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1、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，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
2、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 目 录摘 要I目 录III第一章 单片机与机械手的概况11.1 工业机械手的简史11.2 工业机械手在生产中的应用11.
3、3 机械手的组成21.4 工业机械手的发展趋势3单片机的简史3单片机的应用领域4单片机开发系统的组成5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设计内容6设计模块7设计过程7参考例程82.5 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 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
4、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
5、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
6、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 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。 执行机构手部 、腕部 、臂部、手臂等部件。 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。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
7、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
8、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
9、上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。单片机的简史单片机作为微型计算机的一个重要分支，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
10、令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指（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。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
11、防军事、尖端武器等领域.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），软件方面的话则可以先从汇
12、编开始，然后再转向C语言开发。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 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
13、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 （11） IN6 OUT6 P3.6 NO （端子号13） K2 NO （14） K3 NO （15） K4 NO （16） K5 NO （17） 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 E EQU
