机械臂的控制论文

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本科学年论文（设计）

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20年9月日

目录

摘要 (4)

Abstract (5)

第一章：绪论 (6)

1.1 机械臂的发展史 (6)

1.2 国内外发展状况 (6)

1.3 课题研究背景 (7)

第二章系统整体设计思路 (7)

2．1 整体设计概述 (7)

2．2 单片机简介 (7)

2．3 系统硬件系统设计 (8)

2.3.1电路总框架图 (8)

2.3.2 硬件电路概括 (8)

2.3.2.1 单片机电路 (8)

2.3.2.2 稳压电路............................. (9)

2.3.2.3 舵机驱动电路 (9)

2.3.2.4 传感器电路 (10)

2．4 系统软件系统设计 (10)

2.4.1 编程思想 (10)

2.4.2 程序流程图 (11)

2.4.3 程序及注释 (12)

第三章PCB设计 (19)

3．1 PCB设计过程 (19)

3．2 零件布局 (20)

3．3 布线 (21)

3．4 放置敷铜 (19)

3. 5 PCB电路图 (21)

第四章：设计过程问题分析 (22)

第五章：总结 (23)

致谢 (23)

参考文献 (24)

基于C8051F310单片机的机械臂的设计

摘要：随着时代的进步，机械臂技术的应用已越来越普及，已逐渐渗透到军事、航天、医疗、日常生活及教育娱乐等各个领域。慢慢取代了人类的劳动，尤其是代替人到不能或不适宜去的、有危险等的环境中。

一个完整的机械臂系统主要包括机械、硬件和软件等部分。设计时需要考虑结构设计、控制系统设计、运动学分析等部分，对于整个研发工作，需要把各个部分紧密联系，互相协调设计。本文旨在介绍2010-2011学年论文—机械臂的设计方案。通过C8051F310单片机对五路舵机的分别控制，实现具有五个自由度的机械臂的功能，该机械臂具有灵活、稳定、反应快速、用途广等优点。

关键词：机械臂，单片机，自由度

Based on C8051F310 SCM design of mechanical arm

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Abstract

With the progress of The Times, the application of mechanical arm technology has become more and more popular, already permeates gradually to military and aerospace, medical treatment, the daily life and the education entertainment, and other fields. Slowly replaced human labor, especially instead of people to be or not to go, is dangerous for the environment.

A complete mechanical arm the system includes machinery, hardware and software, and other parts. The design consideration of the need when structure design, control system design, kinematics analysis, for the whole of research and development work of each part, need to close contact each other, coordinate design. This paper aims to introduce the 2010 2011 academic year paper design scheme of mechanical arm. Through the C8051F310 microcontroller to five road of steering gear control to realize respectively with five of the freedom of the function of the mechanical arm, the mechanical arm with flexible, stable and quick response, wide application, etc.

Keywords: Mechanical arm, SCM, degrees of freedom

第一章绪论

1.1 机械臂的发展史

随着社会分工的细化，从事简单重复工作的人们强烈渴望有某种能代替自己工作的机械臂出现，1946年第一台数字电子计算机问世以来，计算机取得了惊人的进步，向高速度、大容量、低价格的方向发展。同时，大批量生产的迫切需求推动了自动化技术的进展，又为机械臂的开发奠定了基础。另一方面，核能技术的研究要求某些操作机械代替人处理放射性物质。在这一需求背景下，美国于1947年开发了遥控机械手，1948年又开发了机械式的主从机械手。

机械臂首先是从美国开始研制的。1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利。该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现。这就是所谓的再现机器人。现有的机器人差不多都采用这种控制方式。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械臂铆接机器人。作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”。这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势:

1.2 国内外发展状况

(1)工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。

(2)机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化:由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机;国外已有模块化装配机器人产品问市。