单片机的机械臂电子系统设计实践【论文】
机械臂设计论文
简易机械臂设计原理及方案孙志峰王存安瑞摘要：探讨基于89C51单片机的简易机械臂设计原理，给出一种简单易行的设计方案，满足在三维空间手动控制抓、放物体的基本功能。
设计包括仿真和具体实现两个方面。
关键词：单片机步进电机机械臂0 前言机械臂也可以称为工业机器人，在现代的工业生产中有着巨大的作用，是衡量一个国家工业自动化的重要指标。
我国目前已安装的国产工业机器人，约占全球已安装数目的0.4%与发达国家相比有着巨大的差距。
本篇为单片机初学者提供一种应用实例—单片机控制机械臂，将从工作原理、硬件电路设计、程序编写三个方面展开论述。
1 工作原理我们利用89C51单片机研制一种三自由度机械臂，它可以在三维空间做曲线运动。
该机械臂的几何结构如图1所示，它由底座、大臂、小臂、关节、二指钳组成。
大臂绕底座在水平面上转动；小臂通过关节1控制可在大臂和小臂组成的平面内转动；二指钳通过关节2的控制抓取或放开物体；关节1和底座各包含一个步进电机，步进电机在单片机和相应的步进电机驱动程序的控制下转动，实现机械臂在三维空间中的自由转动；关节2则包含一个电磁继电器，单片机通过电磁继电器控制电路和相应的物理结构控制二指钳的抓取和放开。
2 硬件电路设计本设计的核心电路是单片机控制系统，其基本设计思路如图2所示。
通过键盘输入控制机械臂转动，抓取或放开物体的信号，单片机接收到信号后对信号进行分析处理，产生对安放在底座和关节1处的步进电机的控制信号以及关节2处电磁继电器的控制信号，控制信号进入相应的驱动电路控制机械臂的转动和对目标物体的抓取和放开。
下面就具体的电路进行设计。
2.1 按键输入电路按键输入电路如图3所示，该电路原理简单，没有信号输入时输出为高，有信号输入时为低电平，即低电平有效。
由于按键的结构为机械弹性开关，在按下和断开操作时，触点在闭合和断开的瞬间会接触不稳定产生抖动。
按键的抖动时间一般为5—1Oms，会引起CPU对一次键操作进行多次处理，所以要用硬件或软件方法进行消抖，为了节省开支，这里采用了软件消抖的方法。
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。
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。
《2024年六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》范文
《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言随着科技的飞速发展，自动化与机器人技术已广泛应用于各种领域，六自由度机械臂是其中一种重要而常见的自动化工具。
它具备灵活的运动能力与复杂操作功能，能够在高精度的环境中完成一系列作业。
本篇论文旨在介绍六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真，旨在提升机械臂的性能和可靠性。
二、六自由度机械臂控制系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统主要由机械臂主体、驱动器、传感器和控制单元等部分组成。
其中，机械臂主体由多个关节组成，每个关节由一个驱动器驱动。
传感器用于检测机械臂的位置、速度和加速度等信息，控制单元则负责处理这些信息并发出控制指令。
2. 软件设计软件设计部分主要包括控制算法的设计和实现。
我们采用了基于PID（比例-积分-微分）的控制算法，以实现对机械臂的精确控制。
此外，我们还采用了路径规划算法，使机械臂能够按照预定的路径进行运动。
3. 控制系统架构控制系统采用分层架构，分为感知层、决策层和执行层。
感知层通过传感器获取机械臂的状态信息；决策层根据这些信息计算控制指令；执行层则根据控制指令驱动机械臂进行运动。
三、运动学仿真运动学仿真主要用于模拟机械臂的运动过程，验证控制系统的性能。
我们采用了MATLAB/Simulink软件进行仿真。
1. 模型建立首先，我们需要建立机械臂的数学模型。
根据机械臂的结构和运动规律，我们可以建立其运动学方程。
然后，将这些方程导入到MATLAB/Simulink中，建立仿真模型。
2. 仿真过程在仿真过程中，我们设定了不同的工况和任务，如抓取、搬运、装配等。
通过改变控制参数和路径规划算法，观察机械臂的运动过程和性能表现。
我们还对仿真结果进行了分析，以评估控制系统的性能和可靠性。
四、实验结果与分析我们通过实验验证了六自由度机械臂控制系统的性能。
实验结果表明，该系统能够实现对机械臂的精确控制和灵活操作。
在各种工况和任务下，机械臂都能以较高的速度和精度完成任务。
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。
基于单片机的遥控机械臂设计
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 (7)2.1总体设计方案 (7)2.1.1设计思路 (8)2.1.2方案选择 (8)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 (12)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 (23)3.1软件结构 (23)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 (39)感谢 (40)参考文献 (41)附录 (42)附录A：程序设计 (42)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。
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。
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。
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。
【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。
基于单片机技术的机器人机械臂运动控制研究
基于单片机技术的机器人机械臂运动控制研究目录1. 内容简述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 研究目标与内容 (5)2. 机器人机械臂运动控制基础 (6)2.1 机器人机械臂概述 (8)2.2 运动控制系统原理 (9)2.3 伺服系统及其控制 (10)3. 单片机技术及其在机器人控制中的应用 (11)3.1 单片机概述 (13)3.2 单片机在机器人控制中的优势 (14)3.3 单片机与机器人机械臂接口 (15)4. 基于单片机的机器人机械臂运动控制策略 (17)4.1 运动控制算法 (18)4.2 位置控制与速度控制 (20)4.3 最优控制策略 (21)5. 机器人机械臂运动控制系统的设计与实现 (22)5.1 系统架构设计 (24)5.2 硬件选择与电路设计 (25)5.3 软件编程与调试 (27)6. 实验与测试 (28)6.1 实验设备与环境 (30)6.2 实验步骤与方法 (30)6.3 实验结果与分析 (32)7. 应用案例 (32)7.1 自动化装配 (34)7.2 物流分拣 (35)7.3 智能制造 (37)8. 结论与展望 (38)8.1 研究总结 (40)8.2 存在问题与不足 (40)8.3 未来研究方向 (41)1. 内容简述本研究聚焦于基于单片机技术的机器人机械臂运动控制系统的研发。
考虑到工业制造与日常生活对高效、精确机械臂需求日增，当前机器人技术的应用日益广泛。
本研究旨在整合单片机技术和机械电子设计，以创建出易于操作、反应迅速且可靠的动作控制系统，进而优化机器人机械臂的运动路径规划和精确执行能力。
嵌入式系统开发：采用符合机械臂工作频率和响应要求的单片机作为控制系统核心，确保系统能够快速而稳定地处理复杂的原型运动指令并实时监控系统状态。
实时操作系统：引入适当的实时操作系统以保证系统任务的及时响应和处理，以及确保在进行运动控制时系统的高性能和强稳定性。
机械臂本科生毕业设计(论文)范文
基于STM32 的机械臂驱动系统设计摘要由于机械臂在各行各业中得到了愈来愈广泛的应用，机械臂控制的多样化、复杂化的需要也随之日趋增多。
作为当今科技领域研究的一个热点，提高机械臂的控制精度、稳定性、操作灵活性对于提高其应用水平有着十分重要的意义。
本课题主要对四自由度机械臂控制系统进行了研究与设计。
作为运动控制系统的一种，该控制系统主要面向底层，力争开发出一套稳定性高，可靠性强并且定位准确的工业机械臂系统。
首先根据机械臂系统的控制要求，整体上设计出单CPU 的系统控制方案，即通过控制主控制器输出的PWM 波的占空比实现对舵机转动的控制，进而实现各个关节的位置控制。
在硬件方面，主要论述了如何以ARM 微处理器STM32F103ZET6、MG995 舵机、MG945 舵机、超声波传感器和电源模块为主要器件，通过搭建硬件平台和设计软件控制程序构建关节运动控制系统。
然后按照结构化设计的思想，依次对以上各部分的原理和设计方法进行了分析和探讨，给出了实际的原理图和电路图。
在软件设计方面，按照模块化的设计思想将控制程序分为初始化模块和运行模块，并分别对各个模块的程序进行设计。
实验表明，该机械臂控制系统不仅具有很好的控制精度，还具有很好的稳定性、准确性，而且在很大程度上改善了定位精度。
关键词：四自由度机械臂，STM32, Cortex-M3，脉冲宽度调制the Design of Manipulator Drive System Based on STM32AbstractIn recent years, robot arm is widely used in industry control, special robot, medical device and home service robots. Research of robot arm control system is a focus in robot area. It is meaningful to increase the performance in accuracy, stability and feasibility.This paper is the research and design about a control system based on a four degrees freedom ' s design. And, we strive to develop a high stability, reliability and accurate control system.Firstly, according to the control requirements of the robotic system, the overall design of the system control program is based on a single CPU. Turn the steering control to achieve the control of the duty cycle of the PWM wave output by the main controller, so as to realize the position control of each joint. In terms of hardware, the paper mainly discusses how to use the ARM microprocessor STM32F103ZET6, MG995 Servo, MG945 servos, ultrasonic sensors and power supply module as the main components, build a joint motion control system by building hardware platforms and software control program. Then follow the structured design ideas, principles and design methods sequentially over each part is analyzed and discussed, and then give the actual schematic or circuit diagram. In software design, the control program is divided into the run modules and the initialization module and design program of each module separately.Control system experiments show that the system can significantly improve the precision of control, and improve system stability, accuracy, so that the positioning accuracy of the robot arm has been greatly improved and enhanced.Key Words: Four Degrees Freedom Robot, STM32, Cortex-M3, Pulse Width Modulation东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第XII页目录1绪论 ............................................................................ 1..1.1机械臂概述................................................................. 1…1.1.1机械臂研究的意义.......................................................1..1.1.2国内外机械臂的研究现状及发展趋势.......................................1.1.1.3机械臂的分类...........................................................2..1.2机械臂控制的研究内容.........................................................4..1.2.1机械臂的驱动方式.......................................................4..1.2.2机械臂的机械结构.......................................................4..1.2.3机械臂的控制器.........................................................5..1.2.4机械臂的控制算法........................................................5..1.3嵌入式系统简介..............................................................5..1.4本文的主要工作............................................................. 6..2机械臂控制系统的总体方案设计 .................................................... 7.2.1机械臂的机械结构设计 ........................................................7..2.1.1臂部结构设计原则.......................................................7..2.1.2机械臂自由度的确定.....................................................7..2.2工作对象简介 ................................................................ 7..2.3机械臂关节控制的总体方案 ....................................................8.2.3.1机械臂控制器类型的确定.................................................8.2.3.2机械臂控制系统结构.................................................... .9..2.3.3关节控制系统的控制策略.................................................9.2.4 本章小结................................................................... 9.. 3机械臂控制系统硬件设计 ........................................................ 1.13.1机械臂控制系统概述 ........................................................ 1.13.2微处理器选型 (11)3.3主控制模块设计 ............................................................ .133.3.1电源电路 (13)3.3.2复位电路 (14)3.3.3时钟电路 (15)3.3.4 JTAG调试电路 (15)3.4驱动模块设计 (16)3.5电源模块设计 (17)东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第XII页3.6传感器模块设计 ............................................................ .193.7本章小结 ................................................................... 1.9 4机械臂控制系统软件设计 (20)4.1初始化模块设计 (20)4.1.1系统时钟控制 (20)4.1.2 SysTick 定时器 (22)4.1.3 TIM 定时器 (23)4.1.4通用输入输出接口GPIO (24)4.1.5超声波传感器模块 (24)4.2运行模块设计 (25)4.3本章小结 (26)5系统的整机调试 (27)5.1硬件调试 (27)5.2软件调试 (28)5.3故障原因及解决方法 ........................................................ .3.15.4本章小结 (32)结论 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录........................................................................ 37.附录A (37)附录B (46)附录C (47)东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第1页1绪论1.1机械臂概述1.1.1机械臂研究的意义早在几千年前，人类就开始了机器人的制造，以解决人类繁重的劳动。
基于51单片机的机械臂控制系统设计
基于51单片机的机械臂控制系统设计下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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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。
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单片机的机械臂电子系统设计实践
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
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。
3系统硬件电路设计
3.1电源电路模块设计
本设计中构成机械臂的5个舵机采用+7.2V电池直接供电，因此舵机供电电源不用单独设计。
而机械臂控制系统中的单片机则需要对+7.2V电池电压进行稳压至+5V进行供电，故本设计中需要设计一个直流+5V稳压电路。
目前，可使用的稳压电路芯片种类繁多，本设计选用LM2940三端稳压芯片作为稳压电子元器件，并以此设计出如图1所示的稳压电路原理图。
LM2940属于低功耗芯片，其前端输入电压范围为+5.5V~+26V，其最大优点是前端输入电压与稳压值之间的
电压差较小，在干电池使用过程中，随着电量的减少，其干电池实际电压也会降低，但由于本设计选用额定电压为+7.2V 的电源，其最低使用电压大于5.5V，因此选择LM2940稳压芯片符合设计需求。
图2中C1和C2是两个电解电容，其作用是与LM2940构成典型稳压电路，并且后端的C2电解电容容量较大，可以防止舵机在大电流耗电时，瞬间拉低总电源电压而使单片机复位，一旦单片机复位将使控制程序混乱。
C3和C4的作用是滤波，可防止LM2940自激振荡，以提高电源的稳定性。
3.2舵机接线电路设计
本设计机械臂控制系统的关节和手爪采用5个数字舵机实现控制，每个数字舵机均有3根线，分别是VCC电源线、SIG信号线和GND接地线。
每个舵机的VCC电源线均与+7.2V 电池的正极相接；每个舵机的GND接地线均与电池的负极相接；5个舵机的SIG接线端分别与单片机的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4和PWM5相接，该接线端只能接收数字信号，并实现相应的控制动作。
3.3系统机械结构设计
如图2所示为机械臂控制系统整体机械结构图。
机械臂主体和控制系统均固定在一张厚度为4mm的铝合金板上。
图中①是机械手爪；图中②是控制手爪的舵机，在此命名为A舵机；图中③是控制手臂旋转的关节舵机，在此命名为B 舵机；图中④是控制手爪上下摆动的关节舵机，在此命名为C舵机；图中⑤是控制手臂前后摆动的关节舵机，在此命名为D舵机；图中⑥是控制整条手臂左右转动的关节舵机，在此命名为E舵机；图中⑦是舵机与舵机之间相连的U型支架，该支架的接孔处与舵机的舵盘通过螺丝螺母固定，支架与支架之间也可固定，属于多功能通用支架；图中⑧是机械臂控制系统的主控板；图中⑨是铜柱，其作用是将整个硬件电路板支起至一定高度。
经过反复测试发现，所有舵机的控制线均较短，如果控制板搭建位置较低，会严重限制机械手臂的运动范围，有时控制线甚至可能将断开；图中⑩是为整个机械臂控制系统供电的电源，额定电压值为+7.2V，电量为2000mAh，满电极限电压约为8.2V。
整个机械手臂臂展长度为290mm，共有4个自由度。
自由度是指机械手臂可以在4个方向上自由运动，包括手爪旋转、手爪上下摆动、手臂前后摆动、手臂左右摆动，分别由B、C、D、E舵机实现。
在自由度的定义中，一般不包含手爪开与合的动作，因此舵机A不足以成为机械手臂的一个自由度。
此外，为了增强机械手臂运动时的控制稳定性，本设计中舵机电源线和控制线均
采用杜邦线头与一字插针插接固定，并在插接处使用热熔胶固定，提高了稳定性，避免了在机械臂运动过程中由于机械振动使电源线或控制线松弛、掉落。
此外，电源与主控板之间的接线采用汽车中常用的快速接头，以提高电源的稳定行和系统整体运行的稳定性。
4系统软件电路设计
4.1机械臂控制系统的任务
本设计机械臂完成的是对物料的抓取和运送任务。
机械臂抓取任务是将机械手臂移动至物料存放的指定位置，然后控制手爪的开合抓取物料。
机械臂运送任务是将物料抓取至指定放置位置，随后手爪松开物料，最后手臂复位并等待下一物料的抓取和运送任务。
如图3所示为机械臂控制系统抓取和运送物料的任务示意图。
4.2控制主程序流程
主程序是单片机控制系统中完成相应任务的程序，一般为主函数中包含的控制流程。
机械臂控制系统上电后，首先进行单片机内部模块的初始化，包括PLL模块、PWM模块和
PIT模块，然后控制机械手复位，随后移动机械臂至物料待抓区域，手爪抓取物料后移动至物料堆放区域，松开物料，最后复位机械手，循环完成物料抓取和移动任务。
5结论
未来，基于单片机的机械臂控制系统可以发挥更加强大的作用，在本设计的基础上可以设计和制作对应的工作站，以完成系统之间的配合运转。
此外，可以将大型工业机器人小型化，通过合理的传感器设置和程序设计，实现小型自动化生产线的设计与应用目的。
参考文献
[1]杨柳.机械臂的控制系统设计[J].山东工业技术，2019（16）：23.
[2]李凤.基于ROS的机械臂控制系统设计[J].自动化技术与应用，2018（11）：72-76.
[3]丁伟，王宜怀，贾荣媛.基于K64机械臂控制系统的设计与实现[J].电子技术应用，2017（12）：36-39.。