六自由度机器人报告书

六自由度机械手设计

课程名称：机电系统设计

学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：学号：

年级：任课教师：

2013年 1 月 5 日

目录

第一章绪论 (3)

1.1 工业机械手的介绍 (3)

1.2 工业机械手应用前景 (3)

第二章六自由度机械手系统简介 (5)

2.1、机械手系统简介 (5)

2.2、机械手系统的组成及其控制过程 (5)

2.3 六自由度机械手总体方案框图设计 (6)

第三章机器手的机械系统 (7)

3.1、机械系统结构简图 (7)

3.2、关节布置和结构特点 (9)

第四章机械手的控制系统 (10)

4.1 控制系统 (10)

4.1.1 控制系统的基本组成框图 (10)

4.1.2 晶振电路 (11)

4.1.3 AT89S52单片机 (12)

4.2 驱动系统 (13)

4.2.1 L298N芯片 (13)

4.3 控制系统整体接线图 (16)

第五章总结 (17)

第六章程序 (18)

参考文献 (24)

第一章绪论

1.1 工业机械手的介绍

随着现代科技和现代工业的发展，工业的自动化程度越来越高。工业的自动化中机械手发挥了相当大的作用，小到机床的自动换刀机械手，大到整个的全自动无人值守工厂，无一不能看到机械手的身影。机械手在工业中的应用可以确保运转周期的连贯，提高品质。另外，由于机械手的控制精确，还可以提高零件的精度。机械手在工业中的应用十分广泛，如：

1、以提高生产过程中的自动化程度

应用机械手有利于实现材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化的程度，从而可以提高劳动生产率和降低生产成本。

2、以改善劳动条件，避免人身事故

在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空间狭窄的场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的，而应用机械手即可部分或全部代替人安全的完成作业，使劳动条件得以改善。在一些简单、重复，特别是较笨重的操作中，以机械手代替人进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。

3、可以减轻人力，并便于有节奏的生产

应用机械手代替人进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续的工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床的综合加工自动线上，目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确的控制生产的节拍，便于有节奏的进行工作生产。

1.2 工业机械手应用前景

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确

性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。

机械手是在机械化，自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术邻域内，迅速发殿起来的一门新兴的技术，它更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举重物的力量比人手力大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛地得到了应用

第二章六自由度机械手系统简介

2.1、机械手系统简介

机械手是一种具有高度的能动性和高度灵活性的自动化机器，是一种复杂的机电一体化设备。

本实验采用AT89S52单片机直接控制，但单片机的输出电流太小，不能直接与步进电机相连，需要增加驱动电路，通过驱动电路形成控制系统，通过控制电机的转动角度，以实现机械手的不同功能。

该机器手采用串联式开链结构，机器手各连杆由旋转关节关节串联连接，各关节轴线相互平行或垂直。关节的作用是使相互联接的两个连杆产生相对运动。机器手各关节采用步进电机驱动，并通过软件编程和单片机实现对机器人的控制，使机器手能够在工作空间内任意位置精确定位。

2.2、机械手系统的组成及其控制过程

实验机械手由6个步进电机组成，实现机械手六自由度运动。以AT89S52单片机作为系统控制核心，基于软件模拟串行通信程序，实现AT89S52串行通信，使其与电机驱动系统进行串行通信，同步的、连续的、精确的控制步进电机的转动，以实现精确定位、连续动作。

该机械手主要由三大部分组成：（1）执行系统：底座、铝质手臂、末端夹取装置等组成。（2）驱动系统：光电耦合器，功率放大器，脉冲发生器等组成。（3）控制系统：AT89S52单片机，晶振电路等组成。

机械手系统具体的操作过程：在计算机上编号程序，利用keil软件编译生成hex 文件，通过转串口下载线将计算机USB端口与机械人的控制主单元AT89S52单片机的下载端口连接，使用转串口烧程序软件将编好的程序下载烧录到单片机中，AT89S52单片机产生PWM脉冲控制驱动系统，通过驱动系统在各个端口产生PWM信号，利用占空比的不同驱动六个关节的电机到指定的位置，实现机械手到不同位置，不同姿态的控制。

2.3 六自由度机械手总体方案框图设计

根据系统要求画出基于AT89S52单片机控制的总体方案框图如图2-1所示：

图2-1

第三章机器手的机械系统

3.1、机械系统结构简图

该机器手的机械部分主要由三大部分构成：机座、手臂（包括手腕）、手部（末端操作器）。如图3-1所示：

图3-1三维机械结构简图

（1）、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。

该实验中所用机器手机座用于实现回转运动，有一个自由度，如图3-2所示。

图3-2

（2）、手部：