【精品毕设】基于单片机的机械臂控制系统设计与制作
基于单片机的机械手臂控制系统设计
广西轻工业ＧＵＡＮＧＸＩＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＩＮＤＵＳＴＲＹ计算机与信息技术２００８年８月第８期（总第１１７期）【作者简介】方龙，副教授，从事电子技术的教学与科研工作。
１引言机器手臂是近几十年来涌现的一种工业技术装备，它能模仿人体上肢某些动作，在生产过程中代替人搬运物件或操持工具进行操作。
在工业生产中应用机器手臂，可以提高劳动生产率，保证产品质量，减轻工人劳动强度，实现生产过程自动化。
因此近年来工业机器手的应用越来越普遍。
机器手臂具有两个部分：控制部分和直接进行工作的部分。
控制系统通过编程，决定直接工作的机器臂部分。
由于采用程序控制，所以很容易根据需要改变其工作方式和任务。
本设计结合坐标式三自由度机器机器手臂模型，应用单片机控制。
该手臂具有二或三个关节，夹持装置，采用３台微型伺服马达驱动，至少可以完成抬臂、转臂、抓取物体等简单动作。
电机的驱动控制器由单片机ＡＴ８９Ｃ５１实现，使其按程序和操作要求实现抓取、搬运物体。
２伺服马达微型伺服马达有着如下的优点：大扭力、控制简单、装配灵活。
一个微型伺服马达内部包括了一个小型直流马达、一组变速齿轮组、一个反馈可调电位器及一块电子控制板。
其中高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。
减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为０，从而达到使伺服马达精确定位的目的。
伺服马达的瞬时运动速度是由其内部的直流马达和变速齿轮组的配合决定的，在恒定的电压驱动下，其数值唯一。
但其平均运动速度可通过ＰＷＭ方式控制。
标准的微型伺服电机有三条控制线，分别为：电源，地及控制线。
本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计
本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计摘要：随着自动化技术的不断发展，机械手臂在工业生产中扮演着越来越重要的角色，越来越得到人们的关注。
现代机械手臂控制器尤其是多自由度机械手臂控制器的设计与实现成为了本领域中的研究热点。
本文基于单片机芯片设计了一种多自由度机械手控制器，采用了串行通信的方式从计算机发送命令控制机械手臂的动作。
在硬件设计方面，使用了AT89S52单片机作为主控制器，引入了五个伺服电机控制模块作为机械手的动力源，以及一组角度传感器作为手臂的姿态测量元件。
在软件设计方面，采用C语言编写程序，实现了机械手臂自动运动、复位、姿态检测等功能。
同时，对机械手臂的自动防撞、误操作检测等进行了设计。
最终实验表明，本文设计的多自由度机械手控制器具有较强的动作准确性和鲁棒性。
关键词：多自由度机械手，单片机，控制器，硬件设计，软件设计Abstract：With the continuous development of automation technology, the role of robotic manipulators in industrial production is becoming more and more important, and it has attracted more and more attention from people. The design and implementation of modern robotic controller, especially multi-degree-of-freedom robotic controller, has become a hot research topic in this field.In this paper, a multi-degree-of-freedom robotic arm controller based on MCU chip is designed, and the motion of the robotic arm is controlled by serial communication from the computer. In terms of hardware design, AT89S52 MCU is used as the main controller. Five servo motor control modules are introduced as the power source of the manipulator, and a set of angle sensors are used as the posture measurement element of the arm.In terms of software design, the program is written in C language, and the functions of automatic movement, reset and posture detection of the robotic arm are realized. At the same time, the automatic anti-collision and misoperation detection of the robotic arm are also designed. Finally, the experiment shows that the multi-degree-of-freedom robotic arm controller designed in this paper has strong motion accuracy and robustness.Keywords: multi-degree-of-freedom robotic arm, MCU, controller, hardware design, software design一、引言机器人技术早产业生产中广泛使用，将传统的出产系统向自动化和智能化方向推进。
基于单片机的遥控机械臂设计(硬件)
大连理工大学城市学院本科生毕业设计（论文）学院：电子与自动化学院专业：电子信息工程学生：指导教师：完成日期：2014年5月12号大连理工大学城市学院本科生毕业设计（论文）基于单片机的遥控机械臂设计（硬件）总计毕业论文（论文）42 页表格0 个插图22 个摘要机械臂的控制涉及到电子、机械设计、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等学科，是一项跨学科的综合控制技术。
现如今工业自动化发展迅速，机械手成为了不可或缺的一部分，它在工业生产等领域的应用越来越广泛。
本设计主要以自主学习为目的，以Atm1280单片机为核心控制舵机的转动来完成机械手的动作。
机械设计部分主要利用Auto CAD来制图，根据所制图纸来手工打造机械手。
程序设计是基于C语言的基础知识来完成，软件主要是运用Arduino 控制板自带的程序开发平台。
本设计以AT89C51 单片机为核心，采用LMD18200 电机控制芯片达到控制步进电机的启停、速度和方向，完成了筛选机械手臂基本要求和发挥部分的要求。
在筛选机械手臂设计中，采用了PWM 技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
关键词：Arduino；单片机；舵机；机械手臂；串口通讯ABSTRACTThe control of the manipulator involves electronic, mechanical design, automatic control technology, the sensor technology and computer technology, discipline, is an interdisciplinary comprehensive control technology. Nowadays industrial automation development is rapid, manipulator became indispensable part in industrial production, it is widely used in the fields of the. This design is mainly for the purpose, the autonomous learning Atmega 1280 singlechip control the rotation of the steering gear to complete the manipulator of actions. Mechanical design of the main use Auto CAD to drawing, according to system made by hand manipulator blueprint.Based on C language program design is the basic knowledge to complete, the software is mainly used to bring program Arduino panel development platform. This design take at89C51 monolithic integrated circuit as a core, uses the LMD18200 motor control chip to achieve the control direct current machine to open stops, the speed and the direction,completed has screened the manipulator essential requirements and the display part request. In screens the manipulator to design, used the PWM technology to carry on the control to the electrical machinery, through the computation achieved the precise velocity modulation to the duty factor the goal.Key words:Arduino;SCM;Steeringgear; Manipulator; Serial communication .目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1机械臂的概述 (1)1.2步进电机概述 (3)1.3遥控机械臂发展现状 (4)1.4课题研究任务及工作内容 (6)1.4.1设计（论文）的任务 (6)1.4.2设计（论文）需要重点解决的问题 (6)第2章电路硬件设计 (8)2.1总体设计方案 (8)2.1.1设计思路 (8)2.1.2方案选择 (9)2.1.3系统组成 (10)2.2硬件设计 (10)2.2.1硬件结构 (10)2.2.2机械手臂的组成 (10)2.2.3 机械手臂的分类 (11)2.2.4 机械手尺寸的确定 (12)2.2.5 驱动部分的设计 (13)2.2.6单片机系统 (14)2.2.7电机驱动芯片原理及应用 (15)2.2.8串口通信电路 (17)2.2.9电机驱动电路 (20)2.2.10转速测量电路 (21)第3章电路软件设计 (24)3.1软件结构 (24)3.2系统模块程序 (24)3.2.1步进电机控制模块 (24)3.2.2电机调速模块 (28)3.2.3主程序模块 (31)第4章系统调试 (34)4.1硬件调试设备 (34)4.2软件调试环境 (34)4.3调试项目 (35)4.4调试过程 (35)4.5硬件连接与跳线的配置 (36)4.6实物图 (37)4.7调试结果 (38)结束语 (40)感谢 (41)参考文献 (42)附录 (43)附录A：程序设计 (43)第1章绪论1.1机械臂的概述机械臂（Manipulator）是一种模拟人的手臂而形成的一种非生物结构。
基于单片机的多自由度机械手臂设计
基于单片机的多自由度机械手臂设计近年来，机器人技术蓬勃发展，越来越多的高新机器人先后亮相。
在各种机器人中，带机械手臂类机器人应用最为广泛。
带机械手臂的机器人能模仿人的肢体动作，代替人的工作，特别是在重物装卸，精细加工中有着非常重要的优势。
机械手臂关节的自由度、灵活性和准确性是机械手臂机器人的工作前提。
文章基于单片机，设计一个小型机器人的一只手臂能在空间四个自由度转动。
加入机械手的机械结构，通过对四个电机的正反转实验论证方案的可靠性和可行性。
标签：单片机；四自由度；机械手臂；电机引言机器手臂作为一种工业技术装备，它能代替人搬运物件或货物分拣操作。
近年来工业机器人在工厂自动化改革中发挥着巨大的作用，代替人处理一些高危险、高危害、高工作负荷的工作，大大加快了生产效率，缩减了生产周期。
然而在这些自动化生产中，机械臂机器人占了最大的比重。
如汽车生产中的无缝焊接，钢厂里的钢材打包分拣，都用到了机器人机械臂。
机器手臂具有三个部分组成：机械臂、控制部分和工作部分。
机械臂的大小，规格决定了机械臂的应用，转角轴等，控制部分工业上一般是工控机，通过编程设计控制机械臂进行相应的操作。
工作部分由具体工作事项决定，如电焊机器人的电焊手，搬运机器人的挂钩。
1 系统功能介绍本设计采用电动式多自由度机器机器手臂模型，应用单片机控制，步进电动机的方式来驱动。
该手臂具有四个关节，每个关节可以前后转动，手臂转动采用4台微型步进电机驱动，可以完成前后左右360度摆臂等简单动作，系统控制图如图1控制部分采用80C51单片机，完成对电机的控制，即完成对手臂转动的控制。
2 软硬件设计机械手臂在动力传动方式上有连杆式、齿轮式和绳索式等。
采用齿轮结构是主流的机械手发展趋势，因为齿轮式机械手臂传动精度高、结构紧、承载高等优点。
随着工业的发展，对机械手臂要求越来越高，机械手臂向多自由度发展。
本设计为了简单起见，选用第三种传动方式——绳索式。
2.1 机械结构4自由度机械臂采用四个步进电机控制，如图2，步进电机1控制底座，实现自由旋转，步进电机2、3、4可自由旋转，完成伸展、收缩等动作。
基于单片机的机械手控制系统设计
渤海船舶职业学院毕业设计（论文)题目：基于单片机的机械手控制系统设计系：机电工程系专业:机电一体化姓名：张洪伟指导教师：刘凯班级：11G451 评阅教师:刘凯学号：04完成日期：2014.6.6毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：机械手技术涉及到电子、机械学、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。
随着工业自动化发展的需要,机械手在工业应用中越来越重要.文章主要叙述了机械手的设计过程，本文中介绍了机械手的设计理论与方法。
本设计以AT89C51 单片机为核心，采用LMD18200 电机控制芯片达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了筛选机械手基本要求和发挥部分的要求。
在筛选机械手设计中,采用了PWM 技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
关键词:机械手;AT89C51;LMD18200；PWM技术;电机控制目录第一章前言............................................................................................................. - 1 -1.1 机械手概述................................................................................................ - 1 -第二章总体方案设计............................................................................................. - 3 -2.1 设计要求.................................................................................................... - 3 -2。
基于单片机的机械手臂控制系统设计
基于单片机的机械手臂控制系统设计程金明（江西科技学院，江西 南昌 330098）摘 要：在机械手臂控制系统设计中，运用单片机能增强机械手臂的使用性能。
基于此，文章详细阐述了硬件系统设计、软件系统设计、系统调试这三个单片机机械手臂控制系统设计环节，深入分析了基于单片机控制系统的机械手臂设计，希望为机械自动化领域的发展提供助力。
关键词：机械手臂；仿真调试；单片机中图分类号：TM383.6 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）16-0104-02——————————————作者简介： 程金明（1976—），男，江西南昌人，本科，讲师，研究方向：电工电子技术，单片机技术。
单片机是一种具有中央处理器CPU、随机存储器RAM 等多项功能的集成电路硅芯片，其在能效上相当于一个微型的计算机系统。
人们将其应用到机械手臂设计中，能有效提升控制系统的运行水平，工作者需要深入分析基于单片机的控制系统设计，优化机械手臂的使用性能。
1 硬件系统设计1.1 单片机控制装置设计从整体上看，单片机作为核心控制装置，在机械手臂控制系统的运作中起到了重要作用，工作者需要根据实际需求，合理设置单片机装置结构，保证机械手臂核心控制机制的运行效果。
一般来说，单片机包含运算器、控制器、寄存器这三个运作部件，其中运算器负责算术、逻辑运算，控制器负责运行决策，而寄存器则负责与外界设备交换信息，设计者应基于此，选择相应的设计方案，来平衡各项运行功能的落实效果。
就目前来看，设计者可以直接选用80C51单片机，并利用其具备的12MHz 晶振频率，来满足机械手臂运作系统对数据采集、时间精度等方面的要求，同时，设计者还要将石英晶体振荡电路，接入XTALI、2端口。
待电路复位后，将RST 端口接入，并连接LM016L 与P0.0-7端口，还要为该途径配备电阻，以确保LCD 显示器能清晰显示出指令代码。
1.2 舵机系统装置设计在机械手臂的控制系统硬件机制中，舵机系统是指由无核心马达、电路板、齿轮、位置检测器等部件构成的位置伺服驱动装置，该装置可以基于从单片机、接收机处获取的信号，利用自身产生的1.5ms 宽、周期20ms 的基准信号，以及位置检测器来核查机械手臂是否到达定位。
基于单片机的机械手控制系统设计说明
渤海船舶职业学院毕业设计（论文）题目：基于单片机的机械手控制系统设计系：机电工程系专业：机电一体化：洪伟指导教师：凯班级：11G451 评阅教师：凯学号：04 完成日期：2014.6.6毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：机械手技术涉及到电子、机械学、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。
随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。
文章主要叙述了机械手的设计过程，本文中介绍了机械手的设计理论与方法。
本设计以AT89C51 单片机为核心，采用LMD18200 电机控制芯片达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了筛选机械手基本要求和发挥部分的要求。
在筛选机械手设计中，采用了PWM 技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。
关键词：机械手；AT89C51；LMD18200；PWM技术；电机控制目录第一章前言 (1)1.1 机械手概述 (1)第二章总体方案设计 (3)2.1 设计要求 (3)2.2 基本设计思路 (3)第三章硬件结构设计 (5)3.1 机械手尺寸的确定 (5)3.2 传动部分设计 (5)第四章软件电路部分设计 (9)4.1 单片机的选择 (9)4.2 接口电路 (10)4.3 电路图 (12)4.4 程序流程 (14)4.5 程序编写................................................................... (14)结论 (20)参考文献 (21)第一章前言1.1 机械手概述机械化、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。
浅谈基于单片机的机械手臂控制系统设计
浅谈基于单片机的机械手臂控制系统设计摘要】随着我国近几年来工业化生产水平的不断提高，当前很多大型企业在进行产品生产过程当中，都会将机械手臂应用到产品加工和产品生产中。
而且机械手臂已经成为了当前自动化生产线中的重要组成部分。
随着自动化技术的不断发展，机械手臂的研究与设计工作也在不断的进行但是当前很多企业在进行机械手臂应用过程当中，仅仅只重视机械手臂，如何科学合理的设计却忽略了机械手臂控制系统的设计，因此，本文将会就基于单片机的机械手臂控制系统设计进行分析。
【关键词】单片机机械手臂控制系统设计研究与分析机械手臂是当前我国自动化技术发展过程当中重要的产品。
而且在自动化技术整体发展过程当中，机械手臂的应用，标志着我国当前企业的生产技术生产技术，生产水平迈入了全新的阶段。
而且随着机械手臂的出现，我国当前大部分企业的生产流程，生产技术，生产规划都发生了重大的改变。
很多企业在进行产品生产过程当中，开始运用自动化流水线，对于我国当前的企业而言，属于一种全新的生产方法，它不仅有效地解放了人力，也节约了很多物力与财力，提高了企业的产品生产效率和产品生产质量。
但相对于国外的自动化技术而言，我国当前的自动化技术在发展过程当中仍然存在一些没有解决的问题，其中就包括机械手臂的控制系统设计。
机械手臂控制系统设计工作的开展，是当前很多企业正在深入开展的重要工作，只有针对自动化生产线当中的自动化机械手臂进行控制系统设计，才能够更好的保证生产精度。
一、设计方案在进行机械手臂控制系统设计过程当中，首先要针对机械手臂控制系统内部的硬件结构进行详细的设计，其次针对软件结构进行设计，再进行硬件结构和软件结构设计，完成之后要开展仿真模拟实验。
实际上，机械手臂控制系统是由机械系统和电气系统共同组成的。
而我国当前很多企业在进行机械手臂应用过程当中，针对机械手臂控制系统的设计时，所选择的控制单元是运用单片机进行控制。
有的企业则是运用PLC对机械手臂的应用进行控制。
【精品毕设】基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计
唐山学院毕业设计设计题目：基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计系别：信息工程系班级：11电气工程及其自动化3班*名：*****师：***2015年6月1日基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计摘要机械臂控制器作为机械臂的大脑，对于它的研究有着十分重要的意义。
随着微电子技术和控制方法的不断进步，以单片机作为控制器的控制系统越来越成熟。
本课题正是基于单片机的机械臂控制系统的研究。
本文首先介绍了国内外机械臂发展状况以及控制系统的发展状况。
其次，阐述了四自由度机械手臂控制系统的硬件电路设计及软件实现。
详细阐述了机械臂控制系统中单片机及其外围电路设计、电源电路设计和舵机驱动电路设计。
在程序设计中，着重介绍了利用微分插补法进行PWM调速的程序设计。
并给出了控制器软件设计及流程图。
最后，给出了系统调试中出现的软硬件问题，进行了详细的分析并给出了相应的解决办法。
关键词：机械臂单片机自由度舵机PWMDesign of Multi DOF Manipulator ControllerBased on MCUAbstractAs the brain of robot arm, manipulator controller is very important for its research.With the development of microelectronics technology and control method, the control system of MCU is becoming more and more mature.This thesis is based on the research of the manipulator control system of MCU.Firstly,it is introduced the development of the manipulator and the control system at home and abroad.Secondly,it is given the circuit and software design for the four DOF manipulator in this disertation.it is expatiated the Single Chip Microcomputer(SCM),the relative circuit design ,Power circuit design,and driver circuit design of manipulator control system.In the design of the program, the design of PWM speed regulation by differential interpolation is introduced emphatically. The software design and flow chart of the controller are given.Finally,it is presented the problems of hardware and software in practive given resolves.Key word: Manipulator;MCU;DOF;Steering engine;PWM目录1引言 (1)1.1研究的背景和意义 (1)1.2国内外机械臂研究现状 (2)1.2.1国外机械臂研究现状 (2)1.2.2国内机械臂研究现状 (3)1.3机械臂控制器的发展现状 (3)1.4本设计研究的任务 (4)2机械结构与控制系统概述 (5)2.1机械结构 (5)2.2控制系统 (6)2.3系统功能介绍 (8)2.4舵机工作原理与控制方法 (8)2.4.1概述 (8)2.4.2舵机的组成 (8)2.4.3舵机工作原理 (9)3系统硬件电路设计 (11)3.1时钟电路设计 (11)3.2复位电路设计 (11)3.3控制器电源电路设计 (12)3.4舵机驱动电路 (13)3.5串口通信电路设计 (13)4系统软件设计 (14)4.1四自由机械臂轨迹规划 (15)4.2主程序设计 (16)4.3舵机调速程序设计 (17)4.3.1舵机PWM信号 (17)4.3.2利用微分插补法实现对多路PWM信号的输出 (18)4.4初末位置置换子程序 (21)4.5机械爪控制程序 (22)4.6定时器中断子程序 (23)4.6.1定时器T1中断程序 (23)4.6.2定时器T0中断子程序 (24)5系统软硬件调试 (25)。
机械臂控制系统的设计与实现
机械臂控制系统的设计与实现随着自动化技术的不断发展，机械臂成为了工业生产中不可或缺的重要设备。
机械臂具有高度的灵活性和精准性，能够完成复杂的工作任务，并且可以上下左右自由运动。
而机械臂控制系统是机械臂操作的基础，它可以为机械臂提供精准操作、灵活运动的保障。
本文将探讨机械臂控制系统的设计与实现。
一、机械臂的基本结构机械臂由底座、臂杆、关节和夹具等部分组成。
底座是机械臂的支撑点，可以使机械臂在水平面内进行360度的旋转。
臂杆是机械臂的主体部分，可以进行上下运动。
而关节是连接臂杆和夹具的部分，可以对机械臂进行各种姿态变换。
夹具则是机械臂的工作部分，可以根据不同任务而装配不同工具或夹具。
二、机械臂控制系统的原理机械臂控制系统是利用电气及计算机技术来控制机械臂的运动轨迹和姿态的系统。
机械臂控制系统的基本原理是将电脑内部的程序转化为具有实际控制能力的电路信号，通过电路控制机械臂的运动和姿态。
机械臂控制系统分为软件控制和硬件控制两大部分。
其中软件控制主要负责机械臂的运动规划和路径规划等任务，而硬件控制则是具体实现机械臂的运动和姿态调节的关键。
三、机械臂控制系统的设计要点机械臂控制系统的设计要点主要包括机械臂的运动规划、路径规划、姿态控制、运动控制和位置反馈等方面。
机械臂的运动规划和路径规划要根据具体任务需求进行优化，以实现精准和高效的操作。
同时，姿态控制也是设计要点之一，可以通过PID等算法进行调节，确保机械臂的稳定性和精度。
另外，机械臂的运动控制也是设计要点之一，可以采用PWM、DAC等控制模块进行精准控制。
而位置反馈则可以通过编码器等传感器进行实现，以确保机械臂位置的准确度和稳定性。
四、机械臂控制系统的实现方法机械臂控制系统的实现方法主要分为基于单片机和基于工控机两种。
其中基于单片机的实现方法相对简单，可以通过编写C语言代码实现机械臂的控制功能。
而基于工控机的实现方法则需要具备比较强的计算机硬件和软件基础，需要选取适合的工控机、操作系统和控制软件等。
机械手臂控制系统的设计与实现
机械手臂控制系统的设计与实现一、前言机械手臂是一种智能化设备，是工业自动化生产线上不可或缺的一个部分。
而机械手臂控制系统是驱动机械手臂动作的核心部件，直接影响到机械手臂的性能与效率。
本文将详细介绍机械手臂控制系统的设计与实现，希望能为机械手臂的应用提供帮助。
二、机械手臂控制系统的组成机械手臂控制系统是由硬件和软件两部分组成的。
硬件包括电机、减速器、编码器、驱动器、控制器及各种传感器等组件，而软件则包括控制算法、运动规划和路径规划等。
1. 电机机械手臂控制系统的电机一般采用有刷直流电机或步进电机。
有刷直流电机具有直接控制、精度高、响应速度快等特点，但也存在发热量大、噪音大等缺点。
而步进电机则具有定位精度高、运动平稳、控制方便等优点，但缺点是在高速运动时步进电机易出现漏步失控的情况。
2. 减速器机械手臂电机的转速较高，为使机械手臂运动安全且平稳，一般采用减速器进行减速。
减速器的种类主要有行星减速器、摆线针轮减速器、螺旋伞齿轮减速器等，其可根据机械手臂的转速、扭矩和减速比等要求进行选择。
3. 编码器编码器是用于检测电机旋转角度的一种传感器。
按工作原理分为绝对式编码器和增量式编码器。
绝对式编码器是通过一定的编码方式在电机旋转过程中输出电码，电码与电机位置一一对应，具有高分辨率、不需要回原点操作等优点。
增量式编码器则是在电机旋转过程中输出脉冲信号，通过计算脉冲数可以推算出电机的位移，具有成本低、测量范围大等优点。
4. 驱动器驱动器是电机控制的核心部件，可以实现对电机的速度、加速度、方向等数据的精准控制。
常见的驱动器有BLDC驱动器、步进电机驱动器、直流电机驱动器等。
5. 控制器机械手臂控制器是整个系统的大脑，常见的控制器有单片机、PLC、FPGA等。
单片机控制器具有成本低、易于开发等优点，但不能进行高速、高精度的运动规划；PLC控制器适用于工业自动化生产线上，稳定性和可靠性较高，但成本较高；FPGA控制器可以进行高速、高精度的运动规划，但成本较高且开发难度较大。
基于单片机的机械臂运行轨迹在线控制系统设计
基于单片机的机械臂运行轨迹在线控制系统设计宋东亚【摘要】基于PLC的机械臂运行轨迹控制系统通过PLC采集现场信号及输出信号的状态变化实现机械臂运行轨迹的控制,不能实现多自由度机械臂控制.设计基于单片机的机械臂运行轨迹在线控制系统,系统硬件由上位机PC在线控制、主控制板和机械臂舵机控制板构成,通过光电编码器位移传感器实现机械臂位置、位移感觉,利用舵机控制板采用Arduino舵机扩展板和D-H理论,构建机械臂结构模型,实现多自由度机械臂的控制.系统软件主要由上位机在线控制部分、主控制板控制程序和舵机控制板程序组成,由主控板控制程序和上位机在线控制程序两部分实现机械臂控制,通过单片机系统时钟初始化提高系统的运行速度.实验结果表明,所设计的系统能够稳定、快速地实现机械臂轨迹控制,并且准确度高.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2018(041)018【总页数】4页(P174-177)【关键词】单片机;机械臂;运行轨迹;舵机控制;光电编码器;位移传感器【作者】宋东亚【作者单位】郑州工业应用技术学院,河南新郑 451150【正文语种】中文【中图分类】TN876-34;TP311随着当代社会信息技术和生产自动化程度的突飞猛进，机械人也随之步入高度自动化、智能化的阶段，它替代传统的人工作业方式，减轻劳动量的同时，还可以提高生产效率、降低生产成本，并且使因人工疏忽导致的安全事故得到极大的减少[1]，在生产、生活中扮演着越来越重要的角色，已成为现代化生产中至关重要的环节。
在机械人技术领域中，机械臂通过自动控制具有操作功能和移动功能[2]，可以通过编程来完成各种作业，广泛的应用在设备装配、自动喷漆、自动化生产线、教育研究等领域。
传统的基于PLC的机械臂运行轨迹控制系统不能实现多自由度控制，并且存在稳定性差以及精度低的缺点。
针对这种情况，本文设计了基于单片机的机械臂运行轨迹在线控制系统。
1 基于单片机的机械臂运行轨迹在线控制系统1.1 系统硬件结构设计系统的硬件主要包括上位机PC在线控制、主控制板和机械臂舵机控制板三部分。
机械手臂运动控制系统设计与实现
机械手臂运动控制系统设计与实现一、引言机械手臂是一种重要的自动化设备，广泛应用于工业生产线和其他领域。
机械手臂的运动控制系统对其稳定性和精度至关重要。
本文将探讨机械手臂运动控制系统的设计原理和实现方法。
二、系统设计1. 机械手臂结构机械手臂通常由多个关节和执行器组成。
关节用于实现机械手臂的运动，执行器用于控制关节的力和位置。
根据应用需求和工作空间的限制，可以选择不同的机械结构和关节类型。
2. 传感器选择为了实现机械手臂的精确控制，需要选择适合的传感器来获取关节的位置和力信息。
常用的传感器包括编码器、力传感器、惯性测量单元等。
传感器的选择应考虑其精度、响应速度和适应性。
3. 控制算法选择机械手臂的运动控制算法主要包括位置控制和力控制。
位置控制算法实现机械手臂末端执行器的精确位置控制，力控制算法实现机械手臂对外部力的感知和适应。
常用的控制算法包括PID控制、自适应控制、模糊控制等。
4. 控制器设计根据控制算法的选择，设计机械手臂的控制器。
控制器可以采用单片机、PLC或工控机等嵌入式系统，通过与传感器和执行器的接口，实现对机械手臂运动的控制。
三、系统实现1. 硬件搭建根据系统设计，选择适合的硬件设备组建机械手臂运动控制系统。
包括机械结构、传感器和控制器等。
确保硬件设备的兼容性和稳定性。
2. 软件开发根据选择的控制算法，使用相应的开发工具进行软件开发。
根据实际需求编写控制程序，实现机械手臂的位置控制和力控制。
同时，为系统添加必要的安全保护功能，防止意外发生。
3. 系统测试与调优完成软硬件的搭建和软件开发后，进行系统的测试和调试。
通过对机械手臂的运动和控制性能进行测试，检验系统的稳定性和精度。
根据测试结果进行参数调优，提高系统的性能。
四、应用案例以汽车制造业为例，机械手臂运动控制系统广泛应用于车身焊接、涂装和装配等环节。
通过精确的控制和适应外部力的能力，机械手臂可以实现高效、高精度的汽车生产。
五、总结本文介绍了机械手臂运动控制系统的设计原理和实现方法。
基于51单片机的机械臂控制系统设计
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基于单片机的机械手运动控制设计毕业论文
Abstract
A robot is developed in recent decades a high-tech automated production equipment. Industrial robots is an important branch of industrial robots. It features can be programmed to perform a variety of jobs expected in the structure and performance of the respective merits of both people and machines, particularly evident in human intelligence and adaptability. The accuracy of manipulators and the environment's ability to complete the job in the field of the national economy has a broad space for development.
2.3.4 驱动方式的选择 ................................................................................................. 11
2.3.5 电机类型的选择 ................................................................................................. 11
2.2.4 抓取机构 ............................................................................................................9...
基于单片机的六自由度机械手臂控制系统设计
《如及乡悅乡報》2021年第2期工程科技基于单片机的六自由度机械手臂控制系统设计陈心怡学张春雨2朱丽华1(1.池州职业技术学院，安徽池州247000; 2•安徽科技学院，安徽滁州239000)摘要:机械手臂在工业生产中的自主识别、精准判断和快速响应能力，体现了加工过程的自动化程度和智能化水平，文章提出了基于TK-A66自由度机械手臂和LD1501-MG 数字舵机,STC89C52单片机为核心 的工业机械臂控制系统的设计。
运用运动学模型和TM 算法，对机械臂手臂的运动速度和轨迹进行控 制设计，在控制程序设计中利用微分插补法生成多路舵机PWM 速度控制信号，通过在Protues 软件中 仿真调试,完成了对机械臂的控制功能遥关键词:单片机;机械臂;6自由度机械臂;舵机中图分类号:TP241 文献标识码:A 文章编号：1672-0547(2021)02-0106-004一、弓I 言机械臂也称工业机器人，是以运动作为控制对象 的智能控制装备，主要由手臂、舵机、抓手等组成叫机 器人手臂的张开、夹紧等系列动作由电动机驱动，并 准确地反馈到可编程逻辑控制器。
在工业生产中控 制机械臂完成我们所需要的夹取和分拣动作，本项 目便是围绕六自由度机械臂控制系统展开的。
通常 一个52系列的单片机包含有FLASH R0M 、RAM 、3 个16位的定时器/计数器和1个UART 等，它具有性 能可靠、性价比高等特点。
在工业生产中，往往需要 机械手臂完成一些相对复杂的控制运动，机械手臂 系统中一个单片机远远不够，仍需要TK-A66自由 度机械手臂、1501 数字舵机等控制机械臂的运动。
本文就是用单片机作为核心控制器,LD1501- MG 数字舵机作为TK-A66自由度机械手臂的运动控 制单元，结合制成的6自由度机械臂的控制系统。
系 统采用单片机芯片STC89C52作为主控制器，A/D 转 换采用以双积分方式运行的ICL7135,利用定时计数 器的计数功能，测量外部电压,省去很多处部电路罠 单片机通过产生PWM 信号控制机械臂的舵机，从而图1机械臂模型控制6自由度的机械手臂。
基于单片机的机械臂电子系统设计与实践
科学技术创新2020.28基于单片机的机械臂电子系统设计与实践庄艳（沈阳市化工学校，辽宁沈阳110122）1概述机械臂控制系统是指一种以自动化方式运行并且形状类似人手臂的机器人，能够从事物料搬运、码垛等操作，并且具有可编程性和通用性，并且可以在手臂前端装配相应的工具，例如手抓、吸盘等，实现抓取、吸取等功能。
2系统方案设计2.1机械臂控制系统总体方案设计及机械臂功能描述为实现将大型机械臂小型化，本设计采用小型直流伺服机作为机械臂的各关节驱动器，控制器选用能够实现系统小型化的单片机，并为系统各模块设计相应的电源电路。
本文设计的机械臂具有4个自由度和1个手爪开合关节，能够实现抓取物料并运送至制定位置的运输和码垛功能。
首先，通过机械臂硬件结构的搭建，组装成一个串联型机械臂；然后完成机械臂控制系统的硬件电路设计，包括机械臂小型直流伺服机电源电路设计和单片机最小系统电源设计，并将小型直流伺服机的控制端与单片机对应的脉冲宽度调制信号输出接口相连；最后完成软件程序的编写，以实现运送和码垛任务的动作设计。
2.2机械臂关节执行器方案本设计机械臂控制系统的关节执行器选用小型直流伺服机，小型直流伺服机具有位置精准、扭矩大等优点，在大型工业机器人机械臂中常使用交流伺服机作为机械臂关节执行器。
由于追求系统小型化，故选用小型直流伺服机，并选取选用数字量舵机。
数字量舵机内部具有微处理器，能够接收数字信号输入，一般采用脉冲宽度调试信号，即PWM 信号。
2.3控制核心方案单片机具有体积小、成本低、控制效果稳定等优点，适合在小型电子控制系统中作为控制器。
本设计选用MC9S12系列单片机作为系统控制器。
该款单片机为16bit 单片机，内部核心具有112个引脚，并且拥有超过50个输入输出端口。
并且该系列单片机内部具有倍频模块，最高主频可达128MHz ，运算速度极快。
特别是该款单片机内部具有脉冲宽度调制信号模块，可以直接输出脉冲宽度调制信号。
基于单片机的机械臂控制系统设计与制作
目录课程设计题目及要求第一章绪论1.1 设计题目及要求1.2 设计内容第二章硬件设计2.1 硬件结构图2.2 各模块工作原理及设计2.2.1 控制模块2.2.2 显示模块2.2.3 按键模块2.2.4 舵机模块2.3 软件程序设计第三章硬件制作以及程序的下载调试3.1 电路板的制作3.2 元器件的焊接3.3 程序的下载与调试第四章总结4.1 课程设计体会4.2 奇瑞参观感受课程设计题目及要求题目：基于单片机的机械臂控制系统设计与制作实习内容：1，完成基于单片机的机械臂控制系统原理图和PCB的绘制，在基本要求的基础上自己可以作一定的扩展；2，利用热转印纸、三氯化铁腐蚀液等完成PCB板的制作；3，完成相应电路的焊接和调试；4，完成相应软件程序的编写；5，完成软、硬件的联调；6，交付实习报告。
实习要求：1，两人一组，自由搭配，但要遵循能力强弱搭配、男女搭配、考研和不考研的搭配；2，充分发挥主观能动性，遇到问题尽量自己解决，在基本要求基础上可自由发挥；3，第一次制作电路，电路不可追求复杂；4，注意安全！熨斗、烙铁。
第一章绪论单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。
单片机集体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易等众多优点，以广泛用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，无论在民间、商业、及军事领域单片机都发挥着十分重要的作用二十一世纪，随着机械化、自动化水平的不断提高，不仅减轻了劳动强度、提高生产率，而且把人类活动从危险、恶劣环境中替换出来。
而其中机器人技术，显示出极大的优越性；在宇宙探索、海洋开发以及军事应用上具有重要的实用价值。
大力发展机器人技术，一方面能让社会从劳动苦力型转换到福利休闲型，另一方面能极大的提高民众的幸福感。
在新时期的世界各国，随着应用日益广泛，机器人技术将不断发展并走向成熟。
毕业设计(论文)-基于单片机的机械手系统设计[管理资料]
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机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、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化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器，它有多个自由度，可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。
机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是：机体上安装一个回转长臂，顶部装有电磁块的工件抓放机构，控制系统是示教形的。
图1—1工作台示意图
图1—2机械手动作过程示意图
第2章单片机机械手系统的总体结构
控制系统的总体结构
根据机械手控制系统可知，其总体结构包括：单片机用户系统、驱动电路、供电电源、执行元件和反馈元件(接近开关)等。
图2—1控制系统的总体结构
单片机用户系统
AT89C51的基本结构
单片机的基本结构组成中包含中央处理器CPU、程序存储器、数据存储器、输入/输出接口部件、还有地址总线、数据总线和控制总线等。
P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（ ）。（）和输入（）。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
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第二章 硬件设计
2.1 硬件结构图
本系统的控制器采用的是STC12C5A32S2单片机，具有A/D转换功能，并能产生PWM信号，有内部EEPROM、双串口，具有单时钟/机器周期（1T），是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码不仅完全兼容传统8051，而且速度快8-12倍。
基于单片机的机械臂控制系统设计与制作
电子信息科学与技术专业
学 号：**********
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班 级：电科081
日 期：2011.10.26
课程设计题目及要求
第一章绪论
1.1 设计题目及要求
1.2 设计内容
第二章硬件设计
2.1 硬件结构图
舵机的转速取决于信号脉宽的变化速度。如果信号脉宽变化速度太较快的话，舵机会反应不过来；将脉宽变化值线性到要求的时间内，一点一点的增加脉宽值，就可以控制舵机的速度了。具体来说需要在调试时修改数值，以使舵机的运动更平滑。由于舵机在每一次脉宽值改变的时候总会有一个转速由零增加再减速为零的过程，所以舵机会产生像步进电机一样运动的原因。
本次设计基本原理是通过P3口的6个引脚输出周期固定占空比可调的PWM波形来控制舵机的转动及角度，通过按键实现对舵机角度的控制，从而实现对物品的转移。通过P0口输出数据以及P2口高四位的扫描实现数码管的显示。通过P1口以及P2低四位引脚连接按键，控制舵机转动。
2.2.2 舵机模块
舵机是一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。目前在航模，包括飞机模型、潜艇模型，遥控机器人中已经使用得比较普遍。舵机是一种俗称，其实是一种伺服马达。
实习内容：
1，完成基于单片机的机械臂控制系统原理图和PCB的绘制，在
基本要求的基础上自己可以作一定的扩展；
2，利用热转印纸、三氯化铁腐蚀液等完成PCB板的制作；
3，完成相应电路的焊接和调试；
4，完成相应软件程序的编写；
5，完成软、硬件的联调；
6，交付实习报告。
实习要求：
1，两人一组，自由搭配，但要遵循能力强弱搭配、男女搭配、考研和不考研的搭配；
一般来讲，舵机主要由以下几个部分组成：舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计5k、直流电机、控制电路板等。
工作原理：控制电路板接受来自信号线的控制信号，控制电机转动，电机带动一系列齿轮组，减速后传动至输出舵盘。舵机的输出轴和位置反馈电位计是相连的，舵盘转动的同时，带动位置反馈电位计，电位计将输出一个电压信号到控制电路板，进行反馈，然后控制电路板根据所在位置决定电机的转动方向和速度，从而达到目标停止。
标准的舵机有3条导线，分别是：电源线、地线、控制线，如图2所示。电源和地线给舵机提供最基本的能源保证，主要是电机的转动消耗。
舵机的控制信号为周期是20ms的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为0－180度，呈线性变化。也就是说，给它提供一定的脉宽，它的输出轴就会保持在一个相对应的角度上，无论外界转矩怎样改变，直到给它提供一个另外宽度的脉冲信号，它才会改变输出角度到新的对应的位置上。程序实现上可通过定时器来实现
二十一世纪，随着机械化、自动化水平的不断提高，不仅减轻了劳动强度、提高生产率，而且把人类活动从危险、恶劣环境中替换出来。而其中机器人技术，显示出极大的优越性；在宇宙探索、海洋开发以及军事应用上具有重要的实用价值。大力发展机器人技术，一方面能让社会从劳动苦力型转换到福利休闲型，另一方面能极大的提高民众的幸福感。在新时期的世界各国，随着应用日益广泛，机器人技术将不断发展并走向成熟。
2.2 各模块工作原理及设计
2.2.1 控制模块
2.2.2 显示模块
2.2.3 按键模块
2.2.4 舵机模块
2.3 软件程序设计
第三章硬件制作以及程序的下载调试
3.1 电路板的制作
3.2 元器件的焊接
3.3 程序的下载与调试
第四章总结
4.1 课程设计体会
4.2 奇瑞参观感受
课程设计题目及要求
题目： 基于单片机的机械臂控制系统设计与制作
STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制、强干扰场合。
P1.0—P1.7(1-8)：P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。
P2.0—P2.7(21-28)：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在对EFROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。
P3.0—P3.7(10-17)：P3口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
本系统是在单片机最小系统的基础上扩展键盘接口和舵机接口以及LED显示模块。
硬件结构图如下：
图1 硬件结构
2.2 各模块工作原理及设计
2.2.1 控制模块
本系统的控制模块选用STC12C5A32S2单片机
引脚及功能：
STC12C5A32S2单片机引脚图
P0.0—P0.7(39—32引脚)：P0口是一个漏极开路型准双向I/O口。在访问外部存储器时，它是分时多路转换的地址(低8位)和数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在EPROM编程时，它接收指令字节，而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，必须外接上拉电阻。
2，充分发挥主观能动性，遇到问题尽量自己解决，在基本要求基础上可自由发挥；
3，第一次制作电路，电路不可追求复杂；
4，注意安全！熨斗、烙铁。
第一章 绪 论
单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。单片机集体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易等众多优点，以广泛用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，无论在民间、商业、及军事领域单片机都发挥着十分重要的作用