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1、 目录1绪论51.1 机器人概述61.2 慧鱼创意组合模型71.2.1慧鱼模型公司简介71.2.2慧鱼设备特点91.2.3慧鱼模型应用91.3 单片机简介112 系统设计132.1 系统设计的要求与任务132.1.1 设计任务132.1.2 设计要求132.2本文的主要研究内容意义142.3 总体设计方案143 硬件设计153.1硬件设计基本框图153.2 基本流程163.3控制器的核心单片机的选型与设计183.3.1芯片引脚说明183-2单片机引脚图193.3.2单片机的I/O口结构203.3.3 A/D转换213.4上位机通信213.4.1串行通信223.4.2 RS-232223.5直流
2、机253.5.1 直流机简介253.5.2 L293及驱动电路263.6时钟和复位电路设计283.6.1 时钟电路设计283.6.2复位电路设计293.7开关量采集电路294 软件设计304.1软件流程图304-1 软件流程图314.2 主从机信息交换流程图图314.3软件抗于扰324.3.1 输入输出的软件抗干扰324.3.2 程序执行过程中的软件抗于扰334.3.3系统的恢复37总结39致谢40主要参考文献：40附录421绪论基于单电机控制的机械手，就其本质上来说，属于工业机器人的范畴，机器人工程师近二十多年来迅速发展起来的综合学科。它集中了机械工程、电子工程、计算机工程、自动控制工程以及
3、人工智能等多种学科的最新研究成果，师当代科学技术发展最活跃的领域之一，也是我国科技界跟踪国际高科技发展的重要方面。工业机器人的研究、制造和应用水平，师一个国家科技水平和经济实力的象征，正受到许多国家的广泛重视。本毕业设计是基于单片机控制的机械手的设计，机械手各活动部件采用直流电机驱动，单片机发送的控制信号经过功率放大，转换后，控制直流电机转动与停止，各个电机的协调转动，完成机械手的升降，左右旋转，伸缩等功能。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，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
4、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。工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生
5、产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用在机械工业中，应用机械手的意义可以概括如下：（一）以提高生产过程中的自动化程度应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。（二）以改善劳动条件，避免人身事故在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他
6、毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。（三）可以减轻人力，并便于有节奏的生产。综上所述，有效的应用机械手，是发展机械工业的必然趋势。1.1 机器人概述随着机器人技术的飞速发展和信息时代的到来，机器人所涵盖的内容越来越丰富，机器人的定义也不断充实和创新。美国机器人协会(RIA-Robot Institute of American):“一种用于搬运材料、部件、工具或其它特种装置的可重复编程
7、的多功能的操作机。”日本工业机器人协会(JIRA-Japanese Industrial Robot Association):“一种带有存储器件和末端执行器的通用机械，它能够通过自动化的动作替代人类劳动。”1987年国际标准化组织对工业机器人进行了统一的定义:“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”我国科学家对机器人的定义是:“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。在国外，机器人技术已经走在了前面，机器人的应用范围越来越广，使用的数量也
8、越来越多。1968年，日本川崎重工引进美国UNIMATION公司的UNIMATE机器人制造技术，开始了日本机器人时代。1970年，在美国召开了第一届国际工业机器人学术会议，此后，机器人的研究得到迅速广泛的普及。1979年UNIMATION公司推出了PUMA系列工业机器人。到1990年已有30万台的机器人在全世界使用，其中高性能的机器人所占比例不断增加，特别是各种装配机器人的产量增加较快，和机器人配套使用的机器视觉技术和装备也得到迅速发展。进入20世纪90年代后，装配机器人及柔性装配技术进入了大发展时期。日本一直拥有全世界机器人总数的60%左右。到1998年，美国拥有机器人8万台，德国为7万多台
9、，分别占世界机器人总数的15%和13%左右。到2000年，服役的机器人总数约100万台。我国机器人起步于70年代初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段:70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的应用期。“七五”期间，国家投入资金，对工业机器人及其零部件进行攻关，完成了“示教”再现式工业机器人成套技术的开发。1986年国家高技术研究发展计划(863计划)开始实施，智能机器人主题跟踪世界机器人技术的前沿，经过几年的研究，目前己基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件取得了一大批科研成果，成功地研制出了一批特种机器人
10、。从90年代初期起，我国的工业机器人又在实践中迈进一大步，先后研制出了点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等各种用途的工业机器人，并实施了一批机器人应用工程，形成了一批机器人产业化基地，为我国机器人产业的腾飞奠定了基础。但是，由于起步较晚以及受到投入研究资金的影响，我国的工业机器人和国外还是存在较大的差距，在机器人的使用数量和使用行业领域方面还需要有很大的提高。机器人技术涉及很多学科领域，是多学科综合交叉的边缘学科，机器人技术的发展依赖于很多相关技术的进步。1.2 慧鱼创意组合模型1.2.1慧鱼模型公司简介图1-1 慧鱼创意组合模型1964年，慧鱼创意组合模型（fischertechn
11、ik。图1-1）诞生于德国，是技术含量很高的工程技术类智趣拼装模型，是展示科学原理和技术过程的理想教具，也是体现世界最先进教育理念的学具，为创新教育和创新实验提供了最佳的载体。慧鱼创意组合模型的主要部件采用优质尼龙塑胶制造，尺寸精确，不易磨损，可以保证反复拆装的同时不影响模型结合的精确度；构件的工业燕尾槽专利设计使六面都可拼接，独特的设计可实现随心所欲的组合和扩充。慧鱼创意组合模型主要有组合包、培训模型、工业模型三大系列，涵盖了机械、电子、控制、气动、汽车技术、能源技术和机器人技术等领域和高新学科，利用工业标准的基本构件（机械元件/电气元件/气动元件），辅以传感器、控制器、执行器和软件的配合，
12、运用设计构思和实验分析，可以实现任何技术过程的还原，更可以实现工业生产和大型机械设备操作的模拟，从而为实验教学、科研创新和生产流水线可行性论证提供了可能，世界知名的德国西门子、德国宝马、美国IBM等一大批著名公司都采用慧鱼模型来论证生产流水线。慧鱼创意组合模型体现不同学科知识点的各种组合包，不仅可以应用于中小学各个年级学科教学、还可以用于大学不同专业以及研究生工程实验和技术创新活动，现在以清华大学、上海交通大学为代表的一批高校建立的慧鱼创新实验室就是利用慧鱼模型组合包系列建立的工程技术实验室，是创新教育的一个全新平台。通过慧鱼模型的使用，不仅可以让我们的孩子将多学科多领域的综合知识融会贯通于实
13、践过程中，更重要的是培养了他们的创新意识和创新能力。创新是一个民族进步的灵魂，而慧鱼创意组合模型就是我们期待的创新教育的理想学具。1.2.2慧鱼设备特点Fischertechnik包含机械构件，电气构件和气动构件。 所有构件主料均采用优质的尼龙塑胶，辅料采用不锈钢芯 铝合金架等，采用燕尾槽插接方式连接，可实现六面拼接，多 次拆装，组合成各种教学、工业模型。模型可用电脑、PLC 或 单片机对其进行控制。用电脑控制模型时，采用LLWin 软件或 高级语言如c、c+、VB 等编程。LLWin 软件是一种图形编程 软件，简单易用，实时控制。用PLC 控制器控制模型时，采用梯形图编程。智能接口板的特点：
14、自带微处理器。程序可在线和下载操作。用LLWin2.1，3.0或高级语言编程（vc，vb）。通过RS232串口与电脑连接。四路马达输出。八路数字信号输入。二路模拟信号输入。两接口板级联实现输入输出信号加倍。带有程序断电保护功能（新版接口）。提供LLWin2.1/3.0软件（CDROM）WINDOWS版本。软件包含17种功能模块，可任意组合编程，图形化显示，全自动联线。1.2.3慧鱼模型应用“慧鱼创意组合模型”（fishertechnik）集教具和仿真模型于一身，是科技知识启迪、创新思维训练及创新力开发的有效载体。它提供的创意结合模型拥有7个大类，集能源（包括太阳能）、机械、液压、气动、遥控、自
15、控、程控等多种学科知识于一身，能通过学生自动动手、创意组合进行设计和装配，使用计算机接口及相关软件可使模型能进行控制运行。现已有数十所高校将“慧鱼”模型运用于实验教学环节中。如：上海交大、大连理工大学等。2001年在上海举办的全国“慧鱼”模型创意大赛上，各高校创作出了一些较好的参赛作品，充分展示了学生的动手、创新能力。随着学生知识的增长，需要应用更多的技术措施，去控制一些规模更大和构成更复杂的系统。同时，现代工业企业设备的自动化程度也越来越高，越来越多的设备被集成在系统中。而在当前实验室的环境中却不能提供相应的设备和系统，更无法构建大规模的设备集成系统。解决这一问题，对于丰富搞笑的教学实验环节有着较大的意义。“慧鱼”模型虽然提供了丰富的动手创新环境，但它的原用途只是用于搭建单体的自动模型，并不能构建较大规模的设备集成系统模型，这是它的不足之处。目前解决这一问题的方法有如下几种：慧鱼”模型的电脑控制板互连。将“慧鱼”模型的电脑控制板用互连的方法进行连接，完成单个自动模型装置互相之间的信息交互，以构成总体协调动作。如图1-2所示由三块“慧鱼”电脑板控制三个“慧鱼”模型的顺序动作过程是这样的
