单片机控制机械手臂的设计与制作
单片机应用系统课程设计 臂丛
单片机应用系统课程设计臂丛单片机应用系统课程设计臂丛一、设计目的本次课程设计旨在通过学生对单片机应用系统的学习，使学生能够掌握单片机的基本原理和应用技巧，具备独立完成简单单片机应用系统设计的能力。
二、设计内容本次课程设计的主要内容是臂丛。
臂丛是一种模拟人体手臂动作的机械手臂，由多个舵机组成，可以通过单片机控制实现各种动作。
三、设计原理1. 舵机原理舵机是一种能够精确控制转角和速度的电动执行器。
它由电动机、减速器、位置反馈装置和控制电路等组成。
舵机内部有一个小电位器，可以感知输出轴转角并反馈给控制电路。
根据反馈信号进行比较后，控制电路就会输出一个PWM信号来驱动电动机转动输出轴到达指定位置。
2. 单片机与舵机连接单片机需要通过PWM信号来驱动舵机。
常见的PWM频率为50Hz，占空比范围为0~100%。
占空比越大，输出信号也就越强，舵机转角也就越大。
每个舵机需要连接到单片机的一个PWM输出引脚上。
3. 机械结构设计臂丛的机械结构设计需要考虑手臂的自由度和稳定性。
手臂由多个舵机组成，每个舵机控制一个关节，可以实现手臂的各种动作。
同时，需要通过支架和底座来保证整个手臂的稳定性。
四、设计步骤1. 确定舵机数量和位置根据手臂模型确定需要使用的舵机数量和位置，并将它们连接到单片机上。
2. 编写控制程序编写控制程序，通过PWM信号控制各个舵机的转动实现不同动作。
3. 设计机械结构根据手臂模型设计支架和底座，将各个舵机安装在合适的位置上，并连接起来组成完整的手臂。
4. 调试测试完成手臂组装后进行调试测试，检查各个部件是否正常工作，调整程序使得手臂可以实现各种动作。
五、应用场景1. 教育领域：可以用于教学演示或学生课程设计等方面。
2. 工业领域：可以用于生产线上进行物料搬运等操作。
3. 医疗领域：可以用于手术机器人等方面，提高手术精度和安全性。
六、总结本次课程设计通过臂丛的设计，让学生掌握了单片机与舵机的连接方法和控制原理，同时也锻炼了学生的动手能力和创新思维。
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解析
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班姓名：刘亮指导教师：田红霞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)5.1单片机系统开发调试工具 (25)5.1.1编程器 (25)5.1.2集成开发环境Keil和Protues (25)5.2控制系统的仿真 (26)5.3软件调试 (27)5.4硬件调试 (27)5.5软硬件联合调试 (28)6结论 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录 (32)1引言1.1研究的背景和意义机器人是传统的机械结构学结合现代电子技术、电机学、计算机科学、控制理论、信息科学和传感器技术等多学科综合性高新技术产物,它是一种拟生结构、高速运行、重复操作和高精度机电一体化的自动化设备。
基于单片机控制的工业机械手控制系统课程设计
基于单片机控制的工业机械手控制系统课程设计（摘要与目录在最后）第一章绪论1.1机械手的概述1.1.1机械手的简介机械手是模仿着人手的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求能实现自动抓取、搬运的自动机械装置。
在工业生产中应用的机械手叫做“工业机械手”。
在实际生产中，应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产。
尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境下，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。
随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，在机械加工、冲压、锻、铸、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等领域得到了越来越广泛的应用。
国内外对机器人及机械手所作的定义不尽相同。
国际标准化组织对机器人的定义:机器人是一种能自动定位、可控的可编程的多功能操作机。
这类操作机具有几个轴在可编程序操作下，能处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。
美国国家标准(NBS)对机器人的定义:“一种可编程，并在自动化控制下执行某种特定操作和移动作业任务的机械装置。
”日本工业机器人协会对工业机器人的定义:“一种装备有记忆装置和最终执行装置，能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。
”它又分为以下两种情况来定义:(1)工业机器人:“一种能执行与人的上肢类似动作的多功能机器。
”(2)智能机器人:“一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器。
”机械手由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如下图所示。
1.1.2机械手的类型机械手一般分为三类。
第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。
它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。
它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。
第二类是需要人工操作的，称为操作机。
它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。
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。
单片机控制机械手臂的研究方法
单片机控制机械手臂的研究方法
单片机控制机械手臂的研究方法主要包括以下几个步骤：
1. 系统分析：明确机械手臂的控制要求，如定位精度、运动速度、负载能力等，并分析机械手臂的组成和功能模块，为后续设计提供依据。
2. 方案设计：根据系统分析结果，设计机械手臂的机械结构、控制系统和驱动方式等方案。
其中，机械结构的设计需要考虑运动范围、稳定性、精度等方面；控制系统的设计需要选择合适的单片机型号和舵机数量，并编写控制程序；驱动方式的选择需要根据负载特性和控制要求来决定。
3. 硬件搭建：根据方案设计，搭建机械手臂的硬件平台，包括机械结构、控制系统和驱动系统等部分。
在这个过程中，需要选择合适的材料、元件和传感器，并进行组装和调试。
4. 软件编程：根据控制要求，编写控制程序，实现机械手臂的运动控制、定位控制、速度控制等。
在编程过程中，需要使用单片机的相关指令和函数，并进行不断的调试和优化。
5. 系统测试：在完成硬件搭建和软件编程后，需要进行系统测试，验证机械手臂的控制效果是否符合要求。
测试内容应该包括运动范围、定位精度、重复定位精度等方面。
6. 改进和完善：根据系统测试的结果，对机械手臂的设计和控制程序进行改进和完善，以提高机械手臂的性能和稳定性。
总之，单片机控制机械手臂的研究方法需要综合考虑机械结构、控制系统和驱动方式等多个方面，并不断进行调试和优化，以达到最佳的控制效果。
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。
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计
单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计一、引言随着科学技术的不断发展，机械手在工业生产、科研等领域扮演着越来越重要的角色。
机械手的设计是其中的关键环节之一，而单片机是机械手控制的核心部分之一、本文将介绍一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的设计。
二、机械手的结构设计该机械手的结构主要由三个旋转关节组成，分别对应三个自由度。
每个旋转关节由步进电机驱动，通过直线传动装置实现转动，并带有相应的位置反馈传感器。
三、单片机的选取单片机是机械手控制的核心部分，控制机械手的动作和位置。
单片机的选择需要考虑其计算性能、接口资源等方面的要求。
本设计选择了STM32系列的单片机，具有大容量的存储器和强大的计算能力，同时提供多种通信接口和模拟/数字接口，满足了机械手控制的需求。
四、电路设计电路设计包括电源电路、电机驱动电路和控制电路三个模块。
电源电路为电机驱动和单片机提供稳定的电源。
电机驱动电路采用步进电机驱动芯片，通过信号电平控制电机的转动。
控制电路主要由单片机和传感器组成，负责接收传感器的反馈信号，并控制电机的转动。
五、软件设计在单片机软件设计方面，本设计采用C语言进行编程。
通过编写相应的程序，实现机械手的运动控制，包括正向运动、逆向运动和位置控制等功能。
同时，还可以为机械手增加一些智能化的功能，如碰撞检测、路径规划等。
六、实验与结果将设计好的电路板焊接好后，进行实验测试。
通过对机械手的不同输入信号进行测试，观察机械手的运动情况，并对其进行调试。
最终，可以实现通过单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的正常运行。
七、总结本文设计了一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手。
通过对机械手的结构和电路进行设计，选取合适的单片机和编写相应的控制程序，实现了机械手的运动控制。
该设计具有较高的可靠性和灵活性，可以广泛应用于工业生产和科研等领域。
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设计
基于单片机的机械手设计摘要机械手是一种能够模仿人类手臂运动的智能机器人。
本文介绍了一款基于单片机的机械手的设计。
该机械手由五个自由度组成，其运动控制系统由单片机控制。
该机械手具有定位精度高、反应速度快、操作简便等优点。
理论分析和实验结果表明，该机械手设计具有较高的实用性和普适性。
关键词：机械手；单片机；自由度；控制系统；精度1. 引言近年来，智能机器人领域蓬勃发展，机械手作为一种具有广泛应用前景的机器人，已成为研究热点。
机械手具有广泛的应用范围，如生产线上的自动化生产，医疗手术，危险环境中的救援等。
因此，基于单片机的机械手的设计及其控制系统研究具有重要意义。
2. 设计思路本文设计的机械手由五个自由度组成，能够完成抓取、举起、放置等基本操作。
本文的设计思路是基于单片机控制系统，通过驱动电机实现机械手的运动。
机械手的五个自由度分别为旋转、抬升、伸展、弯曲和手掌张合。
机械手的控制系统主要由单片机、电机驱动器和传感器组成。
其中，单片机采用STM32F407主控制器，并通过PWM信号控制电机运动。
传感器采用光电编码器对电机转速和位置进行反馈。
图2 机械手的控制系统机械手的驱动电机由直流电机和舵机组成。
直流电机主要用于实现伸展和弯曲动作，而舵机用于实现手掌张合动作。
机械手的轴承部件采用滚珠轴承，能够有效减小摩擦力，提高机械手的运动精度和操作稳定性。
3. 理论分析本文采用MATLAB建立机械手的数学模型，并进行了理论分析。
机械手在执行任务时需要完成一系列位置和姿态变化，因此，机械手的位置和姿态控制是机械手设计的重要指标。
机械手的位置精度取决于电机性能和轴承部件的精度。
电机性能包括电机的输出电功率、转速、转矩等。
机械手的姿态精度取决于机械手的运动学性能。
在不同姿态下，机械手的姿态解算需要通过角度解算和矩阵变换等方法进行计算。
在机械手的设计中，需要考虑机械手的运动学性能和机械手的实际操作需求。
4. 实验结果本文通过实验验证了机械手设计的有效性和性能优越性。
51单片机机械臂设计流程
51单片机机械臂设计流程
设计一个基于51单片机的机械臂需要经过以下几个步骤：
1. 需求分析：明确机械臂需要完成的任务，例如抓取、移动、释放等。
根据任务需求，确定机械臂的关节数量、自由度以及工作范围等。
2. 机械设计：根据需求，设计机械臂的各个关节和结构。
这一步通常需要使用CAD软件（如SolidWorks、AutoCAD等）进行建模和仿真。
3. 控制系统设计：确定使用51单片机作为主控制器，并为其编写控制程序。
根据机械臂的自由度和关节数量，选择合适的电机和驱动器，如步进电机、舵机等。
4. 硬件搭建：根据设计，采购并搭建控制系统所需的硬件，包括51单片机、电机驱动器、传感器等。
同时，也需要设计和制作机械臂的电路板。
5. 软件编程：使用C语言或汇编语言为51单片机编写控制程序，实现对机械臂的精确控制。
这一步需要编写各种算法，如PID控制、模糊控制等，以实现精确的运动控制。
6. 系统调试：在完成硬件搭建和软件编程后，需要进行系统调试，确保机械臂能够按照预期工作。
这一步可能需要反复修改硬件和软件，直到达到满意的效果。
7. 优化和完善：在初步实现机械臂的基本功能后，需要进行优化和完善，以提高机械臂的性能和工作效率。
以上是一个基于51单片机的机械臂设计的基本流程，具体的设计过程可能会因实际需求和条件的不同而有所调整。
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。
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。
单片机控制机械手
精品XX大学课程设计说明书题目：机械手的单片机控制学院（系）：电院自动化系年级专业：XXXXXX学号：09学生姓名：指导教师：王振臣陈志旺感谢下载载XX大学本科生课程设计（论文）教师职称：教授讲师精品XX大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：学号学生姓名专业（班级）设计题目设计技术参数设计要求工作量工作计划参考资料感谢下载载XX大学本科生课程设计（论文）指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
年月日精品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，文章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L298 电机控制芯片达到控制直流电机的启停和方向，完成了筛选机械手基本要求和发挥部分的要求。
【关键词】：筛选机械手，AT89C51 单片机，L298 电机控制芯片，电机控制。
感谢下载载精品目录目录摘要 (I)第一章绪论 (1)1．1机械手概述 (1)1.1.1 机械手当代应用 (1)1.1.2 机械手工作方式 (1)1.1.3 机械手的分类 (1)1.2 机械手的一般组成 (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)2．2．1 CPU (3)2．2．2 传动机构 (3)2．2．3 机械手 (4)2．2．3．1 机械手组成 (4)2．2．3．1 机械手分类 (4)2．2．4抓取机构 (5)2．2．5 机械手的驱动方式 (6)2．3 设计方案的总结 (8)2．3．1 CPU的选择 (8)2．3．2 机械手坐标形式的选择 (8)2．3．3 传动机构的选择 (8)2．3．4 驱动方式的选择 (8)第三章硬件结构设计 (9)3．1 机械手尺寸的确定 (9)3．2 传动部分设计 (9)3．3 硬件部分总结 (9)第四章软件电路部分设计 (10)4．1 单片机的选择 (10)感谢下载载4．1．1单片机的概念 (10)4．1．2单片机特点 (10)4．1．3单片机硬件结构 (11)4．1．3．1 89C51基本配置 (11)4．1．3．2 引脚及其功能 (12)4．2 驱动芯片选择 (13)4．2．1 驱动芯片概念 (13)4．2．2 驱动芯片原理 (13)4．3 流程图 (13)4．4 汇编程序......................................................4．5 本章小结......................................................结论.....................................................................参考文献.................................................................II精品第一章绪论1.1 机械手概述1．1．1 机械手的当代应用机械化、自动化已成在现代工业中突出的主题。
【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。
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。
基于单片机的机械手设计
基于单片机的机械手设计一、引言机械手是一种能够模拟人类手臂动作的机器人装置，广泛应用于工业自动化、医疗护理、科学研究等领域。
随着科技的不断进步，基于单片机的机械手设计成为了研究热点。
本文将深入探讨基于单片机的机械手设计原理、结构以及控制方法，旨在为相关领域的研究者提供参考。
二、基本原理1. 电路设计在基于单片机的机械手设计中，电路是关键。
首先需要确定所需控制器型号，并根据其技术参数进行电路设计。
常见的单片机有8051系列、AVR系列等，根据具体需求选择合适型号。
其次是选择合适的传感器和执行器，并将其与单片机进行连接。
2. 传感器选择与应用传感器在实现对物体位置和力量等参数检测中起着重要作用。
常见的传感器有光电开关、力敏电阻等。
光电开关能够检测物体是否存在或位置是否正确；力敏电阻可测量物体对触点施加的力量。
根据实际需求，选择合适的传感器，并将其与单片机进行连接。
3. 机械结构设计机械结构设计是基于单片机的机械手设计的重要环节。
根据实际需求，选择合适的材料和结构形式。
常见的材料有金属、塑料等，常见的结构形式有直线运动、旋转运动等。
在设计过程中，需要考虑机械手运动范围、负载能力以及精度要求等因素。
三、基于单片机的机械手控制方法1. 逻辑控制在基于单片机的机械手控制中，逻辑控制是最基本也是最常见的方法。
通过编程实现对传感器和执行器进行控制，并根据不同情况执行相应动作。
例如，当光电开关检测到物体存在时，执行器将进行抓取操作；当力敏电阻检测到施加力量超过阈值时，执行器将停止运动。
2. PID控制PID（比例-积分-微分）控制是一种经典且广泛应用于基于单片机的机械手设计中的方法。
通过对传感器反馈信号进行处理和分析，实现对执行器的精确控制。
比例项用于根据误差大小调整执行器的输出，积分项用于根据误差积分调整执行器的输出，微分项用于根据误差变化率调整执行器的输出。
通过合理选择PID参数，可以实现机械手对物体位置和力量的精确控制。
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
基于单片机的机械臂电子系统设计与实践摘要：本文设计与实现的是一款基于单片机的机械臂控制系统，以4个关节舵机和1个手爪舵机控制机械手臂的运动和夹取功能，以MC9S12单片机作为控制器通过脉冲宽度调制信号控制舵机运动，最终实现将物料待抓区域的物料抓起后，移动至物料堆放区域，最终将物料放置在该区域的运动功能。
关键词：单片机；MC9S12；机械臂；控制系统一、引言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。
二、系统方案设计2.1机械臂控制系统总体方案设计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，如图1所示为系统整体框图。
图12.2机械臂功能描述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。
2.3 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。
2.4 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。