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1、吉林高校珠海学院毕业设计六自由度机械手臂限制系统设计TheContro1.SystemDesignofManipuIatorwithSixDof系另U:电子信息系专业：自动化姓名：郑晓彬学号：03101512指导老师姓名、职称：张贺东、副教授完成日期年月日吉林高校珠海学院本科毕业设计开题报告选题六自由度机械手臂限制系统设计院系电子信息系专业自动化学生姓名郑晓彬指导老师张贺东本选题的意义及国内外发展状况：随着工业生产效率的提高以及单片机在机械限制方面的广泛应用，机械手已逐步代替人工操作，在工厂车间得到了广泛的应用。在工业生产中，应用机械手的意义可以概括如下：1、提高了生产过程中的自动化程度2、改

2、善了劳动条件,避开人身事故3、可以减轻人力，便于规模化生产我国机械手技术起步较晚，进入20世纪90年头后，机械手的探讨步入正轨，在彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上,在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上都得到了广泛应用.机械手作业的精确性和各种环境中完成作业的实力，在国民经济各领域有着广袤的发展前景。1958年美国联合限制公司研制出第台机械手，接着德国机械制造业从1970年起先应用机械手，主要用F起重运输、焊接和设备的上下料等作业.日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后，大力从事机械手的探讨。探讨内容：1、机械手限制技术：重点探讨模块化限

3、制系统。2、多传感器系统：为进一步提高机械手的适应性和白由度，多传感器的应用是问题解决的关键，此外还需探讨传感器系统的好用性。3、机械手遥控技术：自动和半自动技术，机械手与操作者之间的协调限制。4、模拟人手限制技术：通过手菖的动作干脆限制机械手.探讨方法、手段及步骤：首先查阅机械手臂的相关设计资料，包括书籍、期刊、论文.在此基础上，分析确定六自由度机械手臂的设计方案。机械手的整体设计形式，主要取决于机械手的工作要求、运动形式、作业环境等。再进行机械手硬件结构的设计和安装,用电位器组奘一个相同自由度的关节限制器，用以限制六自由度机械手。分模块进行编程。这些模块有：舵机限制模块、电位器AD采样模块

4、、无线传输模块。各模块调试完之后，再进行系统的整体谢试。参考文献：1 .宋伟刚.机器人学一一运动学、动力学与限制M,北京：科学出版社,20072 .富瓢、刘美俊.排爆机器人的探讨与开发M北京：电子工业出版社,20103 .丹尼斯克拉克、迈克尔欧文斯.机器人设计与限制M.宗光华、张慧慈译.北京：科学出版社,20044 .迈克.普瑞德科.机罂人限制器与程序设计制.宗光华、李大寨译.北京:科学出版社,20045 .郭天祥.新概念51的片机C语言教程M.北京：电子工业出版社,20096 .H.Asada,J.-J.E.S1.otine.RobotAna1.ysisandContro1.M.Wi1.ey

5、-Interscience,1986摘要机械手作为机器人领域的个重要组成部分，它广泛的应用将有助于提高劳动生产效率和工作效率，节约人工成本，减轻劳动强度，改善工作条件，在将来将拥有特别广袤的应用前景。此次探讨的机械手采纳电位器作为传感器，由人手干脆操作机械手的完成动作。机械手硬件由四个部分组成，分别是底座、手臂、手腕、夹持：,每一部分都由舵机单独限制,运用铝合金支架，并配套螺丝、螺母进行组装和固定。ATmega16单片机作为限制系统的核心，分为主机和从机两部分。主机对电位器模拟量进行采样，A/D转换的数字量结果发送给从机，从机把接收到的数字垃转化为P那!信号限制舵机，使馆机转动相应的角度.本设

6、计主要探讨六自由度机械手遥控技术，即机械手与操作者之间的协调限制,模拟人手限制技术，即通过安装在手耨上的电位器感知人手的动作位置，从而干脆限制机械手完成相应的动作。关键字：ATmega16：舵机:A/D采样TheContro1.SystemDesignofManipu1.atorwithSixDofABSTRACTManipu1.atorisanimportantpartinthefie1.dofrobot.ItsWideapp1.icationwi11contributetoincreasing1.aborproductivityandoperatingefficiency,saving1.

7、aborcost,reducing1.aborintensityandinprovi11theoperationconditions.Manipu1.atorwou1.dhave1imit1.essapp1.icationinthefuture.Inthisstudy,manipu1.atoradoptspotentiometerassensors,whichcomp1.etestheactionofitdirect1.ybyhand.Thehardwareofmanipu1.atorisconstitutedbyourparts:base,arm,wrist,ho1.der.EaChPar1

8、.iscontro1.1.edbyservoSeptirate1.y1usinga1.uminuma1.1.oyframe,assemb1.edandfixedbyscrewandnut.ATmega16MCUisthecoreofcontro1.system,whichdividedintotwoparts,hostands1.ave.Thehostsamp1.esthepotentiometerana1.og.Theresu1.tsoDconversionofdigita1.quantitysendtothes1.ave.Thenthes1.aveconvertsthedigita1.qu

9、antityintoPWMsigna1.tocontro1.servotorotatecorrespondingang1.e.Thedesignmain1.ystudiesthecontro1.systemofmanipu1.atorwithsixdof.Thatisthecoordinationcontro1.betweenmanipu1.atorandoperator.ItSacontro1.techno1.ogythatmanipu1.atorfo1.1.owingthemovementofhumanhand.ThatisaccordingIoinsta1.1.ingonthearmof

10、thePo1.enIiOme1.erPerCeiVingtheactionPOSi1.iOnohumanhandstocontro1.themanipu1.atortocomp1.etethecorrespondingactiondirect1.y.Keywords:ATmega16,servo,A/Dsamp1.e1绪论O1.1 机械手的现状O1.2 机械手的发展前景O1.3 探讨意义11.4 探讨的主要内容12硬件系统的总体结构22.1 硬件系统的总体结构22.2 机械手的硬件结构组成23方案设计43.1 限制处理器的论证与选择43.2 驱动电机的论证与选择53.3 无线模块的论证与选择5

11、4硬件设计64.1 ATmega1.6单片机限制电路64.1.1 ATmega16单片机的组成64.1.2 ATmega16的引脚功能64.1.3 ATmega16单片机基本硬件电路94.2 X1.IO5-232无线模块I1.4.2.1X1.105-232模块简介114.2.2X1.1.O5-232特点I1.4.2.3XI.105-232模块的应用114.2.4XI.105-232管脚定义125机械手驱动电机一一舵机135.1 舵机的组成135.2 舵机的工作原理135.3 舵机的限制156软件设计166.1软件设计概述166. 2A/D采样程序设计176.3 舵机限制程序设计186.4 无线

12、模块程序设计197系统调试208结论21附录一22附录二23参考文献26致谢271绪论自20世纪70年头起先，工业机械手得到r很大程度上的发展，己经成为在自动化生产中一种无法取代的设备。机械手综合了多学科的最新探讨成果，作为工业机器人的一个重要组成部分。人们可通过编写相应的指令程序让机械手完成各种指定的动作，或看是让机械手有自主的适应和判别实力.1.1 机械手的现状在自动化生产过程中，人们会运用能够抓取和移动工件的自动扮装置，我们把这种装理称之为机械手。在生产和应用的实际当中，并不是单纯的运用机械手来替代人工劳动，而是把机械手作为综合人和机器特长的一种电子机械装置。随着科技的进步，机器人技术取

13、得了突破性的进展，这也更加促进了机械手的发展。在短短的几十年中，伴随着科学技术的进步和工业生产的需求，机械手已经发展J儿个阶段：第一个阶段是机械手能够基于某种特定指令从而完成相应动作的过程：其次个阶段是机械F通过传感器有肯定自主实力的过程：第三个阶段是机械手慢慢地向智能型方向发展的过程。在我国，机械手的研制较发达国家晚，并由于各方面的缘由在技术的应用和发展上也较为缓慢。但是近些年，我国起先引进国外机械手技术，从仿制到改造，最终实现自主的创新。些科研的位和高校也主动参加到机械手的研制中，现有在进行工业机器人研制开发或从事工业应用的单位达到200家以上,而且探讨单位和从事的科研人员每年都在增加。1

14、.2 机械手的发展前景在国内，机械手的应用越来越广泛，注意对热处理、铸造、焊接等方面机械手的手展。从而有利于降低劳动强度，改善作业条件。除r专用机械手外，通用机械手也得到了发展，卜.一步还将研制示教机械手、组合机械户等。在机械手指标上，要以提高速度、削减冲击、正确定位为目标，让机械手能够在应用中发挥更好的作用。在国外，目前主婴是探讨智能型机械手。通过大量传感器的应用，使机械手有感知实力，能依据外界条件的变更做相应的姿态调整。假如位置稍有偏差时，就可以自动进行检测和校正。重点是探讨视觉和触觉功能，使机械手能够像人样有感知和自我推断实力，这项探讨目前己经取得了肯定的成果.世界高端工业机械手均有高精

15、化、速化、轻量化、多轴化的发展趋势。在定位精度上，不但满意微米级要求，甚至达到了亚微米级，运行速度能够达到3M/S,量产产品达到6轴“随若机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向者生物技术、生命科学、电子信息及航空航天等高端行业发展。可以预见，在将来机械手肯定会在工业生产以及人们的日常生活中做出更大的贡献。1.3 探讨意义机械手主要用于几个方面：恶劣的工作环境及危急的工作、极限作业和特别作业场合、自动化生产领域.在应用的RI时给人类带来了很多好处，比如:削减了劳动费用、提高了生产效率、改进了产品质量、削减了材料奢侈等等。本次探讨的机械手是须要人工操作的，依据人手的动作完成相应匹配的动作，这种类型的机械手广泛用于原子能和军事工业，还有一些医疗手术器械.1.4 探讨的主要内容本设计主要探讨六自由度机械手遥控技术，即机械手与操作者之间的协调限制。模拟人手限制技术，即通过人手菖上的电位器感知人手的动作位也，从而干脆限制机械手完成相应的动作。2硬件系统的总体结构本系统的六自由度机械手自行设计，由自主组装完成，下面介绍机械手的总体结构和硬件结构，为六自由度机械手限制系统