单片机控制机械手模拟物料搬运装置设计与调试doc.docx

1、单片机控制机械手模拟物料搬运装置设计与调试doc单片机控制机械手模拟物料搬运装置设计与调试 摘 要 在中国工业韧带发展中，很多高生产率高精度的机械加工设备从国外 引进，大大的提高了工作速度，产品的加工精度，降低了工作的劳动强度， 所以大受欢迎。 机械手是一种模仿人体上肢运动的机器，它能按照预定要 求输送工种或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动 化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。 因而具有强大的生命力， 受到人们的广泛重视和欢迎。 工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，提 高 劳动生产率和自动化水平。 工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和 长期频繁，

2、单调的操作，如果没有机械手那么工人的劳动强度是很高的， 有时候还要用行车员工件，生产速度大大延缓，这种情况采用机械手是很 有效的。 此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、反射性和其他有毒、有 污染环境条件上进行操作。 更显其优越性，有着广阔的发展前途。 单片机技术作为计算机技术的一个重要的分支，广泛应用于工业控制、 智能化仪器，家用电器，甚至电子玩具等各个领域，它具有体积小、功能 多、价格低廉、使用方便、系统设计灵活等优点。 本论文设计以 STC89S52 单片机为中心，运用 c 语言和汇编语言的方式，控制机械手 来完成模拟智能物料搬运装置。 关键词机械手，自动化，单片机 单片机控制机械手模拟物

3、料搬运装置 设计与调试 目目 录录 摘 要 I 目 录 III 第一章 单片机与机械手的概况 .1 1.1 工业机械手的简史 1 1.2 工业机械手在生产中的应用 1 1.3 机械手的组成 2 1.4 工业机械手的发展趋势 3 1.5 单片机的简史 .3 1.6 单片机的应用领域 .4 1.7 单片机开发系统的组成 .5 1.8 单片机的发展趋势 .5 第二章 模拟智能物料搬运装置实训 .6 2.1 设计内容 .6 2.2 设计模块 .7 2.3 设计过程 .7 2.4 参考例程 .8 2.5 单片机装置安装与调试的注意事项 21 第三章 结 论 .22 参考文献 23 致 谢 24 第一章

4、单片机与机械手的概况 1.1 工业机械手的简史 用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。 机械手是模仿着人手 的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动 机械装置。 在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。 工业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代 机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成 为一门新兴的学科机械手工程。 机械手涉及到力学、机械学、电器液 压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨 学科综合技术。 机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有 多个自由度，可以搬运物体以完成在

5、不同环境中的工作。 机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术的发 展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程 序控制通用机械手”，简称通用机械手。 由于通用机械手能很快的改变工 作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得 广泛的引用。 1.2 工业机械手在生产中的应用 机械手是工业自动控制领域中经常遇到的一种控制对象。 机械手可以 完成许多工作，如搬物、装配、切割、喷染等等，应用非常广泛。 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。 各行各业的 自动化水平越来越高，现代化加工车间，常 配有机械手，以提高生产效率，完成工人难以完

6、成的或者危险的工作。 可在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。 据资料介绍， 美国生产的全部工业零件中，有 75是小批量生产；金属加工生产批量 中有四分之三在 50 件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产 时间的 5。 从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业 机械手就是为实现这些工序的自动化而产生的。 目前在我国机械手常用于 完成的工作有注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个 生产工序；机械手加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温 熔液等等。 本文以能够实现这类工作的搬运机械手为研究对象。 下面具体 说明机械手在工业方面的应用。 1.3

7、 机械手的组成 工业机械手由执行机构、驱动机构和控制机构三部分组成。 1.3.1 执行机构 手部 、腕部 、臂部、手臂等部件。 1.3.2 驱动机构 驱动机构是工业机械手的重要组成部分。 根据动力源的不同, 工业机 械手的驱动机构大致可分为液压、气动、电动和机械驱动等四类。 采用液 压机构驱动机械手,结构简单、尺寸紧凑、重量轻、控制方便。 1.3.3 控制系统分类 在机械手的控制上，有点动控制和连续控制两种方式。 大多数用插销 板进行点位控制，也有采用可编程序控制器控制、微型计算机控制，采用 凸轮、磁盘磁带、穿孔卡等记录程序。 主要控制的是坐标位置，并注意其 加速度特性。 1.4 工业机械手的

8、发展趋势 工业机器人性能不断提高高速度、高精度、高可靠性、便于操作和 维修，而单机价格不断下降，平均单机价格从 91 年的 10.3 万美元降至 97 年的 6.5 万美元。 机械结构向模块化、可重构化发展。 例如关节模块中的伺服电机、减 速机、检测系统三位一体化由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器 人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。 工业机器人控制系统向基于 PC 机的开放型控制器方向发展，便于标 准化、网络化;器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构大 大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度 等传感器外，装

9、配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机 器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建 模及决策控制多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制 如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操 作者与机器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥 控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。 美国发射到火星 上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 1.5 单片机的简史 单片机作为微型计算

10、机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。 自 单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。 单片机发展简史 如果将 8 位单片机的推出作为起点，那么单片机的发展历史大致可 分为以下几个阶段 （1）第一阶段（1976-1978）单片机的控索阶段。 （2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。 Intel 公司在 MCS 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列 MCS 51。 它在以 下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。 CPU 外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的

11、指 （3）第三阶段（1982-1990）8 位单片机的巩固发展及 16 位单 片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。 （4）第四阶段（1990）微控制器的全面发展阶段。 1.6 单片机的应用领域 目前，单片机的应用领域 主要包括 办公自动化设备；单片机在机电一体化中的应用；在实时过程控制中 的应用；单片机在日常生活及家用电器领域的应用；在各类仪器仪表中引 入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器 仪表的硬件结构，提高其性能价格比；在计算机网络和通信领域中的应用； 商业营销设备；单片机在医用设备领域中的应用；汽车电子产品；航空航 天系统和国防军事、尖端武器等领域

12、. 1.7 单片机开发系统的组成 单片机的全称为单片微型计算机 也就是说将计算机的所有功能都集成在一块芯片内的芯片都可以称之 为单片机 说白了就是一块集成 IC 内部包含中央处理器 CPU、程序存储器 ROM、数据存储器 RAM、I/O 口、定时计数器、外部中断、串行通信等内部结构 以单片机为核心，再配合其它外部电路组成的控制系统称为单片机系 统 单片机开发一般要求硬件和软件都要在行，因为单片机开发面向的都 是最底层的开发，硬件方面可以先从一些常用的电子器件开始（如二极管， 三极管，74XXXX 系列 CD4XXX 系列的逻辑芯片，以及一些运放， AD、DA 转换，各种串行接口的芯片开始着手）

13、，软件方面的话则可以 先从汇编开始，然后再转向 C 语言开发。 1.8 单片机的发展趋势 （1）制作工艺 CMOS 化全盘 CMOS 化 （2）尽量实现单片化 （3）共性与个性共存 个性化的产品如专用单片机等在满足用户需求方面得到了大家的认可， 在应用领域大有后来赶上的架势；它们由于先天的优势，在 80C51 的基 础上扬长避短，以用户需要为根本，在市场上受到欢迎。 总之，80C51 作为共性的代表会与个性化的产品相互依存，共同发展，将会给用户带来 更大的实惠与方便 第二章第二章 模拟智能物料搬运装置实训模拟智能物料搬运装置实训 2.1 设计内容 让智能物料搬运装置在启动时进行初始化动作，通过

14、 1 工位上的物料 传感器，判断该位置是否有小球，有则执行动作抓取小球，并在 3 工位放 下小球，通过各个传感器实现对装置运动轨迹的检测，实现简单的循环搬 运功能。 通过光电传感器判断一工位物料有无，通过光纤传感器判断手爪中是 否有物体，通过磁性开关判断手爪是否夹紧及是否到达底部，通过行程开 关控制手爪的运动轨迹。 通过一对电磁阀来控制电机的正反转实现手爪的左右移动，通过电气 阀控制手爪的夹紧，放松，下降的动作。 物料搬运装置内部电气图如图 1 所示 图 1 物料搬运装置内部电气图 2.2 设计模块 电源模块 主机模块 智能物料搬运装置 传感器配接模块 继电器模块 2.3 设计过程 （1）外部

15、电路连接图如图 2 所示 主 机 模 块 电源模块 传感器模块 继电器模块 智 能 物 料 搬 运 装 置 显 示 模 块 图 2 外部电路连接图 （2）实验接线 物料搬运装置 传感器配接模块 主机模块 继电器模 块 物料搬运 （端子号 4） IN0 OUT0 P3.0 （5） IN1 OUT1 P3.1 （6） IN2 OUT2 P3.2 （7） IN3 OUT3 P3.3 （8） IN4 OUT4 P3.4 （9） IN5 OUT5 P3.5 （11） IN6 OUT6 P3.6 （12） IN7 OUT7 P3.7 （10） IN0 OUT0 P2.0 NO （端子号 13） P1.0

16、K2 NO （14） P1.1 K3 NO （15） P1.2 K4 NO （16） P1.3 K5 NO （17） P1.4 K6 物料搬运装置 传感器配接模块 继电器模块 红端 24V COM 24V COM 5V COM 24V 地 黑端 0V COM- 0V 2.4 参考例程 RS EQU P1.7 RW EQU P1.6 E EQU P1.5 CS1 EQU P3.1 CS2 EQU P3.5 RES EQU P3.4 COM EQU 20H DAT EQU 30H DATA_ORA EQU P2 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INT00 ;暂

17、停键中断程序 ORG 0013H AJMP INT01 ;停止键中断程序 ORG 0030H MAINLCALL YANSHI1 ;上电延时，消抖 CLR P3.7 ;低电平 键盘行 SETB P3.6 AA JB P3.6,AAQIDONG MOV R7,00H CLR IT0 CLR IT1 ;外部中断 低电平有效 SETB EA SETB EX0 SETB EX1 SETB P0.7 AA1JB P0.7,AA1 ;检测工位一物料有无 SETB P0.3 AA2JB P0.3,AA3 ;检测手臂是否缩回 SETB P1.4 AJMP AA2 AA3SETB P0.0 AA4JNB P0.

18、0,AA5 ;检测是否在工位一上方 SETB P1.0 CLR P1.1 ;右移 AJMP AA4 AA5SETB P1.2 CLR P1.3 LCALL YANSHI CLR P1.4 LCALL YANSHI AAYSETB P1.3 CLR P1.2 LCALL YANSHI SETB P0.6 JNB P0.6,AA6 SETB P1.2 CLR P1.3 LCALL YANSHI LCALL YANSHI AJMP AAY AA6SETB P1.4 LCALL YANSHI LCALL YANSHI SETB P1.1 CLR P1.0 SETB P0.2 AA7JB P0.2,AA

19、7 SETB P1.0 SETB P1.2 CLR P1.3 LCALL YANSHI SETB P1.3 CLR P1.2 LCALL YANSHI CJNE R7,0FFH,QIDONG AJMP XX INT00CLR P3.7 SETB P3.6 JB P3.6,INT00 RETI INT01MOV R7,0FFH RETI LCDHUANYING MOV SP,60H LCALL INTI LCALL CLEAN LCALL SHOW RET INTICLR RES LCALL DEALY SETB RES SETB CS1 SETB CS2 MOV COM,3EH LCALL W

20、R_COM MOV COM,3FH LCALL WR_COM RET CLEAN MOV R3,8 MOV R2,0B8H LOOP_LINE MOV COM,R2 LCALL WR_COM MOV COM,40H LCALL WR_COM MOV COM,0C0H LCALL WR_COM MOV R5,64 LOOP_ROW MOV DAT,0 LCALL WR_DAT DJNZ R5,LOOP_ROW INC R2 DJNZ R3,LOOP_LINE RET SHOWMOV DPTR,S1 ;欢 MOV R6,0BBH SETB CS1 CLR CS2 MOV COM,R6 LCALL

21、WR_COM MOV COM,60H LCALL WR_COM MOV R1,16 ROW MOV A,00H MOVC A,ADPTR MOV DAT,A LCALL WR_DAT INC DPTR DJNZ R1,ROW DEC R6 MOV COM,R6 LCALL WR_COM MOV COM,60H LCALL WR_COM MOV R1,16 ROW1SETB CS1 CLR CS2 MOV A,00H MOVC A,ADPTR MOV DAT,A LCALL WR_DAT INC DPTR DJNZ R1,ROW1 MOV DPTR,S2 ;迎 MOV R6,0BBH SETB

22、CS1 CLR CS2 MOV COM,R6 LCALL WR_COM MOV COM,70H LCALL WR_COM MOV R1,16 ROW2 MOV A,00H MOVC A,ADPTR MOV DAT,A LCALL WR_DAT INC DPTR DJNZ R1,ROW2 DEC R6 MOV COM,R6 LCALL WR_COM MOV COM,70H LCALL WR_COM MOV R1,16 ROW3SETB CS1 CLR CS2 MOV A,00H MOVC A,ADPTR MOV DAT,A LCALL WR_DAT INC DPTR DJNZ R1,ROW3 M

23、OV DPTR,S3 ;使 SETB CS2 CLR CS1 MOV R6,0BBH MOV COM,R6 LCALL WR_COM MOV COM,40H LCALL WR_COM MOV R1,16 ROW4 MOV A,00H MOVC A,ADPTR MOV DAT,A LCALL WR_DAT INC DPTR DJNZ R1,ROW4 DEC R6 MOV COM,R6 LCALL WR_COM MOV COM,40H LCALL WR_COM MOV R1,16 ROW5SETB CS2 CLR CS1 MOV A,00H MOVC A,ADPTR MOV DAT,A LCALL

24、 WR_DAT INC DPTR DJNZ R1,ROW5 MOV DPTR,S4 ;用 SETB CS2 CLR CS1 MOV R6,0BBH MOV COM,R6 LCALL WR_COM MOV COM,50H LCALL WR_COM MOV R1,16 ROW6 MOV A,00H MOVC A,ADPTR MOV DAT,A LCALL WR_DAT INC DPTR DJNZ R1,ROW6 DEC R6 MOV COM,R6 LCALL WR_COM MOV COM,50H LCALL WR_COM MOV R1,16 ROW7SETB CS2 CLR CS1 MOV A,0

25、0H MOVC A,ADPTR MOV DAT,A LCALL WR_DAT INC DPTR DJNZ R1,ROW7 RET WR_COMPUSH ACC LCALL WR_BUSY CLR RS CLR RW MOV DATA_ORA,COM SETB E NOP CLR E POP ACC RET WR_DATPUSH ACC LCALL WR_BUSY SETB RS CLR RW MOV DATA_ORA,DAT SETB E NOP CLR E POP ACC RET WR_BUSY PUSH ACC CLR RS SETB RW SETB P2.7 SETB P2.4 SETB

26、 E LOOPJB P2.7,LOOP LOOP1JB P2.4,LOOP1 NOP CLR E POP ACC RET DEALYMOV R6,0 DELDJNZ R6,DEL RET YANSHI LCALL YANSHI1 LCALL YANSHI1 LCALL YANSHI1 LCALL YANSHI1 LCALL YANSHI1 LCALL YANSHI1 LCALL YANSHI1 LCALL YANSHI1 LCALL YANSHI1 LCALL YANSHI1 RET YANSHI1 MOV TMOD,01H MOV TH0,4CH MOV TL0,00H SETB TR0 L

27、OOP2JBC TF0,LOOP3 AJMP LOOP2 LOOP3 NOP RET XXSETB P1.0 CLR P1.1 SETB P0.0 BBJNB P0.0,BB1 SETB P1.0 CLR P1.1 AJMP BB BB1SETB P1.1 AJMP ZUIHOU S1;- 文字 欢 - DB 20H,10H,4CH,43H,43H,2CH,20H,10H,0CH,03H,06H,18H,30H,60H,20H,00H DB 14H,24H,44H,84H,64H,1CH,20H,18H,0FH,0E8H,08H,08H,28H,18H,08H,00H S2 ;- 文字 迎 -

28、 DB 40H,20H,1FH,20H,40H,47H,42H,41H,40H,5FH,40H,42H,44H,43H,40H,00H DB 40H,41H,0CEH,04H,00H,0FCH,04H,02H,02H,0FCH,04H,04H,04H,0FCH,00H, 00H S3 ;- 文字 使 - DB 00H,00H,7FH,00H,40H,41H,22H,14H,0CH,13H,10H,30H,20H,61H,20H,00H DB 40H,20H,0F0H,1CH,07H,0F2H,94H,94H,94H,0FFH,94H,94H,94H,0F4H,04H, 00H S4 ;- 文字

29、 用 - DB 80H,40H,30H,0FH,02H,02H,02H,02H,0FFH,02H,02H,42H,82H,7FH,00H,00H DB 00H,00H,00H,0FEH,22H,22H,22H,22H,0FEH,22H,22H,22H,22H,0FEH,00H,0 0H ZUIHOU NOP END 2.5 单片机装置安装与调试的注意事项 （1）上电前检查电源和地是否短路。 （2）上电后检查各电源电压是否稳定正常，各指示灯是否正常。 （3）在检测电路过程中要熟练掌握万用表的应用。 （4）加深理解包括加深对硬件和软件的理解。 只有建立在对相关硬 件和软件深入理解的基础上才可能做出

30、更符合实际的判断，才可能更好地 解决问题。 （5）当碰到分析起来比较复杂、可能有很多因素的问题时，可以把 问题分成解几个小问题来测试诊断，比如编写几个单独的小测试程序对各 种可能因素进行排查测试，根据这些测试结果再进行科学判断。 （6）诊断、排故要建立在大量实验的基础之上，要多动手，不能光 知道臆想，不愿实际操作，还美其名曰“善于思考和分析”。 第三章 结 论 通过此次毕业设计，使我了解了很多机械手的相关知识。 使我也了解 了当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术。 了解了机械手程序设 计的一般过程，掌握了程序设计方面的基础，为以后的工作、学习打下了 坚实的基础。 本次毕业设计只对机械手模

31、拟智能物料搬运装置做出了概述。 设计中 没有更广面的阐述，没有对机械手的驱动做出系统的计算设计，对于这方 面有点模糊，需要在以后的工作、学习中了解和掌握。 最后总结为以下几点 （1） 本次设计的是轻行平动搬运机械手设计，相对于通用机械手， 因此，动作固定、结构简单，同时成本低廉，专用性比较高，可完成车间 内的一些搬运工作。 （2） 该机械手选择配置二指夹持手指，抓取一般物料（球状物料） 。 （3） 本次设计介绍的是气动式机械手，并全面展示了机械手的手 部、腕部、手臂以及机身等主要的部件。 （4） 由于经验知识水平的局限，设计难免有不到之处，望大家见 谅、指正。 参考文献 1 李朝青单片机简介M

32、北京北京航空航天大学出版社，199987 90 2 李广第等单片机基础M北京北京航空航天大学出版社，2001，147 3 栾桂冬，张金铎，金欢阳单片机发展及应用M西安西安电子科技大 学出版社，2002255261 4李勋单片机实用教程M北京北京航空航天大学出版社，2005，5 5段晨东.机械手简介M北京清华大学出版社.2008,7 6张毅坤. 机械手发展及应用M机械工业出版社 1998 7余锡存 曹国华.机械手实用教程M北京北京航空航天大学出版社, 2000.7 8雷丽文 等.机械手内部结构M机械工业出版社，1997.2 致 谢 三年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是 一个逗号，我将面对又一次征程的开始。 三年的求学生涯在师长、亲友的 大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千， 心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的 敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。 我不是您最出色的学生，而您 却是我最尊敬的老师。 您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为 我营造了一