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1、CAD图纸，联系 153893706本科学生毕业设计三自由度机械手运动控制下位机系统设计 系部名称： 机电工程学院 专业班级： 机械设计制造及其自动化08-2 学生姓名： 指导教师： 职 称： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院二一二年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThree degrees of freedom movement control a machine under manipulator system designCandidate： Specialty：Mechanical Design, Manufacturing an
2、d AutomationClass：08-2Supervisor：Heilongjiang Institute of Technology2012-06Harbin摘 要三自由度机械手能够在三维空间中完成升降、平移等基本指令，而二自由度机械手仅能在一个平面内动作，所以把三自由度机械手作为学校机器人类课程的教学中能够具有典型性。我校现在没有成型的、可以直接应用的机器人方面的教学设备，只有一些慧鱼机器人组件和未来伙伴机器人组件。本设计目的是在慧鱼组件的基础上设计出下位机控制系统，起到开发、拓展慧鱼机器人组件的功能。这样，在以后的机器人实践教学和学生的创新等活动中，可以应用自己开发的机器人运动控制系
3、统，实现机器人单关节运动控制、多关节运动控制和示教再现等功能，并具有开放性，使学生可以自己根据任务编辑、修改程序，实现不同的工作。 关键词：三自由度；机械手；机器人；单片机控制；控制程序ABSTRACT Three degrees of freedom in 3 space manipulator can be accomplished in the lift, shift, and other basic instruction, and two degrees manipulator can only in a plane within action, so the three degre
4、es of freedom as a manipulator of human course teaching school machine to typical. Our school now not model, can be applied in the robot of teaching equipment, only some fischer robot kit and future partner robot kit. The design aims at fischer components designed on the base of a machine control sy
5、stem under, rise to development, develop fischer robot component function. So, in the later teaching and students practice robot innovation activities, and can be applied to develop their own robot motion control system, the realization robot single joint motion control, motion control and the joint
6、 teach reproduce, and other functions, and an open, so that the students can edit, modify the program according to the mission, the realization of different work. Keywords: Three degrees of freedom; Manipulator; robot；Single chip microcomputer control；Control program目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1概述11.
7、2文献综述11.2.1 工业机器人11.2.2工业机器人的国内外形势21.3基本内容和拟解决的问题41.3.1基本内容41.3.2拟解决的问题4第2章 三自由度机械手运动控制下位机系统总体方案设计52.1三自由度机械手运动控制下位机系统的设计原理52.2三自由度机械手运动控制下位机系统的设计方案52.3三自由度机械手运动控制下位机系统的工作过程概述62.4系统的设计要求62.4.1 功能要求72.4.2 控制要求72.5 本章小结7第3章 元器件的选择83.1晶振模块83.2 复位模块93.2.1上电复位电路.93.2.2手动复位电路.93.2.3混合复位电路.93.3电源供电模块103.4串
8、口下载模块113.5电机驱动模块113.6单片机主电路模块133.7 本章小结15第4章 控制系统硬件设计164.1确定I/O点数164.2单片机的选择164.3 单片机 I/0分配表164.5 本章小结17第5章 控制系统的软件设计185.1流程图185.2 本章小结23结 论24参考文献25致 谢26第1章 绪 论1.1概述 本设计目的是在慧鱼组件的基础上设计出下位机控制系统，起到开发、拓展慧鱼机器人组件的功能。这样，在以后的机器人实践教学和学生的创新等活动中，可以应用自己开发的机器人运动控制系统，实现机器人单关节运动控制、多关节运动控制和示教再现等功能，并具有开放性，使学生可以自己根据任
9、务编辑、修改程序，实现不同的工作。本文主要介绍了三自由度机械手运动控制下位机系统的硬件和软件设计，以及一些调试方法。1.2文献综述1.2.1 工业机器人 工业机器人的发展始于20世纪年代，1954年美国戴沃尔发表了“通用重复型机器人”的专利论文，第一次提出了“工业机器人”的概念。1958年美国联合控制公司研制出第一台数控工业机器人原型。1959年美国 NIMATION公司推出第一台工业机器人,美国是机器人的故乡。60年代随着传感技术和工业自动化的发展，这时是工业机器人的发展初期，机器人开始向适用化发展，并被用于电焊和喷涂作业。70年代随着计算机和人工智能的发展，机器人进入适用化时代。日本虽起步
10、较晚，但结合国情，面向中小企业，采取了一系列鼓励使用机器人的措施。其机器人拥有量很快超过了美国，一举成为“机器人王国”。80年代工业机器人进入发展中期，汽车、电子等行业开始大量使用工业机器人，推动了机器人产业的发展。工业机器人的应用满足了人们特性化的要求，产品的批量越来越大，品种越来越多，而且产品的一致性也大大提高，为商家占有了更多的市场份额，获得了更多的市场利润。90年代初期，工业机器人的生产与需求达到了一个技术成熟期，1990年世界上新装备工业机器人80943台，1991年装备了76443台，到1991年底世界上已有53万台工业机器人工作在各条战线上。1.2.2工业机器人的国内外形势 我国
11、的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已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。在教学机器人方面，我国各大高校分别研制了各种类型的教学机器人。主要有清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、上海交通大学等。哈尔滨工业大学研制的四轴直角坐标系教学机器人，如图1.1所示。 图1.1哈尔滨工业大学研制的四轴直角坐标学教学机器人上海交通大学研制的教学机器人如图1.2所示其属于典型的关节式机器人，包括底部回转、大臂俯仰、小臂俯仰三个位置自由度和小臂回转、手腕俯仰、手腕回转三个姿态自由度，展示了
12、现代工业机器人的一般特征；它能够演示现代工业机器人的典型应用；在一定程度上满足机器人理论研究的需要。图1.2上海交通大学的六自由度教学机器人国外工业机器人领域发展近几年有如下几个趋势：（1）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1991年的10.3万美元降至1997年的6.5万美元。（2）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；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。（3）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
13、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。（4）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。（5）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。（6）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
14、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。（7）机器人化机械开始兴起。从1994年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域教学机器人作为机器人教学的基础，在机器人教育方面有重要的意义，因此各国都致力于教学机器人平台的开发与研制。例如德国研制了新型的教学机器人实验平台，如图1.3所示。图1.3德国新型教学机器人实验平台 其由一个五自由度的机械臂和一个视觉系统构成。机械臂有底部回转、大臂俯仰、小臂俯仰三个位置自由度和小臂回转、手腕回转两个姿态自由度，手腕上装有电机，以控制手爪的开合。通过摄像头采集的视觉信号作为机械臂的末端位置反馈到上位机中，在上位机中进行视觉伺服的算法，然后将各个关节的位置输出给机械手的伺服控制器，从而进行末端位置的控制，这样构成了一
