机械臂设计论文.docx

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
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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,%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一单片机控制机械臂,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
图2
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。

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—10ms,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。具体的做法就是在判断键有没有闭合时加入延时来避开抖动。为了避免误操作,要使每次按键只进行一次操作,需要对按键有没有释放进行判断,同样引入延时判断环节,保证操作正常。

单片机控制分析电路如图4所示,此电路由单片机最小系统和一个按键输入系统构成。
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少进电机用的是12V的两相四线直线少进电机,少进电机的正反转控制输入直接用两个按键,通过单片机读入开关状态从而选择电机的正反转程序运行,驱动电路芯片选用L298。
L298可驱动电感性负载,1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻,形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机,0UT1、0UT2和0UT3、0UT4之间可分别接电动机,我们选用