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基于单片机的简朴单纯机械手的设计

宣布时间:2010年08月10日 14:08    宣布者:lavida
要害词: 单片机 , 机械手
机械手是近几十年生长起来的一种高科技自动化临盆装备,它的特点是可经由历程编程来完成种种预期的作业义务,在结构和性能上兼有人和机械各自的优点,特殊体现了人的智能温柔应性。机械手作业的准确性和种种情形中完成作业的才干,在公正易近经济各领域有着辽阔的生长远景。  

1 机械手的基泉源基础理  

机械手主要由手部和运念头构组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件,凭证被抓持物件的形状、尺寸、重量、质料和作业请求而有多种结构形式,如夹持型、托持型和吸附型等。运念头构使手部完成种种迁徙改变(摆动)、移动或复合运动来完成划定的行动,改变被抓持物件的职位和姿势。运念头构的升降、伸缩、改变等自力运动要领,称为机械手的自在度。自在度是机械手设计的要害参数。自在度越多,机械手的无邪性越年夜,通用性越广,其结构也越严重年夜。浅易公用机械手有2~3 个自在度。  

本文接纳单片机 AT89S52 作为控制系统的焦点部件,在驱动系统中接纳日本FUTABAS3003 舵机(即电动式)来组成基本的控制传动系统,在机构的拼装上接纳3 自在度全金属结构,到达自动抓取重物并转移的目的。  

2 系统硬件设计  

2.1 动力系统的选择  

一个告成的机械手必须要有强年夜的动力系统和精准的旌旗暗记系统。现在,机械手经常应用的动力系统有液压式、气动式、电动式、机械式。本文选择电动式作为机械手的动力系统。在机械人电机控制系统中,舵机控制效果是性能的主要影响因素。舵机可以在微电机系统和航模中作为基本的输入推行机构,其质朴的控制和输入使得单片机系统异常容易与之接口,以是本文选择舵机驱动系统。它吸收一定的控制旌旗暗记,输入一定的角度,异常适用于那些须要角度赓续变换并可以保持的控制系统。本文选用的舵机为FUBATA 的,型号为S3003。其主要手艺参数以下:①转速:0.23 秒/60 度。②力矩:3.2kg·cm。③尺寸:44.1mm×26.6mm×36.1mm。④重量:37.2g。⑤5V 电源供电。  

2.2 控制系统的选择  

在选择好动力系统的同时,所要推敲的是若何发生控制舵机运动的控制旌旗暗记,本文选择单片机AT89S52 作为控制单元,单片机可使PWM(脉冲调制)旌旗暗记的脉冲宽度完成微秒级的变换,从而前进舵机的转角精度。单片机完成控制算法,再将盘算效果转化为PWM 旌旗暗记输入到舵机,由于单片机系统是一个数字系统,其控制旌旗暗记的变换完全依附硬件计数,以是受外界滋扰较小,所有系统使命可靠。  

2.3 舵机控制器的全体硬件设计  

单片机系统完成对舵机输入转角的控制,必须首先完成两个义务:首先是发生基本的PWM 周期旌旗暗记,由于FUTABA-S3003 外部的比对旌旗暗记周期为20ms,以是本设计也要发生20ms的周期旌旗暗记;其次是脉宽的调剂,即单片机模拟PWM 旌旗暗记的输入,而且调剂占空比。接纳的控制要领是改变单片机的一个准时器中止的初值,将20ms 分为两次中止推行,一次短准时中止和一次长准时中止。这样既节俭了硬件电路,也增添了软件开支,控制系统使命效力和控制精度都很高。详细如图1 所示:例如想让舵机转向30 度的角度,它的正脉冲为0.7ms,则负脉冲为20ms-0.7ms=19.3ms,以是按下30 度的按键,按下的同时控制口P1.0 发送高电平,然后设置准时器在0.7ms 后发生中止,中止发生后,在中止法式模范模范里将控制口P1.0 改成低电平,并将中止时间改成19.3ms,再过19.3ms 进入下一次准时中止,再将控制口P1.0 改成高电平,并将准时器初值改成0.7ms,期待下次中止到来,云云往复完成PWM 旌旗暗记输入到舵机。用修改准时器中止初值的措施巧妙组成了脉冲旌旗暗记,调剂时间段的宽度便可使伺服舵机敏活运动。 为保证软件在准时中止里不搜集其他旌旗暗记,而且使发生PWM 旌旗暗记的法式模范模范不影响中止法式模范模范的运转(假定这些法式模范模范所占用时间太长,有能够会发生中止法式模范模范还未阻拦,下次中止又到来的效果),以是须要将搜集旌旗暗记的函数放在长准时中止历程当中推行,也就是说每经由两次中止推行一次这些法式模范模范,推行的周期照样20ms。在图1 中的九个按键是控制旌旗暗记输入的控制键,指导灯起到指导作用,在P1.0 口是控制旌旗暗记输入端口。  



图 1 单片机控制器控制一舵机电路图  

以上是单片机对一个舵机控制的电路,单片机控制器控制三舵电机路图如图 2 所示。  



图2 单片机控制器控制三舵电机路图  

3 系统软件设计  


图3 单片机控制器控制三舵机主法式模范模范流程图  

软件法式模范模范设计中网罗一个主法式模范模范和三个子法式模范模范。单片机控制三舵机主法式模范模范流程图如图3所示。主法式模范模范中开关KK 是决议自动或手动的按键,在自动档里,经由历程三个舵机的分时迁徙改变可以完成机械手的自动抓取物体并移动的目的。当KK 打得手动档时,K1、K2、K3 是三个舵机的选择开关,KK2、KK2 是控制电机正反迁徙改变的开关,每次按下都有脉冲输入给舵机阻拦比对,完成转向的目的。三个子法式模范模范为自动运转法式模范模范、脉冲旌旗暗记输入法式模范模范和延时法式模范模范。  

4 机械手的物理结构  

机械手是三自在度扭转机械手,主要由手,肘,和肩组成。手就是夹持物体的部门,由一舵机控制它的张合。肘是控制所有手臂曲折运动的部件,由一个舵机控制。肩即机械手的底盘控制手臂水平面上的迁徙改变。物理结构图以下图4。  



图 4 机械手实物图  

5 阻拦语  

经由对机械人舵机控制的测试注解,舵机控制系统使命稳固,PWM 占空比 (0.3~2.5ms的正脉冲宽度)和舵机的转角(-90°~90°)线性度较好。经由系统的组装和调试较好的完成了机械手自动和手动两种要领的抓取并转移物体的目的。本文作者的创新点:详细的简介了应用单片机完成简朴单纯机械人设计的一种新措施,该措施资源低,易于完成。
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