基于單片機(jī)的工業(yè)機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)基于單片機(jī)的工業(yè)機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)作者：陳丹妮 陳思德 趙建宇 劉書苑來(lái)源：新生代下半月2019年第02期【摘要】：本設(shè)計(jì)是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中搬運(yùn)機(jī)器人的模擬，以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，結(jié)合無(wú)線路由器和手機(jī)控制端程序?qū)C(jī)械臂和小車底盤實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制，設(shè)計(jì)出一種能夠在無(wú)線信號(hào)控制下完成抓取、搬運(yùn)貨物等功能的智能機(jī)器人?？刂贫酥噶钣蔁o(wú)線路由器發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)控制四自由度機(jī)械臂抓起物體，再由小車底盤對(duì)物體進(jìn)行運(yùn)輸，到達(dá)指定地點(diǎn)后機(jī)械臂放下物體，完成搬運(yùn)任務(wù)。此外，本設(shè)

2、計(jì)還具有視頻監(jiān)控功能，它可以將現(xiàn)場(chǎng)畫面實(shí)時(shí)地傳送給操作人員，使操作人員對(duì)工廠的情況進(jìn)行及時(shí)的進(jìn)行掌握和了解?！娟P(guān)鍵詞】：STC12C5A60S2單片機(jī) 機(jī)械臂 舵機(jī) 小車 無(wú)線控制在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，人們的生活質(zhì)量得到了極大的改善，人們?cè)谏钌蠈?duì)物質(zhì)的需求量逐漸增大，傳統(tǒng)的手工業(yè)生產(chǎn)方式早已無(wú)法滿足人們對(duì)各類產(chǎn)品的需求，所以工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)亟需得到發(fā)展。工廠為了提高生產(chǎn)效率，確保生產(chǎn)質(zhì)量，逐漸開始重視工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化，工業(yè)機(jī)器人作為自動(dòng)化生產(chǎn)線的主要組成部分，逐漸被越來(lái)越多的生產(chǎn)企業(yè)所認(rèn)可，并投入使用。1.研究意義提高工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)水平和普及程度，不僅可以提升工廠的生產(chǎn)效率、確保

3、其產(chǎn)品的質(zhì)量，還可以改善工人的工作環(huán)境和減輕他們的工作強(qiáng)度、降低生產(chǎn)成本、節(jié)省原材料、提高生產(chǎn)力水平、解放勞動(dòng)力。工業(yè)機(jī)器人正推動(dòng)著我們的社會(huì)由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)型，對(duì)提高社會(huì)生產(chǎn)力和增加經(jīng)濟(jì)效應(yīng)有著非常重要的意義。機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展像互聯(lián)網(wǎng)一樣改變著我們的生產(chǎn)生活方式，其發(fā)展前景十分樂觀。2.基本原理此次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)能完成以下幾項(xiàng)工作。進(jìn)行搬運(yùn)工作時(shí)，通過無(wú)線局域網(wǎng)遠(yuǎn)程控制完成所有操作?？刂茩C(jī)器人運(yùn)動(dòng)至貨物前方，調(diào)整合適的工作角度，張開機(jī)械爪對(duì)準(zhǔn)貨物并夾緊。再發(fā)出指令，使機(jī)械臂抬起貨物，移動(dòng)小車到指定位置，操縱機(jī)械臂放穩(wěn)貨物，張開機(jī)械臂，此時(shí)指令發(fā)布完畢，搬運(yùn)任務(wù)結(jié)束。此外，還可

4、以通過裝載數(shù)字?jǐn)z像頭，將工作現(xiàn)場(chǎng)及周邊的情況通過視頻的形式實(shí)時(shí)發(fā)送給操作人員，讓操作人員對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)的具體環(huán)境加以了解，便于工作人員時(shí)刻了解工廠狀況。本設(shè)計(jì)的材料價(jià)格低廉，使用壽命長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，達(dá)到節(jié)省人力的目的，可運(yùn)用在各工業(yè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1機(jī)械臂模塊設(shè)計(jì)機(jī)械臂是本次工業(yè)機(jī)器人控制器設(shè)計(jì)的重要組成部分。機(jī)器人行業(yè)發(fā)展至今，機(jī)械臂種類和樣式也五花八門，本次設(shè)計(jì)選用的機(jī)械臂家族中的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂。通常，六自由機(jī)械臂可以到達(dá)空間中任意位置，但對(duì)于本設(shè)計(jì)而言，由于機(jī)械臂下連接在能自由運(yùn)動(dòng)機(jī)器人小車底盤上，所以并不需要擁有完整的六個(gè)自由度，而只需四個(gè)自由度，配合小車底盤的運(yùn)

5、動(dòng)，也能完成任意位置貨物的抓取。它由四個(gè)舵機(jī)和金屬支架構(gòu)成，擁有四個(gè)自由度，金屬支架在舵機(jī)的帶動(dòng)下可完成一系列動(dòng)作：一號(hào)舵機(jī)帶動(dòng)機(jī)械爪完成張合動(dòng)作，二號(hào)舵機(jī)帶動(dòng)機(jī)械爪實(shí)現(xiàn)機(jī)械爪整體旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，三號(hào)和四號(hào)舵機(jī)相互配合可完成機(jī)械臂伸縮和升降的動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人可通過機(jī)械臂在四路舵機(jī)的配合下帶動(dòng)其完成抓取、夾持、搬運(yùn)等動(dòng)作。此機(jī)械臂具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，重量輕慣性小，動(dòng)作精準(zhǔn)，負(fù)載大，動(dòng)作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。3.2小車模塊設(shè)計(jì)小車模塊是工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)部分，相當(dāng)于機(jī)器人的“雙腿”，它能載著機(jī)器人的主體，移動(dòng)到平面上的任意一個(gè)角落，配合機(jī)械臂完成貨物搬運(yùn)任務(wù)。本設(shè)計(jì)采用四輪驅(qū)動(dòng)小車底盤，由四個(gè)直流減速電機(jī)帶動(dòng)，通過程序的

6、控制，可完成前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等動(dòng)作。同時(shí)，它的原地轉(zhuǎn)向功能也為機(jī)械臂提供了第五個(gè)自由度（繞z軸轉(zhuǎn)動(dòng)），進(jìn)一步提高了工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)的靈活度。3.3線通信模塊設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，無(wú)線通信模塊是控制端與機(jī)器人執(zhí)行部分的一個(gè)媒介，它能將控制端的控制指令以WIFI的形式發(fā)給單片機(jī)，同時(shí)，把攝像頭傳來(lái)的視頻畫面?zhèn)鹘o控制端，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的無(wú)線控制和遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的功能?，F(xiàn)在市面上的路由器普遍采用OpenWrt操作系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以為設(shè)計(jì)者提供一個(gè)可以自由編輯的平臺(tái)，用戶可以自己的意愿和需要安裝程序和驅(qū)動(dòng)，此時(shí)，路由器就像是裝有Linux一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。無(wú)線路由器與手機(jī)控制端建立連接，手機(jī)操作界面的按鈕值對(duì)

7、應(yīng)為控制指令，將控制端發(fā)出的控制信號(hào)指令通過WIFI通道傳遞給無(wú)線路由器，無(wú)線路由器的引出線與單片機(jī)的串口相連，無(wú)線路由器接收指令信號(hào)并通過引出線將信號(hào)傳送給單片機(jī)串口，實(shí)現(xiàn)控制端通過無(wú)線模塊與單片機(jī)進(jìn)行串口通信了。指令經(jīng)單片機(jī)解析后，通過單片機(jī)串口輸出就可根據(jù)控制指令實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械臂和小車實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程無(wú)線控制。3.4視頻采集模塊設(shè)計(jì)視頻采集模塊式工業(yè)機(jī)器人的眼睛，它能將采集到的現(xiàn)場(chǎng)畫面，以視頻的形式實(shí)時(shí)傳給操作人員，以便工作人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的掌握和了解，并操縱機(jī)器人完成相應(yīng)的工業(yè)生產(chǎn)任務(wù)。它的工作原理是將圖像傳感器捕捉到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像信號(hào)，數(shù)字圖像信號(hào)通過USB線傳給無(wú)線路由器，路由器內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒉杉囊曨l信息通過無(wú)線局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳送給控制段程序。4.工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)展望雖然工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的各項(xiàng)功能已基本實(shí)現(xiàn)，但還存在一些缺陷和不足。如運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，可以進(jìn)行如下改進(jìn)和補(bǔ)充：（1）可以在工業(yè)機(jī)器人上增加溫度、濕度、氣體或聲音傳感器，讓操作人員對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境有全方位的了解。（2）可以把機(jī)械臂一些常用的動(dòng)作比如抓取和放下貨物，分別設(shè)定成兩個(gè)固定的動(dòng)作組，用兩個(gè)按鍵就可控制，而不用分別操作機(jī)械臂的四個(gè)自由度，以提高工作效率和節(jié)省了人力。（3）目前工業(yè)機(jī)器人為手動(dòng)控制，對(duì)一些往復(fù)、單調(diào)的