单片机控制机械手三轴联动
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。
【精品毕设】单片机控制机械手三轴联动
江苏城市职业学院
毕业设计（论文）
（2014 届）
设计（论文）题目工业机械手结构设计
及其控制系统
办学点（系）江苏城市职业学院张家港办学点
专业机械设计与制造
班级 11机械（普）
学号 110404350507 学生姓名朱涛
起讫日期 2013年11月1日至2014年3月8日地点江苏城市职业学院张家港办学点
指导教师王益飞职称讲师
目录
一工业机械手的发展趋势 (3)
二机械手的概述 (3)
三机械手总体方案的设计 (4)
3.1 机械手的执行机构 (4)
3.2 机械手的驱动要求 (5)
3.3 机械手的控制方案 (6)
四机械手的受力分析及尺寸确定 (6)
五驱动机构的设计与计算 (9)
六控制系统的设计与编程 (12)
6.1 单片机控制电路的设计 (12)
6.2 控制面板的设计 (19)
6.3 控制程序的设计 (20)
七机械手控制系统的调试 (22)
八设计总结 (22)
参考文献 (23)
- 2 -。
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PLC控制的三轴机械手系统设计
基于PLC控制的三轴机械手系统设计本文介绍三轴机械手系统设计的背景和目的，并概述了PLC控制的重要性。
三轴机械手是一种常见的工业自动化设备，可用于实现对物体的抓取与放置。
三轴机械手系统设计的目的是提高生产效率、减少人工操作，并保证操作的准确性和稳定性。
PLC（可编程逻辑控制器）是一种数字化电子设备，广泛应用于工业自动化控制系统中。
与传统的电气控制系统相比，PLC具有编程灵活、易于维护和扩展的优势，能够实现复杂的自动控制功能。
本文将详细介绍基于PLC控制的三轴机械手系统的设计，包括硬件设计、软件编程和系统调试等内容。
通过PLC的编程控制，将实现对三轴机械手的协同运动和精确控制，提高生产效率和产品质量。
引用的内容请核实来源三轴机械手系统是由机械臂、执行机构和传感器等组成部分构成的。
以下是对这些组成部分的描述：机械臂机械臂是机械手系统的核心组件，用于执行各种动作和操作。
它一般包括多个可活动的关节，通过电动机驱动实现运动。
机械臂的结构和尺寸可以根据具体需求进行设计，以适应不同的应用场景。
执行机构执行机构是机械臂的末端装置，用于实现抓取、放置或其他动作。
它通常包括夹爪、吸盘或其他特定工具，可以根据需要进行更换。
执行机构的设计需要考虑到操作的稳定性、精度和安全性。
传感器传感器是机械手系统中重要的反馈设备，用于感知环境和检测目标物体。
常用的传感器包括力传感器、位置传感器和视觉传感器等。
这些传感器可以提供实时数据，帮助机械手系统做出准确的动作控制。
以上是基于PLC控制的三轴机械手系统的整体结构描述。
这个系统结构的设计可以根据具体应用的需求进行进一步的优化和调整。
本文将介绍基于PLC（可编程逻辑控制器）的控制系统设计。
该设计包括输入输出设备的选型、控制逻辑的设计和编程等内容。
输入输出设备选型在设计基于PLC控制的三轴机械手系统时，首先需要选择适合的输入输出设备。
这些设备包括传感器、执行器和人机界面。
传感器选型传感器用于检测系统的状态和环境条件。
三自由度机械手毕业设计
摘要机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，由其控制系统执行预定的程序实现对工件的定位夹持。
完全取代了人力，节省了劳动资源，提高了生产效率。
本设计以实现铣床自动上下料为目的，设计了个水平伸缩距为200mm，垂直伸缩距为200mm具有三个自由度的铣床上下料机械手。
机械手三个自由度分别是机身的旋转，手臂的升降，以及机身的升降。
在设计过程中，确定了铣床上下料机械手的总体方案，并对铣床上下料机械手的总体结构进行了设计，对一些部件进行了参数确定以及对主要的零部件进行了计算和校核。
以单片机为控制手段，设计了机械手的自动控制系统，实现了对铣床上下料机械手的准确控制。
关键词：机械手；三自由度；上下料；单片机AbstractManipulator , an automation equipment with function of grabbing and moving the workpiece ,is used in an automated production process.It perform scheduled program by the control system to realize the function of the positioning of the workpiece clamping. It completely replace the human, saving labor resources, and improve production efficiency.This design is to achieve milling automatic loading and unloading .Design a manipulator with three degrees of freedom and 200mm horizontal stretching distance, 120mm vertical telescopic distance. Three degrees of freedom of the manipulator is body rotation, arm movements, as well as the movements of the body. In the design process, determine the overall scheme of the milling machine loading and unloading manipulator and milling machine loading and unloading manipulator, the overall structure of the design parameters of some components as well as the main components of the calculation and verification. In the means of Single-chip microcomputer for controlling, design the automatic control system of the manipulator and achieve accurate control of the milling machine loading and unloading.Key words: Manipulator; Three Degrees of Freedom; Loading and unloading; single chip microcomputer目录摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I第1章绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.1选题背景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． (1)1.2设计目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11.3国内外研究现状和趋势．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.4设计原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2第2章设计方案的论证．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1 机械手的总体设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1.1机械手总体结构的类型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.1.2 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42.2 机械手腰座结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.2.1 机械手腰座结构设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.2.2 具体设计采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．52.3 机械手手臂的结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3.1机械手手臂的设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62.3.2 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.4 设计机械手手部连接方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.5 机械手末端执行器（手部）的结构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5.1 机械手末端执行器的设计要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82.5.2 机械手夹持器的运动和驱动方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.5.3 机械手夹持器的典型结构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．92.6 机械手的机械传动机构的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.6.1 工业机械手传动机构设计应注意的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.6.2 工业机械手传动机构常用的机构形式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．102.6.3 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.7 机械手驱动系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.7.1 机械手各类驱动系统的特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．122.7.2 机械手液压驱动系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．132.7.3机身摆动驱动元件的选取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．132.7.4 设计具体采用方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．142.8 机械手手臂的平衡机构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14第3章理论分析和设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.1 液压传动系统设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.1.1 确定液压传动系统基本方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．163.1.2 拟定液压执行元件运动控制回路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.1.3 液压源系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.1.4 确定液压系统的主要参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．173.1.5 计算和选择液压元件．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．243.1.6机械手爪各结构尺寸的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 第4章机械手控制系统的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.1 系统总体方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.2 各芯片工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.2.1 串口转换芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．284.2.2 单片机．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．294.2.3 8279芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．304.2.4 译码器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．314.2.5 放大芯片．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．324.3 电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.3.1 显示电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.3.2 键盘电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.4 复位电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．334.5 晶体振荡电路设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．344.6 传感器的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34结论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38CONTENTS Abstract (I)Chapter 1 Introduction (1)1.1 background (1)1.2 design purpose (1)1.3 domestic and foreign research present situation and trends (2)1.4 design principles (2)Chapter 2 Design of the demonstration (3)2.1manipulator overall design (3)2.1.1 manipulator overall structure type (3)2.1.2 design adopts the scheme (4)2.2 lumbar base structure design of mechanical hand (5)2.2.1 manipulator lumbar base structure design requirements (5)2.2.2specific design schemes (5)2.3mechanical arm structure design (6)2.3.1 manipulator arm design requirements (6)2.3.2 design adopts the scheme (7)2.4 design of mechanical hand connection mode (7)2.5 the manipulator end-effector structure design (8)2.5.1 manipulator end-effector design requirements (8)2.5.2 manipulator gripper motion and driving method (9)2.5.3 manipulator gripper structure (9)2.6 robot mechanical transmission design (10)2.6.1 industry for transmission mechanism of manipulator design shouldpay attention question (10)2.6.2 industrial machinery hand transmission mechanism commonlyused form of institution (10)2.6.3 design adopts the scheme (12)2.7 mechanical arm drive system design (12)2.7.1 manipulator of various characteristics of the drive system (12)2.7.2 hydraulic drive system for a manipulator (13)2.7.3 Body swing the selection of drive components (13)2.7.4 Design the specific use of the program (14)2.8 mechanical arm balance mechanism design (14)Chapter 3 Theoretical analysis and design calculation (16)3.1 hydraulic system design and calculation (16)3.1.1 the basic scheme of hydrauic transmission system (16)3.1.2 formulation of the hydraulic actuator control circuit (17)3.1.3 hydraulic source system design (17)3.1.4 determine the main parameters of the hydraulic system (17)3.1.5 calculation and selection of hydraulic components (24)3.1.6 Manipulator calculation of the structural dimensions (26)Chapter 4 The robot control system design (28)4.1 Overall scheme (28)4.2 Chip works (28)4.2.1 serial conversion chip (28)4.2.2 MCU (29)4.2.3 8279 chip (30)4.2 .4 decoder (31)4.2.5 amplifier chip (32)4.3 Circuit design (33)4.3.1 show the circuit design (33)4.3.2 The keyboard circuit design (33)4.4 Reset circuit design (33)4.5 crystal oscillation circuit design (34)4.6 sensor selection (34)Conclusion (36)Acknowledgements (37)References (38)第1章绪论1.1选题背景机械手是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。
三轴并联机械手工作范围
三轴并联机械手工作范围引言概述：三轴并联机械手是一种常见的工业机器人，其工作范围是指机械手能够覆盖的空间范围。
工作范围的大小直接影响机械手在生产线上的应用灵活性和效率。
本文将从五个大点来阐述三轴并联机械手的工作范围，包括机械手结构、关节限制、工作空间形状、末端执行器限制和运动范围的优化。
正文内容：1. 机械手结构1.1 三轴并联机械手通常由三个旋转关节组成，每个关节可以在一定范围内进行旋转运动。
1.2 机械手的结构决定了其工作范围的形状和大小，不同结构的机械手可能具有不同的工作范围。
2. 关节限制2.1 机械手的关节限制是指每个关节旋转的最大角度范围，这将直接影响机械手能够覆盖的空间范围。
2.2 关节限制的大小决定了机械手的工作范围的局限性，如果关节限制太小，机械手可能无法完成某些任务。
3. 工作空间形状3.1 机械手的工作空间形状是指机械手能够覆盖的空间的形状，通常为一个三维空间中的一个区域。
3.2 工作空间形状的大小和形状决定了机械手在生产线上能够操作的物体的大小和形状。
4. 末端执行器限制4.1 机械手的末端执行器是机械手用来进行物体抓取、放置等操作的部件，其大小和形状将直接影响机械手的工作范围。
4.2 末端执行器的限制包括其最大抓取范围、最大负载能力等，这些限制将决定机械手能够完成的任务类型和难度。
5. 运动范围的优化5.1 为了扩大机械手的工作范围，可以通过优化机械手的运动范围来实现。
5.2 运动范围的优化可以包括改变机械手的结构设计、增加关节的旋转范围、优化末端执行器的设计等。
总结：综上所述，三轴并联机械手的工作范围是通过机械手的结构、关节限制、工作空间形状、末端执行器限制和运动范围的优化来决定的。
了解和优化这些因素，可以提高机械手的工作范围，使其在生产线上具有更大的灵活性和效率。
单片机控制机械手
单片机控制机械手单片机控制机械手是一种智能化及高效的生产工具。
机械手具备了人手无法完成的任务，如在高温和高辐射等恶劣环境下的作业。
单片机控制使得机械手变得更加灵活和可控，从而增加了其适应性，提高了其在实际生产中的效率和稳定性。
一、机械手的基本结构机械手通常由机械臂、末端执行器、控制系统三部分组成。
机械臂可以通过电机驱动或气动驱动来实现运动，末端执行器可以是夹具，或是吸盘、磁力等。
控制系统有很多种，单片机控制系统具有精度高、故障率低、调试方便等优点。
二、单片机控制机械手的工作原理单片机控制机械手的工作原理是通过外部传感器采集数据，从而实现对机械手行动的控制。
传感器可以是光电传感器、接近传感器等，通过将传感器采集到的数据通过A/D转换，通过单片机的输入口传入，单片机对数据进行分析和处理，根据位姿控制机械手末端执行器的运动。
三、单片机控制机械手的优点1. 精度高：单片机控制机械手的精度很高，因为单片机可以实时响应各类控制指令，控制机械手的运动与位置。
2. 故障率低：单片机控制机械手具有很高的可靠性，因为单片机的运行速度快，并且故障率低。
一旦出现故障，可以通过单片机的调试工具及时检测和处理。
3. 调试方便：单片机控制机械手的调试很方便，因为单片机具有语言的易于理解性和语言的易于编写性。
通过单片机自带的编译器，可方便编写控制程序。
4. 成本低廉：单片机控制机械手的成本低廉，相比其他控制系统，它不需要安装复杂的硬件设备或者高价的软件，在使用与开发上都比较方面，很容易地把所需的项目和实惠的价格联系起来。
四、应用领域单片机控制机械手的应用已经扩展到包括生产制造、物流、工业自动化等领域。
其中，工业自动化是最为广泛的应用领域。
机器人可以降低人造天赋的缺陷和地域限制，同时还可以节省人力成本和时间成本。
总之，单片机控制机械手正在被广泛应用于各个领域中，因为它可以为需求提供全方位的支持，从而带来更高的效率和更强的生产力。
基于单片机控制的3轴经济型数控系统设计
文章编号:1671-3559(2005)02-0173-02收稿日期:2004-08-07基金项目:济南大学科技发展基金资助项目(Y 0420)作者简介:李国平(1971-),男,黑龙江青岗人,济南大学机械工程学院讲师,硕士。
基于单片机控制的3轴经济型数控系统设计李国平,孙 选,艾长胜(济南大学机械工程学院,山东济南250022)摘 要:3轴数控系统采用适合实时控制的MCS -51系列单片机为控制器,实现了对3个坐标轴机械系统的控制。
设计了数控系统的硬件和软件,给出了系统的硬件及软件设计框图。
该数控系统以低廉的价格实现了中档数控系统的加工精度,具有较好的推广应用前景。
关键词:单片机;数控系统;3轴经济型数控中图分类号:TG 511;TP311.1文献标识码:A数控机床很好地解决了现代机械制造中加工对象精密、结构复杂、品种多、批量小等问题。
且产品加工质量稳定,生产效率大幅度提高[1]。
目前市场上的中、高档数控系统都以PC 机(控机)作为控制平台来实现伺服电机的驱动控制。
这种方式性能固然优良,但价格昂贵[2]。
近年来,经济型数控系统采用适合现场实时控制和数据采集的单片机作为控制器,以控制灵活、可靠性高的步进电机进行驱动,具有结构简单、工作性能稳定、性价比高等优点。
笔者在此基础上,设计实现了能够用于镗铣床的3轴经济型数控系统。
1 机械系统的组成采用MCS -51系列单片机组成控制系统,由功率步进电机经一级齿轮减速后驱动X 、Y 、Z 三轴。
进给传动系统中采用高精度的滚珠丝杠。
如图1所示,床身上面为一个XY 工作台,采用两层叠放,实现XY 方向的进给运动。
主轴能够沿着立柱运动,实现Z 方向的进给运动。
2 数控系统的硬件电路[3-5]MCS -51是一种8位单片机,其指令系统功能强、硬件资源丰富、可扩展性好。
图1 机械系统坐标轴的分布 图2为数控系统的硬件结构。
采用8031单片机为控制器,扩展1片程序存储器2764用于存放系统程序和固定参数;扩展1片数据存储器6264用于存放数据;选用1片可编程并行I/O 接口芯片8255A 作为系统扩展的I/O 口,对X 、Y 、Z 3轴步进电机及主轴进行控制;另扩展1片8255B 作为机床开关量、主轴编码器反馈信号I/O 口;采用8279作为键盘/显示器接口,识别键盘按键信号,对显示器自动扫描,完成键盘输入和LE D 显示控制两种功能;为使系统地址统一,采用74LS138译码器对系统所扩展的芯片进行译码寻址,具体为Y 0片选6264,Y 1片选2764,Y 2片选8279,Y 3片选8255A ,Y 4片选8255B ,并由8031对各轴步进电机进行环形分配,其指令信号经光电隔离和功率放大后驱动各轴。
单片机与mpc运动控制模块组成的三轴运动控制系统
单片机与mpc运动控制模块组成的三轴运动控制系统摘要：采用单片机stc89C2051和mpc微型运动控制模块作为控制系统的核心，控制三路步进电机做运动实验。
单片机发送指令给mpc微型运动控制模块，模块信号输出给步进驱动器作高速度运动。
可以定点运动，直线插补和圆弧插补。
1．引言运动控制的应用在国内已有十几年的历史，技术也相当成熟。
通常运动控制都需要用到运动控制卡，运动控制器等产品，但这些产品价格高昂，使用复杂，也不适合由单片机构成的控制系统。
而如果直接采用单片机来做运动控制，由于运动控制对系统性能要求非常高，单片机速度资源有限，难以设计出性能优良的运动控制模型。
因此，本文采用单片机和专业的mpc微型运动控制模块构成运动控制系统。
MPC微型运动控制模块采用新型FPGA设计，集成实用运动控制功能，可与普通单片机通过串口通讯对步进电机和伺服电机控制。
具有如下特点：◆串口通讯，仅需使用几条指令，简单可靠。
◆单模块最高六轴输出，多个模块组网工作可达120轴。
◆最大脉冲输出频率为2MHz，脉冲输出使用脉冲+方向方式。
◆最高六轴独立运动控制，任意两轴直线插补，任意两轴圆弧插补。
◆每轴一路硬件回原点。
◆模块带1000级指令缓存深度，指令先进先出。
◆模块体积小巧，仅3.5*2.5*1.5cm,双排直插30脚。
2，系统硬件设计硬件系统由四部分构成：（1）单片机部分单片机与模块只需三根线连接，用作串口通讯的RXD和TXD，用作模块缓存满输出的BUSY信号。
P3.7引出一按键作为测试使用。
（2）mpc微型运动控制模块部分mpc微型运动控制模块采用5V电源供电，ＲＸＤ，TXD，BUSY与单片机连接。
X0，X1，X2可作为三路电机的原点信号，P1，D1为1轴的脉冲和方向信号。
P2，D2为2轴的脉冲和方向信号。
P3，D3为3轴的脉冲和方向信号。
（3）原点信号输入部分原点采用光藕隔离输入，输入端可接NPN型光电开关来作为原点信号。
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。
三轴机械手工作原理
三轴机械手工作原理嘿，朋友们！今天咱来唠唠三轴机械手的工作原理，这玩意儿可神奇啦！你看啊，这三轴机械手就像是一个特别能干的小助手。
它有三个轴，就好像人的胳膊能前后左右上下地活动一样。
想象一下，它的第一个轴就像是我们的肩膀，能让整个手臂大范围地移动，去抓取东西或者把东西放到指定的地方。
这个轴可重要了，没有它，机械手就没办法在那么大的空间里自由活动啦。
再说说第二个轴，就像我们的手肘，能让手臂弯曲或者伸直呀。
它能让机械手更灵活地去适应不同形状和位置的物品，是不是很厉害？还有第三个轴呢，就好比我们的手腕，能让手转动各种角度。
这样一来，不管物品是正着放还是歪着放，机械手都能准确地抓住它。
这三轴配合起来，那可真是天衣无缝呀！就好像一个熟练的工人，精准地完成各种任务。
比如说在生产线上，它可以快速地抓取零件，然后准确地放置到下一个工序的位置。
你说它像不像一个不知疲倦的小超人？一直在那里忙碌着，为我们的生产生活助力。
而且呀，它可比我们人类厉害多了，不会累，不会出错，一直兢兢业业地工作着。
那它是怎么做到这么厉害的呢？这就得靠那些聪明的工程师们啦！他们给机械手设计了各种程序和控制系统，让它知道什么时候该动，怎么动。
这就好像给它安上了一个聪明的大脑，指挥着它的每一个动作。
而且，这个大脑还能不断学习和改进呢，让机械手越来越厉害。
你说这三轴机械手是不是很神奇？它在我们的生活中发挥着越来越重要的作用。
从工厂的生产到日常生活的方方面面，都能看到它的身影。
它就像是我们的好伙伴，默默地为我们服务着。
虽然它不会说话，但它的每一个动作都在告诉我们：嘿，我能行！我能帮你们把事情做得更好！所以呀，让我们好好珍惜这个能干的小助手，让它为我们创造更多的价值吧！这就是三轴机械手，一个神奇而又实用的存在！原创不易，请尊重原创，谢谢!。
机械毕业设计233PLC控制三自由度工业机械手设计(CAD图)
本科学生毕业设计PLC控制三自由度工业机械手设计（结构部分）院部名称：机电工程学院专业班级：机械设计制造及其自动化学生姓名：指导教师：职称：讲师摘要随着我国工业生产的飞跃发展，自动化程度的迅速提高，实现工业的装卸、转向、输送或操持焊枪、喷枪、扳手等巩固进行加工、装配等作业的自动化，已愈来愈引起人们的重视，同时也要求供料机构更加灵活、柔性化，以适应供送不同的物品，这使得供送料机械手在自动机、自动线上得到愈来愈广泛的应用。
本文简要介绍了工业机械手的概念，机械手的组成和分类，机械手的自由度和坐标形式，气动技术的特点，PLC控制的特点及国内外的发展状况。
本文对机械手进行总体方案设计，确定了机械手的坐标形式和自由度，确定了机械手的技术参数。
同时设计了机械手各个部份的结构，计算出其结构所需的驱动力和回转气缸的驱动力矩。
最终完成机械手模型的制作和调试。
关键词：工业机械手；计算机；气动；PLC；自动化ABSTRACTAlong with our country industrial production leap development,the automaticity rapid enhancement,realization work piece loading and unloading,welding torch,spray gun,trigger tools and so on changes,the transportation or manages carries onwork and so on processing, assembly automations,has brought to people’s attention increasingly,simultaneously also requests the feeder construction to be more nimble,the flexibility,adapts for delivers the different goods,this enables for the feeding manipulator in the automaton,to obtain the increasingly widespread application from the generation.At first, the paper introduces the conception of the industrial robot and the eler. dary information of the development briefly. What’s more, the paper accoun ts for the background and the primary mission of the topic.The paper introduces the function, composing and classification of the manipulator , tells out the free-degree and the form of coordinate . At the same time, the paper gives out the primary specification parameter of this manipulator.Eventually completed the manipulator of the model for manufacturing and testing.Key words：Industrial manipulator;Computer;air operated;PLC;Automation目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1 研究的背景和目的 (1)1.2 国内外发展现状 (1)1.3基本内容、拟决定的主要问题 (4)1.4技术路线（研究方法） (5)1.5课题的提出及主要任务 (6)1.5.1课题的提出 (6)1.5.2课题的主要任务 (6)第2章机械手设计方案 (7)2.1机械手的总体设计 (7)2.1.1机械手总体结构的类型 (7)2.1.2设计具体采用方案 (7)2.2机械手底座结构的设计 (8)2.2.1机械手底座结构的设计 (8)2.2.2设计具体采用方案 (8)2.3机械手手臂的结构设计 (8)2.3.1机械手手臂的设计 (8)2.3.2设计具体采用方案 (8)2.4机械手末端执行器(手爪)的结构设计 (9)2.4.1机械手末端执行器的类型 (9)2.4.2机械手夹持器的运动和驱动方式 (9)2.4.3机械手夹持器的典型结构 (9)2.4.4本设计具体采用方案 (10)2.5机械手驱动系统的设计 (10)2.5.1机械手驱动系统类型 (10)2.5.2机械手气动驱动系统 (10)2.6本章小结 (11)第3章具体尺寸设计与校核 (12)3.1手部气缸的尺寸设计与校核 (12)3.1.1手部驱动力计算 (12)3.1.2尺寸校核 (12)3.2手臂伸缩气缸的尺寸设计与校核 (13)3.2.1水平手臂伸缩气缸的尺寸设计 (13)3.2.2尺寸校核 (13)3.3手臂升降气缸的尺寸设计与校核 (14)3.3.1尺寸设计 (14)3.3.2尺寸校核 (14)3.4手臂摆动气缸的尺寸设计与校核 (15)3.4.1尺寸设计 (15)3.4.2尺寸校核 (15)3.5本章小结 (16)第4章气动系统设计 (17)4.1空气压缩机 (17)4.1.1空气压缩机的选择 (17)4.2电磁阀的选型 (18)4.3气压传动系统工作原理 (18)4.3.1气压传动系统的组成 (18)4.3.2气压传动工作原理 (18)4.4 气动系统的安装与调试 (19)4.5本章小结 (20)结论 (21)参考文献 (22)致谢 (23)附录 .......................................... 错误！未定义书签。
步进电机三轴联动单片机控制系统
步进电机三轴联动单片机控制系统
宋文阁;王学俊
【期刊名称】《组合机床与自动化加工技术》
【年(卷),期】1997(000)008
【摘要】介绍了由ＭＣＳ８０３１单片机控制就进电机，实现用轴联动差补控制。
在系统中实现由串行口和并行口与ＰＣ４８６计算机的通讯。
系统数据缓存区扩展到１Ｍ字节，系统中使用了中继式结构，提高了系统的控制性能，实现了ＬＣＤ液晶显示和键盘管理。
【总页数】4页(P40-43)
【作者】宋文阁;王学俊
【作者单位】大连轻工业学院;大连轻工业学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.串行显示的步进电机单片机控制系统的设计方案 [J], 王娇;刘岩
2.基于SPMC75F2413A单片机控制步进电机实现三轴联动 [J], 李田甜;陈鸿
3.电火花铣削加工步进电机双单片机控制系统研究 [J], 李庆云;刘永红;肖志明
4.基于PC的步进电机三轴联动控制系统研究 [J], 张严林;李海生;钟震宇;肖先文
5.步进电机三轴联动的快速加减速算法研究 [J], 张严林;李海生;钟震宇;肖先文
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3轴机械手臂控制算法
3轴机械手臂控制算法3轴机械手臂控制算法是指控制机械手臂在三维空间内进行移动和操作的算法。
该算法主要包括逆运动学算法和轨迹规划算法。
1. 逆运动学算法：通过给定机械手臂的末端坐标，求解各个关节的角度，使得末端可以达到目标位置。
逆运动学算法可以采用解析解法或者数值解法。
解析解法利用几何关系和三角函数等数学知识，直接计算出关节角度。
数值解法则通过迭代计算的方式，从初始角度开始逐步调整关节角度，使得末端逐渐接近目标位置。
2. 轨迹规划算法：根据机械手臂需要移动到的目标位置，通过规划合适的轨迹，使得机械手臂能够平滑地到达目标位置。
常用的轨迹规划算法包括直线插补、圆弧插补、S形曲线插补等。
这些算法可以考虑机械臂的速度、加速度和jerk 等运动参数，以达到平滑且快速的运动效果。
在实际应用中，3轴机械手臂的控制算法还需要考虑到多个因素，如动力学约束、碰撞检测等。
可以根据具体的机械手臂结构和控制需求，选择合适的算法进行实现和调整。
3轴机械手臂控制算法还可以包括以下几个方面：3. 运动规划算法：在实际操作中，机械手臂通常需要按照一定的轨迹运动，如沿着直线、圆弧或者其他复杂曲线进行运动。
运动规划算法就是根据机械手臂的运动范围、运动速度和加速度等参数，在保证机械手臂运动平滑和稳定的前提下，计算出机械手臂的位置和速度的变化。
4. 动力学控制算法：机械手臂的运动要遵循牛顿力学和动力学原理，动力学控制算法就是根据这些原理，计算出机械手臂各个关节受力的大小和方向，并进行相应的控制。
常用的动力学控制算法包括PD控制、模型预测控制等。
5. 状态估计算法：机械手臂控制算法还需要根据传感器提供的数据，实时地对机械手臂的状态进行估计，如关节角度、末端位置和速度等。
状态估计算法可以使用滤波算法，如卡尔曼滤波、粒子滤波等，来融合传感器数据，提高机械手臂状态的精准度和稳定性。
以上是常见的3轴机械手臂控制算法。
在实际应用中，还可以根据具体的需求和机械手臂的特点进行算法的选择和改进，以提高机械手臂的性能和运动效果。
机械毕业设计-单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计
( )
I
Mechatronics
II
Abstract
From the industrial robot manipulator (Mechanical), controller, servo drive system and sensing device, a humanoid operation, automatic control, can repeat programming, three-dimensional space can be completed in the various operations of the electromechanical integration automatic production agency. It to stabilize, improve the product quality, improve production efficiency, plays a very important role in improving the rapid working conditions and product. Industrial robot technology is a high-tech integrated computer, control theory, mechanism, information and sensor technology, artificial intelligence, bionics multidisciplinary and form, is the contemporary research is very active, more and more widely applied in the field. The robot is on the environment of rapid response and the analysis judgment ability, and the machine can work continuously for long time, high precision, resistance to harsh environment capacity, in the sense that it is the product of the evolution of the machine, it is an important production and industrial and non-industrial sector, service equipment, automation equipment is indispensable the field of advanced manufacturing technology. Today, the robotics industry has become the world the concern of the industry. With the rapid development of robot technology, the application field of industrial robot is constantly expanding, puts forward new requirements, in order to improve the robot teaching level, we developed a set of experimental teaching for the purpose of demonstration of the robot system. This assay describes the development process of the robot, the application status at home and abroad, robot based on the specific design requirements, the overall design of the degree of freedom, the concrete structure design and calculation;
51单片机控制五自由度机械手臂源程序
/*****五自由度机器手臂舵机控制**********//*****中国地质大学（武汉）**************//***机械与电子信息学院071082班王聪***/#include<reg52."h>#include<zlg7289."h>/************************************************************/#defi ne uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit P00=P0^0; //底座旋转舵机sbit P01=P0^1; //腰部舵机sbit P02=P0^2; //肘部舵机sbit P03=P0^3; //腕部舵机sbit P04=P0^4; //夹持舵机uchar Key=0xff;//默认键值uchar k=0xff;uchar flag=0;uchar dat;uchar M=11;uchar dj0,dj1,dj2,dj3,dj4;uchar a=0;uchar c=0;uchar beep=1;/***********************************************************/void Delay(uchar n)//毫秒延时{uint i,j;for(i=n;i>0;i--)for(j=0;j<1140;j++);}void Init_Timer0(void){TMOD |= 0x01;TH0=0xff;//定时器初值，定时100usTL0=0x9c;EA=1;ET0=1;TR0=1;}void INT0_SVC() interrupt 0{Key = ZLG7289_Key();k = Key; //Key的值复制到临时变量k中Key = 0xFF; //Key恢复为无按键状态flag=1;}void Init_zlg(void){Delay(10); //延时30ms，等待ZLG7289复位完毕ZLG7289_Init(4); //调用ZLG7289的初始化函数Delay(20);ZLG7289_Reset();Delay(10);}void Timer0_isr(void) interrupt 1 using 1//中断函数内部太过复杂，影响定时器计时精度，堆栈是否会溢出出问题？有待测试...{a+=1;c+=1;TH0=0xff;TL0=0x9c;if(a==M)//高电平持续时间{a=0;beep=0;}if(c==200)//低电平持续时间为（200-M）*100us{a=c=0;beep=1;}}void mov(uchar t ,uchar p,uchar n)//单步动作完成函数，t为控制执行时间参数，n为舵机编号选择{uchar i,j;M=p;//所需位置信息赋给舵机脉宽变量for(i=0;i<150;i++){if(flag)break;for(j=0;j<t;j++){switch(n){case 0:{P00=beep;dj0=p;break;}case 1:{P01=beep;dj1=p;break;}case 2:{P02=beep;dj2=p;break;}case 3:{P03=beep;dj3=p;break;}case 4:{P04=beep;dj4=p;break;}default:break;}}}}void auto_mov()//自动执行一串动作{mov(100,5,0);mov(60,7,1);mov(100,22,3);mov(200,17,4);mov(60,10,1);mov(60,8,2);mov(100,22,0);mov(80,7,1);mov(80,10,2);// mov(100,20,3);mov(200,8,4);mov(60,11,1);mov(60,11,2);mov(60,18,3);}void key_test(){for (;;){flag=0;if ( k != 0xFF ) //通过临时变量k判断是否有键按下，有则显示出来{ dat = k / 10;ZLG7289_Download(1,2,0,dat);dat = k - dat * 10;ZLG7289_Download(1,3,0,dat);//以下部分调节高电平脉宽，控制舵机转角switch(k){case 0:{ if(dj0>=5)dj0--;M=dj0;break;}case 1:{ if(dj1>=5)dj1--;M=dj1;break;} case 2:{ if(dj2>=5)dj2--;M=dj2;break;} case 3:{ if(dj3>=5)dj3--;M=dj3;break;} case 4:{ if(dj0<=23)dj0++;M=dj0;break;} case 5:{ if(dj1<=23)dj1++;M=dj1;break;} case 6:{ if(dj2<=23)dj2++;M=dj2;break;} case 7:{ if(dj3<=23)dj3++;M=dj3;break;} case 8:{ if(dj4<=23)dj4++;M=dj4;break;} case 9:{ if(dj4>=5)dj4--;M=dj4;break;} case 10:{auto_mov();k=0xff;break;} default:break;}while(k==0||k==4){P00=beep; if(flag)break;}while(k==1||k==5){P01=beep; if(flag)break;}while(k==2||k==6){P02=beep; if(flag)break;}while(k==3||k==7){P03=beep; if(flag)break;}while(k==8||k==9){P04=beep; if(flag)break;}}Delay(5);}}void main(){Init_Timer0();//初始化定时器设置Init_zlg();//初始化周立功7289IT0 = 1; //负边沿触发中断EX0 = 1;dj0=dj1=dj2=dj3=dj4=M;while(k==0xff)P00=P01=P02=P03=beep;key_test();}。
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江苏城市职业学院毕业设计（论文）（ 2014 届）设计（论文）题目工业机械手结构设计及其控制系统办学点（系）江苏城市职业学院张家港办学点专业机械设计与制造班级 11机械（普）学号 110404350507学生姓名朱涛起讫日期 2013年11月1日至2014年3月8日地点江苏城市职业学院张家港办学点指导教师王益飞职称讲师目录一工业机械手的发展趋势 (3)二机械手的概述 (3)三机械手总体方案的设计 (4)3.1 机械手的执行机构 (4)3.2 机械手的驱动要求 (5)3.3 机械手的控制方案 (6)四机械手的受力分析及尺寸确定 (6)五驱动机构的设计与计算 (9)六控制系统的设计与编程 (12)6.1 单片机控制电路的设计 (12)6.2 控制面板的设计 (19)6.3 控制程序的设计 (20)七机械手控制系统的调试 (22)八设计总结 (22)参考文献 (23)工业机械手结构设计及其控制系统朱涛摘要：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，控制步进电机的启停、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：四相步进电机，AT89C51 单片机，电机控制一、机械手的发展趋势工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。
工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。
他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。
机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。
机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。
尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。
在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重用。
二、机械手的概述工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量的柔性生产。
它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。
生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，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中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。
因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。
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。
步进电机的技术的日益成熟和广泛应用，使其定位精度高，便于控制的优势得以发挥，将步进电机与气动组合应用，使机械手的性能大大提高。
同时，随着单片机性能价格比的不断提高，单片机的应用领域非常广泛，目前，单片机已在国内外广泛应用于冶炼、机械、石油、交通运输等各个方面。
一般来说，单片机是自动生产线上不可缺少的控制部件。
单片机作为一种通用的工业控制器，适用于工业机械手的控制。
在该设计中，机械手的手爪的抓紧、放松采用气压驱动，手臂的上升、下降由步进电机来驱动，底盘的旋转由直流电机驱动，控制部分采用51单片机，型号为ST89C51。
目前，机械手向越来越紧凑，越来越快，越来越强力的方向发展，因为，紧凑的设计可便于在车间中安装。
较快的速度可提高生产量，而提高有效载荷能力，可以操作更大的零件。
三机械手总体方案的设计3.1 机械手的执行机构3.1.1手部手部是机械手直接用于抓取和握紧工件或夹持专用工具进行操作的部件，它具有模仿人手的功能，并安装于机械手手臂的前端。
机械手结构型式不象人手，它的手指形状也不象人的手指、，它没有手掌，只有自身的运动将物体包住，因此，手部结构及型式根据它的使用场合和被夹持工件的形状，尺寸，重量，材质以及被抓取部位等的不同而设计各种类型的手部结构，它一般可分为钳爪式，气吸式，电磁式和其他型式。
钳爪式手部结构由手指和传力机构组成。
其传力机构形式比较多，如滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜楔杠杆式、齿轮齿条式、弹簧杠杆式……等，这里采用滑槽杠杆式。
3.1.2手腕腕部是连接手部与臂部的部件，起支承手部的作用。
设计腕部时要注意以下几点：①结构紧凑，重量尽量轻。
②转动灵活，密封性要好。
③注意解决好腕部也手部、臂部的连接，以及各个自由度的位置检测、管线的布置以及润滑、维修、调整等问题④要适应工作环境的需要。
另外，通往手腕油缸的管道尽量从手臂内部通过，以便手腕转动时管路不扭转和不外露，使外形整齐。
3.1.3手臂臂部是机械手的主要执行部件，其作用是支承手部和腕部，并将被抓取的工件传送到给定位置和方位上，因而一般机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降运动。
手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的。
；立柱的横向移动即为手臂的横向移动。
手臂的各种运动通常由驱动机构和各种传动机构来实现，因此，它不仅仅承受被抓取工件的重量，而且承受手部、手腕、和手臂自身的重量。
手臂的结构、工作范围、灵活性以及抓重大小（即臂力）和定位精度等都直接影响机械手的工作性能，所以必须根据机械手的抓取重量、运动形式、自由度数、运动速度及其定位精度的要求来设计手臂的结构型式。
同时，设计时必须考虑到手臂的受力情况、油缸及导向装置的布置、内部管路与手腕的连接形式等因素。
因此设计臂部时一般要注意下述要求：①刚度要大为防止臂部在运动过程中产生过大的变形，手臂的截面形状的选择要合理。
弓字形截面弯曲刚度一般比圆截面大；空心管的弯曲刚度和扭曲刚度都比实心轴大得多。
所以常用钢管作臂杆及导向杆，用工字钢和槽钢作支承板。
②导向性要好为防止手臂在直线移动中，沿运动轴线发生相对运动，或设置导向装置，或设计方形、花键等形式的臂杆。
③偏重力矩要小所谓偏重力矩就是指臂部的重量对其支承回转轴所产生的静力矩。
为提高机器人的运动速度，要尽量减少臂部运动部分的重量，以减少偏重力矩和整个手臂对回转轴的转动惯量。
④运动要平稳、定位精度要高由于臂部运动速度越高、重量越大，惯性力引起的定位前的冲击也就越大，运动即不平稳，定位精度也不会高。
故应尽量减少小臂部运动部分的重量，使结构紧凑、重量轻，同时要采取一定的缓冲措施。
3.1.4、立柱立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。
机械手的立柱因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。
3.1.5、机座机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。
3.2 机械手的驱动要求3.2.1机械手的驱动方式该机械手一共具有三个独立的运动关节，连同末端机械手的运动，一共需要三个动力源。
机械手常用的驱动方式有液压驱动、气压驱动和电机驱动三种类型。
3.2.2机械手驱动系统的要求有：（1）驱动系统的质量尽可能要轻，单位质量的输出功率要高，效率也要高；（2）反应速度要快，即要求力矩质量比和力矩转动惯量比要大，能够进行频繁地起、制动，正、反转切换；（3）驱动尽可能灵活，位移偏差和速度偏差要小；（4）安全可靠；（5）操作和维护方便；（6）对环境无污染，噪声要小；（7）经济上合理。
3.3 机械手的控制方案由于单片机体积小，价格便宜且具有高稳定性和很强的抗干扰能力，因此本设计中用单片机取代PLC 控制。
四机械手的受力分析及尺寸确定4.1机械手的手部设计我们假设机械手抓取得重物为0.25千克，用Q表示，机械手手部的尺寸用L,l,a表示。
为了计算的方便，我们先不考虑机构本身的重量，摩擦力，以及运动的惯性，计算以后用系数进行补偿。
如下图所示，物体重力方向垂直向下，依靠手指对重物接触部位的摩擦力F，与重物的重力Q，相平衡而约束住重物。
下图为我们设计的机械手的手部示意图图4.1 杠杆式手指4.2机械手的受力分析下图为机械手的手部和物件的受力分析图图4.2 手指的受力情况图4.3 物体的受力情况4.3机械手的受力分析计算由受力分析图得知，手指受力平衡的条件是：4F-Q=0 (以为手指与物件有四处接触，所以为4F)因为 F=N1f 所以4N1f=QN1=N1计/2sina由上式得 N1计=Q/2fsinaK=K1K2式中：F———物件与手指接触处的摩擦力N1------物体与手指接触处的正压力f------物体与手指接触处的摩擦系数，一般为0.1---0.25 接触比较光不滑时取小值，接触面比较粗糙时取大值。
N1计-----手指应该具有的握紧力a------手指的抓取角，一般为45—75度需要的握紧力为N1需 =N1计K/η=Qksina/2fη式中：η-----手部的机械效率，一般为0.85---0.9K1----安全系数，一般为1.1---1.5K2----工作情况系数，一般为1.2---2.5假定传动力P需分别作用在两个手指上，每个手指上的所得到的传动力各为P需/2，根据其力矩平衡条件得：P需l/2-N1需L=0P需=2LN1需/lP需=LKQsina/lfη我们取l=10mm L=45mm a=60 度 Q=0.25kg η=0.9 K1=1.3 K2=2.0 f=0.2将数值带入上式P需=54mm×1.2×2.0×0.25×sin60/15mm×0.2×0.9=9.45N取整P需=10N五驱动机构的设计与计算5.1、根据动作的要求制定驱动机构的设计方案。
该电力机械手进行抓紧，旋转及升降运动。
因为该机械手的结构简单，所以搬运的工件较轻，总体重量比较轻，为减小系统的总体积，以及利于与外部的连接。