的装置,可以根据任务的需要
编制程序,以完成各项规定操作。
它是除具备普通机械的物理性能之外,还具备
通用机械、记忆智能的三元机械。
第二类是需要人工操作的,称为操作机
(Manipulator)。
工业中采用的锻造操作机也属于这一范畴。
第三类是专业机械
手,主要附属于自动机床或自动生产线上,用以解决机床上下料和工件传送。
这
种机械手在国外通常被称之为“MechanicalHand”,它是为主机服务的,由主机
驱动。
除少数外,工作程序一般是固定的,因此是专用的。
机械手按照结构形式的不同又可分为多种类型,其中关节型机械手以其结构
紧凑,所占空间体积小,相对工作空间最大,甚至能绕过基座周围的一些障碍物
等这样一些特点,成为机械手中使用最多的一种结构形式。
要机械手像人一样拿取东西,最简单的基本条件是要有一套类似于指、腕、
臂、关节等部分组成的抓取和移动机构——执行机构;像肌肉那样使手臂驱动-传动系统;像大脑那样指挥手动作的控制系统。
这些系统的性能就决定了运动的
机械手的性能。
一般而言,机械手通常就是由执行机构、驱动-传动系统和控制。
对于现代智能机械手而言,还具有智能系统,主要是感觉装置、视觉装置和
语言识别装置等。
目前研究主要集中在赋予机械手“眼睛”,使它能识别物体和躲
避障碍物,以及机械手的触觉装置。
机器人的这些组成部分并不是各自独立的,
或者说并不是简单的叠加在一起,从而构成一个机械手的。
要实现机械手所期望
实现的功能,机械手的各部分之间必然还存在着相互关联、相互影响和相互制约。
机械手的机械系统主要由执行机构和驱动-传动系统组成。
执行机构是机械
手赖以完成工作任务的实体,通常由连杆和关节组成,由驱动-传动系统提供动
力,按控制系统的要求完成工作任务。
驱动-传动系统主要包括驱动机构和传动
系统。
驱动机构提供机械手各关节所需要的动力,传动系统则将驱动力转换为满
足机械手各关节力矩和运动所要求的驱动力或力矩。
有的文献则把机械手分为机
械系统、驱动系统和控制系统三大部分。
其中的机械系统又叫操作机
(Manipulator),相当于本文中的执行机构部分。
能模仿人手和臂的某些动作功能,用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化,能在有害环境下操作以保护人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂一般专用机械手有2~3个自由度。
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
机械手是一种模拟人手操作的自动机械。
它可按固定程序抓取、搬运物件或操持工具完成某些特定操作。
应用机械手可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动,实现生产的机械化和自动化,代替人在有害环境下的手工操作,改善劳动条件,保证人身安全,因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
20世纪40年代后期,美国在原子能实验中,首先采用机械手搬运放射性材料,人在安全间操纵机械手进行各种操作和实验。
50年代以后,机械手逐步推广到工业生产部门,用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料,也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用,完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。
机械手主要由手部和运动机构组成。
手部是用来抓持工件(或工具)的部件,根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。
运动机构,使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作,改变被抓持物件的位置和姿势。
运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式,称为机械手的自由度。
为了抓取空间中任意位置和方位的物体,需有6个自由度。
自由度是机械手设计的关键参数。
自由度越多,机械手的灵活性越大,通用性越广,其结构也越复杂。
一般专用机械手有2~3个自由度。
机械手的种类,按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手;按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种;按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。
机械手通常用作机床或其他机器的附加装置,如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件,在加工中心中更换刀具等,一般没有独立的控制装置。
有些操作装置需要由人直接操纵,如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。
参考文献:
[1]、张建民.机电一体化系统设计.北京:
北京理工大学出版社,1996:
108-110
[2]、陈光东.单片微型计算机原理与接口技术.武昌:
华中理工大学出版社,1999:
1
[3]、刘鑫.工业控制基选集的设计技术。
自动化博览,2001(6):
9-11
[4]、孙克梅.直流伺服电机的单片机控制及应用.沈阳航空工业学院学报,2003
(2):
50-52
[5]、邓星钟.机电传动控制.武昌:
华中科技大学出版社,2001:
349-351
[6]、张建民.机电一体化系统设计.北京:
北京理工大学出版社,2000:
15-26
[7]、廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆:
重庆大学出版社,2001:
102-106
[8]、JaeWookJeon.EfficientaccelerationanddecelerationtechniqueforshortdistancemovementinCNCmachinetools.ELECTRONICSLETTERS,13thApril2000:
16-17
[9]、JaeWookJeon,Yun-KiKim.FPCAbasedaccelerationanddeceleration
CircuitforindustrialrobotsandCNCmachinetools.
Mechatronics,12(2002):
63-65
[10]、周凯.精密数控机床的转角-线位移双闭环位置控制系统.中国机械工程.1998(8):
12-16
[11]、ToddJ,Schuett.Advancedcontrolsforhighspeed
milling.ProceedingofSME"HighSpeedMachining"Conference,Chicago,
1996:
14-16
[12]、刘群山,李志勇,王勇.冲床送料装置的单片机自适应控制.组合机床与自动化加工技术.1999(3):
38-40
[13]、SungkwunKim.Performanceevaluationofsoftware
Accelerationanddecelerationalgorithmsinmachiningand
contouring.IndustrialElectronics.Control,Instrumentation,and
Automation,1992.PowerELectronicsandMotionControl,Proceedingsof
The
1992InternationalConference,Nov1992,Vol.3:
9-13
[14]、刘敏,尤波,絮延河.平面关节型装配机器人控制系统的开发.黑龙江电力,2004,26(3):
190~193
[15]、LM628/629programmingguide.Nationalsemiconductorapplicationnote693,1999
[16]、孙迪生,楼喜中.位置伺服控制板的设计与应用.制造业自动化,2001,23(4):
34~37
[17]、李学海.PIC单片机实用教程—进步篇.北京:
北京航空航天大学出版社,2002(end)
[18]、何力民.MCS-51单片机应用系统设计.北京:
北京航空航天大学出版社,1990年
[19]、李朝青.单片机原理及接口技术.北京:
北京航空航天大学出版社,1999年
[20]、赵德安等.单片机原理与应用.北京:
机械工业出版社,2004
[21]、夏路易石宗义.电路原理图与电路板设计教程Protel99SE.北京:
北京希望电子希望出版社,2002年
学生签名:
2011年12月28日
指导教师意见
指导教师签字:
年月日
三、毕业论文(设计)评审表
毕业论文(设计)主要内容
指导教师评语
成绩
评定
指导教师签字:
年月日
评阅教师评语
成绩
评定
评阅教师签字:
年月日
系论文工作小组意见
成绩
评定
系主任签字(盖章):
年月日