本科毕业论文-基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计.doc

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1、唐山学院毕业设计设计题目：基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计系别：信息工程系班级：11电气工程及其自动化3班姓　　名：刘亮指导教师：田红霞2015年6月1日基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计摘要机械臂控制器作为机械臂的大脑，对于它的研究有着十分重要的意义。随着微电子技术和控制方法的不断进步，以单片机作为控制器的控制系统越来越成熟。本课题正是基于单片机的机械臂控制系统的研究。本文首先介绍了国内外机械臂发展状况以及控制系统的发展状况。其次，阐述了四自由度机械手臂控制系统的硬件电路设计及软件实现。详

2、细阐述了机械臂控制系统中单片机及其外围电路设计、电源电路设计和舵机驱动电路设计。在程序设计中，着重介绍了利用微分插补法进行PWM调速的程序设计。并给出了控制器软件设计及流程图。最后，给出了系统调试中出现的软硬件问题，进行了详细的分析并给出了相应的解决办法。关键词：机械臂单片机自由度舵机PWMDesignofMultiDOFManipulatorControllerBasedonMCUAbstractAsthebrainofrobotarm,manipulatorcontrollerisveryimpo

3、rtantforitsresearch.Withthedevelopmentofmicroelectronicstechnologyandcontrolmethod,thecontrolsystemofMCUisbecomingmoreandmoremature.ThisthesisisbasedontheresearchofthemanipulatorcontrolsystemofMCU.Firstly,itisintroducedthedevelopmentofthemanipulatorandt

4、hecontrolsystemathomeandabroad.Secondly,itisgiventhecircuitandsoftwaredesignforthefourDOFmanipulatorinthisdisertation.itisexpatiatedtheSingleChipMicrocomputer(SCM),therelativecircuitdesign,Powercircuitdesign,anddrivercircuitdesignofmanipulatorcontrolsys

5、tem.Inthedesignoftheprogram,thedesignofPWMspeedregulationbydifferentialinterpolationisintroducedemphatically.Thesoftwaredesignandflowchartofthecontrolleraregiven.Finally,itispresentedtheproblemsofhardwareandsoftwareinpractivegivenresolves.Keyword:Manipu

6、lator;MCU;DOF;Steeringengine;PWM目录1引言11.1研究的背景和意义11.2国内外机械臂研究现状21.2.1国外机械臂研究现状21.2.2国内机械臂研究现状31.3机械臂控制器的发展现状31.4本设计研究的任务42机械结构与控制系统概述52.1机械结构52.2控制系统62.3系统功能介绍82.4舵机工作原理与控制方法82.4.1概述82.4.2舵机的组成82.4.3舵机工作原理93系统硬件电路设计113.1时钟电路设计113.2复位电路设计113.3控制器电源电路设计12

7、3.4舵机驱动电路133.5串口通信电路设计134系统软件设计144.1四自由机械臂轨迹规划154.2主程序设计164.3舵机调速程序设计174.3.1舵机PWM信号174.3.2利用微分插补法实现对多路PWM信号的输出184.4初末位置置换子程序214.5机械爪控制程序224.6定时器中断子程序234.6.1定时器T1中断程序234.6.2定时器T0中断子程序245系统软硬件调试255.1单片机系统开发调试工具255.1.1编程器255.1.2集成开发环境Keil和Protues255.2控制系统的

8、仿真265.3软件调试275.4硬件调试275.5软硬件联合调试286结论29谢辞30参考文献31附录32唐山学院毕业设计1引言1.1研究的背景和意义机器人是传统的机械结构学结合现代电子技术、电机学、计算机科学、控制理论、信息科学和传感器技术等多学科综合性高新技术产物,它是一种拟生结构、高速运行、重复操作和高精度机电一体化的自动化设备。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合[1