基于单片机的机械手运动控制系统设计说明

广西轻工业ＧＵＡＮＧＸＩＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＩＧＨＴＩＮＤＵＳＴＲＹ计算机与信息技术２００８年８月第８期（总第１１７期）【作者简介】方龙，副教授，从事电子技术的教学与科研工作。

１引言机器手臂是近几十年来涌现的一种工业技术装备，它能模仿人体上肢某些动作，在生产过程中代替人搬运物件或操持工具进行操作。

在工业生产中应用机器手臂，可以提高劳动生产率，保证产品质量，减轻工人劳动强度，实现生产过程自动化。

因此近年来工业机器手的应用越来越普遍。

机器手臂具有两个部分：控制部分和直接进行工作的部分。

控制系统通过编程，决定直接工作的机器臂部分。

由于采用程序控制，所以很容易根据需要改变其工作方式和任务。

本设计结合坐标式三自由度机器机器手臂模型，应用单片机控制。

该手臂具有二或三个关节，夹持装置，采用３台微型伺服马达驱动，至少可以完成抬臂、转臂、抓取物体等简单动作。

电机的驱动控制器由单片机ＡＴ８９Ｃ５１实现，使其按程序和操作要求实现抓取、搬运物体。

２伺服马达微型伺服马达有着如下的优点：大扭力、控制简单、装配灵活。

一个微型伺服马达内部包括了一个小型直流马达、一组变速齿轮组、一个反馈可调电位器及一块电子控制板。

其中高速转动的直流马达提供了原始动力，带动变速（减速）齿轮组，使之产生高扭力的输出，齿轮组的变速比愈大，伺服马达的输出扭力也愈大，也就是说越能承受更大的重量，但转动的速度也愈低。

减速齿轮组由马达驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动马达正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为０，从而达到使伺服马达精确定位的目的。

伺服马达的瞬时运动速度是由其内部的直流马达和变速齿轮组的配合决定的，在恒定的电压驱动下，其数值唯一。

但其平均运动速度可通过ＰＷＭ方式控制。

标准的微型伺服电机有三条控制线，分别为：电源，地及控制线。

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PWMDesign of Multi DOF Manipulator ControllerBased on MCUAbstractAs the brain of robot arm, manipulator controller is very important for its research.With the development of microelectronics technology and control method, the control system of MCU is becoming more and more mature.This thesis is based on the research of the manipulator control system of MCU.Firstly,it is introduced the development of the manipulator and the control system at home and abroad.Secondly,it is given the circuit and software design for the four DOF manipulator in this disertation.it is expatiated the Single Chip Microcomputer(SCM),the relative circuit design ,Power circuit design,and driver circuit design of manipulator control system.In the design of the program, the design of PWM speed regulation by differential interpolation is introduced emphatically. The software design and flow chart of the controller are given.Finally,it is presented the problems of hardware and software in practive given resolves.Key word: Manipulator;MCU;DOF;Steering engine;PWM目录1引言 (1)1.1研究的背景和意义 (1)1.2国内外机械臂研究现状 (2)1.2.1国外机械臂研究现状 (2)1.2.2国内机械臂研究现状 (3)1.3机械臂控制器的发展现状 (3)1.4本设计研究的任务 (4)2机械结构与控制系统概述 (5)2.1机械结构 (5)2.2控制系统 (6)2.3系统功能介绍 (8)2.4舵机工作原理与控制方法 (8)2.4.1概述 (8)2.4.2舵机的组成 (8)2.4.3舵机工作原理 (9)3系统硬件电路设计 (11)3.1时钟电路设计 (11)3.2复位电路设计 (11)3.3控制器电源电路设计 (12)3.4舵机驱动电路 (13)3.5串口通信电路设计 (13)4系统软件设计 (14)4.1四自由机械臂轨迹规划 (15)4.2主程序设计 (16)4.3舵机调速程序设计 (17)4.3.1舵机PWM信号 (17)4.3.2利用微分插补法实现对多路PWM信号的输出 (18)4.4初末位置置换子程序 (21)4.5机械爪控制程序 (22)4.6定时器中断子程序 (23)4.6.1定时器T1中断程序 (23)4.6.2定时器T0中断子程序 (24)5系统软硬件调试 (25)5.1单片机系统开发调试工具 (25)5.1.1编程器 (25)5.1.2集成开发环境Keil和Protues (25)5.2控制系统的仿真 (26)5.3软件调试 (27)5.4硬件调试 (27)5.5软硬件联合调试 (28)6结论 (29)谢辞 (30)参考文献 (31)附录 (32)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。

基于单片机控制的工业机械手控制系统课程设计（摘要与目录在最后）第一章绪论1.1机械手的概述1.1.1机械手的简介机械手是模仿着人手的部分动作，按照给定程序、轨迹和要求能实现自动抓取、搬运的自动机械装置。

在工业生产中应用的机械手叫做“工业机械手”。

在实际生产中，应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率，可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产。

尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境下，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。

随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，在机械加工、冲压、锻、铸、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等领域得到了越来越广泛的应用。

国内外对机器人及机械手所作的定义不尽相同。

国际标准化组织对机器人的定义:机器人是一种能自动定位、可控的可编程的多功能操作机。

这类操作机具有几个轴在可编程序操作下，能处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。

美国国家标准(NBS)对机器人的定义:“一种可编程，并在自动化控制下执行某种特定操作和移动作业任务的机械装置。

”日本工业机器人协会对工业机器人的定义:“一种装备有记忆装置和最终执行装置，能够完成各种移动来代替人类劳动的通用机器。

”它又分为以下两种情况来定义:(1)工业机器人:“一种能执行与人的上肢类似动作的多功能机器。

”(2)智能机器人:“一种具有感觉和识别能力，并能够控制自身行为的机器。

”机械手由执行机构、驱动－传动系统和控制系统这三部分组成，如下图所示。

1.1.2机械手的类型机械手一般分为三类。

第一类是不需要人工操作的通用机械手，它是一种独立的不附属于某一主机的装置。

它可以根据任务的需要编制程序，以完成各项规定工作。

它的特点是除具备普通机械的物理性能外，还具备通用机械、记忆智能的三元机械。

第二类是需要人工操作的，称为操作机。

它起源于原子、军事工业，先是通过操作机来完成特定的作业，后来发展到用无线电信号操作机械手来进行探测月球、火星等。

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摘要：随着自动化技术的不断发展，机械手臂在工业生产中扮演着越来越重要的角色，越来越得到人们的关注。

现代机械手臂控制器尤其是多自由度机械手臂控制器的设计与实现成为了本领域中的研究热点。

本文基于单片机芯片设计了一种多自由度机械手控制器，采用了串行通信的方式从计算机发送命令控制机械手臂的动作。

在硬件设计方面，使用了AT89S52单片机作为主控制器，引入了五个伺服电机控制模块作为机械手的动力源，以及一组角度传感器作为手臂的姿态测量元件。

在软件设计方面，采用C语言编写程序，实现了机械手臂自动运动、复位、姿态检测等功能。

同时，对机械手臂的自动防撞、误操作检测等进行了设计。

最终实验表明，本文设计的多自由度机械手控制器具有较强的动作准确性和鲁棒性。

关键词：多自由度机械手，单片机，控制器，硬件设计，软件设计Abstract：With the continuous development of automation technology, the role of robotic manipulators in industrial production is becoming more and more important, and it has attracted more and more attention from people. The design and implementation of modern robotic controller, especially multi-degree-of-freedom robotic controller, has become a hot research topic in this field.In this paper, a multi-degree-of-freedom robotic arm controller based on MCU chip is designed, and the motion of the robotic arm is controlled by serial communication from the computer. In terms of hardware design, AT89S52 MCU is used as the main controller. Five servo motor control modules are introduced as the power source of the manipulator, and a set of angle sensors are used as the posture measurement element of the arm.In terms of software design, the program is written in C language, and the functions of automatic movement, reset and posture detection of the robotic arm are realized. At the same time, the automatic anti-collision and misoperation detection of the robotic arm are also designed. Finally, the experiment shows that the multi-degree-of-freedom robotic arm controller designed in this paper has strong motion accuracy and robustness.Keywords: multi-degree-of-freedom robotic arm, MCU, controller, hardware design, software design一、引言机器人技术早产业生产中广泛使用，将传统的出产系统向自动化和智能化方向推进。

单片机控制三自由度圆柱坐标机械手设计一、引言随着科学技术的不断发展，机械手在工业生产、科研等领域扮演着越来越重要的角色。

机械手的设计是其中的关键环节之一，而单片机是机械手控制的核心部分之一、本文将介绍一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的设计。

二、机械手的结构设计该机械手的结构主要由三个旋转关节组成，分别对应三个自由度。

每个旋转关节由步进电机驱动，通过直线传动装置实现转动，并带有相应的位置反馈传感器。

三、单片机的选取单片机是机械手控制的核心部分，控制机械手的动作和位置。

单片机的选择需要考虑其计算性能、接口资源等方面的要求。

本设计选择了STM32系列的单片机，具有大容量的存储器和强大的计算能力，同时提供多种通信接口和模拟/数字接口，满足了机械手控制的需求。

四、电路设计电路设计包括电源电路、电机驱动电路和控制电路三个模块。

电源电路为电机驱动和单片机提供稳定的电源。

电机驱动电路采用步进电机驱动芯片，通过信号电平控制电机的转动。

控制电路主要由单片机和传感器组成，负责接收传感器的反馈信号，并控制电机的转动。

五、软件设计在单片机软件设计方面，本设计采用C语言进行编程。

通过编写相应的程序，实现机械手的运动控制，包括正向运动、逆向运动和位置控制等功能。

同时，还可以为机械手增加一些智能化的功能，如碰撞检测、路径规划等。

六、实验与结果将设计好的电路板焊接好后，进行实验测试。

通过对机械手的不同输入信号进行测试，观察机械手的运动情况，并对其进行调试。

最终，可以实现通过单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手的正常运行。

七、总结本文设计了一种基于单片机控制的三自由度圆柱坐标机械手。

通过对机械手的结构和电路进行设计，选取合适的单片机和编写相应的控制程序，实现了机械手的运动控制。

该设计具有较高的可靠性和灵活性，可以广泛应用于工业生产和科研等领域。

基于单片机的机械手臂控制系统设计程金明（江西科技学院，江西 南昌 330098）摘　要：在机械手臂控制系统设计中，运用单片机能增强机械手臂的使用性能。

基于此，文章详细阐述了硬件系统设计、软件系统设计、系统调试这三个单片机机械手臂控制系统设计环节，深入分析了基于单片机控制系统的机械手臂设计，希望为机械自动化领域的发展提供助力。

关键词：机械手臂；仿真调试；单片机中图分类号：TM383.6 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2020）16-0104-02——————————————作者简介： 程金明（1976—），男，江西南昌人，本科，讲师，研究方向：电工电子技术，单片机技术。

单片机是一种具有中央处理器CPU、随机存储器RAM 等多项功能的集成电路硅芯片，其在能效上相当于一个微型的计算机系统。

人们将其应用到机械手臂设计中，能有效提升控制系统的运行水平，工作者需要深入分析基于单片机的控制系统设计，优化机械手臂的使用性能。

1 硬件系统设计1.1 单片机控制装置设计从整体上看，单片机作为核心控制装置，在机械手臂控制系统的运作中起到了重要作用，工作者需要根据实际需求，合理设置单片机装置结构，保证机械手臂核心控制机制的运行效果。

一般来说，单片机包含运算器、控制器、寄存器这三个运作部件，其中运算器负责算术、逻辑运算，控制器负责运行决策，而寄存器则负责与外界设备交换信息，设计者应基于此，选择相应的设计方案，来平衡各项运行功能的落实效果。

就目前来看，设计者可以直接选用80C51单片机，并利用其具备的12MHz 晶振频率，来满足机械手臂运作系统对数据采集、时间精度等方面的要求，同时，设计者还要将石英晶体振荡电路，接入XTALI、2端口。

待电路复位后，将RST 端口接入，并连接LM016L 与P0.0-7端口，还要为该途径配备电阻，以确保LCD 显示器能清晰显示出指令代码。

1.2 舵机系统装置设计在机械手臂的控制系统硬件机制中，舵机系统是指由无核心马达、电路板、齿轮、位置检测器等部件构成的位置伺服驱动装置，该装置可以基于从单片机、接收机处获取的信号，利用自身产生的1.5ms 宽、周期20ms 的基准信号，以及位置检测器来核查机械手臂是否到达定位。

基于单片机的机械手设计摘要机械手是一种能够模仿人类手臂运动的智能机器人。

本文介绍了一款基于单片机的机械手的设计。

该机械手由五个自由度组成，其运动控制系统由单片机控制。

该机械手具有定位精度高、反应速度快、操作简便等优点。

理论分析和实验结果表明，该机械手设计具有较高的实用性和普适性。

关键词：机械手；单片机；自由度；控制系统；精度1. 引言近年来，智能机器人领域蓬勃发展，机械手作为一种具有广泛应用前景的机器人，已成为研究热点。

机械手具有广泛的应用范围，如生产线上的自动化生产，医疗手术，危险环境中的救援等。

因此，基于单片机的机械手的设计及其控制系统研究具有重要意义。

2. 设计思路本文设计的机械手由五个自由度组成，能够完成抓取、举起、放置等基本操作。

本文的设计思路是基于单片机控制系统，通过驱动电机实现机械手的运动。

机械手的五个自由度分别为旋转、抬升、伸展、弯曲和手掌张合。

机械手的控制系统主要由单片机、电机驱动器和传感器组成。

其中，单片机采用STM32F407主控制器，并通过PWM信号控制电机运动。

传感器采用光电编码器对电机转速和位置进行反馈。

图2 机械手的控制系统机械手的驱动电机由直流电机和舵机组成。

直流电机主要用于实现伸展和弯曲动作，而舵机用于实现手掌张合动作。

机械手的轴承部件采用滚珠轴承，能够有效减小摩擦力，提高机械手的运动精度和操作稳定性。

3. 理论分析本文采用MATLAB建立机械手的数学模型，并进行了理论分析。

机械手在执行任务时需要完成一系列位置和姿态变化，因此，机械手的位置和姿态控制是机械手设计的重要指标。

机械手的位置精度取决于电机性能和轴承部件的精度。

电机性能包括电机的输出电功率、转速、转矩等。

机械手的姿态精度取决于机械手的运动学性能。

在不同姿态下，机械手的姿态解算需要通过角度解算和矩阵变换等方法进行计算。

在机械手的设计中，需要考虑机械手的运动学性能和机械手的实际操作需求。

4. 实验结果本文通过实验验证了机械手设计的有效性和性能优越性。

渤海船舶职业学院毕业设计（论文）题目：基于单片机的机械手控制系统设计系：机电工程系专业：机电一体化：洪伟指导教师：凯班级：11G451 评阅教师：凯学号：04 完成日期：2014.6.6毕业设计说明书（论文）中文摘要摘要：机械手技术涉及到电子、机械学、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。

随着工业自动化发展的需要，机械手在工业应用中越来越重要。

文章主要叙述了机械手的设计过程，本文中介绍了机械手的设计理论与方法。

本设计以AT89C51 单片机为核心，采用LMD18200 电机控制芯片达到控制直流电机的启停、速度和方向，完成了筛选机械手基本要求和发挥部分的要求。

在筛选机械手设计中，采用了PWM 技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。

关键词：机械手；AT89C51；LMD18200；PWM技术；电机控制目录第一章前言 (1)1.1 机械手概述 (1)第二章总体方案设计 (3)2.1 设计要求 (3)2.2 基本设计思路 (3)第三章硬件结构设计 (5)3.1 机械手尺寸的确定 (5)3.2 传动部分设计 (5)第四章软件电路部分设计 (9)4.1 单片机的选择 (9)4.2 接口电路 (10)4.3 电路图 (12)4.4 程序流程 (14)4.5 程序编写................................................................... (14)结论 (20)参考文献 (21)第一章前言1.1 机械手概述机械化、自动化已成在现代工业中突出的主题。

化工等连续性生产过程的自动化已基本得到解决。

但在机械工业中，加工、装配等生产是不连续的，机器人的出现并得到应用，为这些作业的机械化奠定了良好的基础。

机械手，多数是指程序可变（编）的独立的自动抓取、搬运工件、操作工具的装置（国称作工业机械手或通用机械手）。

机械手是一种具有人体上肢的部分功能，工作程序固定的自动化装置。

机械手爪的单片机控制系统设计摘要：本文设计了一种机械手爪的单片机控制系统。

该系统可通过单片机对机械手爪进行精确控制，实现对物体的抓取、放置、移动等操作。

系统采用了红外传感器和舵机作为控制元件，利用单片机的数字信号处理能力，通过编写控制程序实现机械手爪的自动控制。

实验结果表明，该系统具有稳定性强、灵活性高等优点，可广泛应用于自动化生产领域。

关键词：机械手爪，单片机，控制系统，红外传感器，舵机，数字信号处理正文：1.引言随着现代制造技术的发展，机器人已经成为自动化生产领域中不可或缺的重要工具。

机械手爪作为机器人的核心部件之一，负责对物体的抓取、放置、搬运等操作，对机器人的控制精度和灵活性有着重要的影响。

近年来，随着单片机技术的不断进步，越来越多的人开始使用单片机进行机械手爪的控制。

本文旨在设计一种基于单片机的机械手爪控制系统，以实现对机械手爪的精确控制。

2.系统设计2.1 系统结构本系统采用单片机为控制核心，通过控制红外传感器和舵机来实现对机械手爪的控制。

系统结构如图1所示。

（图1 系统结构图）2.2 控制原理机械手爪的运动可以由两个舵机控制。

其中一个舵机负责爪子的张合，另一个舵机负责上下运动。

利用红外传感器检测物体距离，单片机可以对机械手爪进行精确控制。

当检测到物体距离小于设定距离时，单片机将指令发送到舵机，机械手爪进行抓取动作；当物体到达目的地时，单片机发送指令控制机械手爪放置物体。

本系统使用红外传感器的原因是其检测距离远，检测精度高，能够有效地保证机械手爪的运动精度。

2.3 系统实现该系统的硬件部分包含单片机、红外传感器、舵机、电机驱动模块等元件。

其中，单片机通过数字信号处理对红外传感器的信号进行处理，并通过PWM信号控制舵机的运动。

系统软件采用C语言编写，主要包括红外信号处理程序和机械手爪运动控制程序两部分。

3.实验结果通过实验验证，该系统具有稳定性强、精度高、灵活度大等优点。

机械手爪能够根据红外传感器检测到的物体距离自动调整爪子的张合和上下运动，能够实现对物体的精确抓取和放置。

目录课程设计题目及要求第一章绪论1.1 设计题目及要求1.2 设计内容第二章硬件设计2.1 硬件结构图2.2 各模块工作原理及设计2.2.1 控制模块2.2.2 显示模块2.2.3 按键模块2.2.4 舵机模块2.3 软件程序设计第三章硬件制作以及程序的下载调试3.1 电路板的制作3.2 元器件的焊接3.3 程序的下载与调试第四章总结4.1 课程设计体会4.2 奇瑞参观感受课程设计题目及要求题目：基于单片机的机械臂控制系统设计与制作实习内容：1，完成基于单片机的机械臂控制系统原理图和PCB的绘制，在基本要求的基础上自己可以作一定的扩展；2，利用热转印纸、三氯化铁腐蚀液等完成PCB板的制作；3，完成相应电路的焊接和调试；4，完成相应软件程序的编写；5，完成软、硬件的联调；6，交付实习报告。

实习要求：1，两人一组，自由搭配，但要遵循能力强弱搭配、男女搭配、考研和不考研的搭配；2，充分发挥主观能动性，遇到问题尽量自己解决，在基本要求基础上可自由发挥；3，第一次制作电路，电路不可追求复杂；4，注意安全！熨斗、烙铁。

第一章绪论单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性价比，受到人们的重视和关注，应用广泛，发展迅速。

单片机集体积小、重量轻、抗干扰能力强、环境要求低、价格低廉、可靠性高、灵活性好、开发较为容易等众多优点，以广泛用于工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面，无论在民间、商业、及军事领域单片机都发挥着十分重要的作用二十一世纪，随着机械化、自动化水平的不断提高，不仅减轻了劳动强度、提高生产率，而且把人类活动从危险、恶劣环境中替换出来。

而其中机器人技术，显示出极大的优越性；在宇宙探索、海洋开发以及军事应用上具有重要的实用价值。

大力发展机器人技术，一方面能让社会从劳动苦力型转换到福利休闲型，另一方面能极大的提高民众的幸福感。

在新时期的世界各国，随着应用日益广泛，机器人技术将不断发展并走向成熟。

基于单片机的机械手控制系统研究一、内容简述机械手控制系统硬件设计：本研究将选用一片单片机作为控制核心，设计相应的硬件电路，包括单片机最小系统、传感器模块、驱动电路等。

机械手控制系统软件设计：本研究将通过编写相应的程序来实现机械手控制系统的各项功能，包括位置控制、速度控制、力控等方面。

机械手控制系统的实现：根据硬件设计和软件编程，搭建完整的机械手控制系统，并进行调试与优化。

机械手控制系统的应用：本研究将对所设计的机械手控制系统进行实际应用，验证其在不同工况下的性能和稳定性。

1. 机械手控制的重要性随着科技的飞速发展，现代工业生产逐渐向自动化、智能化方向转变。

在这个过程中，机械手作为实现自动化生产的重要设备之一，其控制系统的研究具有非常重要的意义。

本文将就《基于单片机的机械手控制系统研究》这一题目展开讨论，其中我将重点阐述机械手控制的重要性。

机械手作为一种能够模仿人类手臂功能的产品，在现代制造业中扮演着日益重要的角色。

随着生产效率要求的不断提高，传统的机械手控制系统已经难以满足复杂多变的作业需求。

基于单片机的机械手控制系统研究显得尤为重要。

单片机作为一种高性能、低成本的嵌入式处理器，具有可靠性高、体积小、易于编程等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。

将单片机应用于机械手控制系统中，可以实现复杂的轨迹控制、力度控制和多任务调度等功能，从而提高机械手的整体性能和作业效率。

节省系统资源：单片机内部资源有限，而基于单片机的机械手控制系统可以通过优化代码设计和采用高效算法，降低对系统资源的占用。

这不仅提高了系统的运行速度，还有助于降低成本和提高可靠性。

实时性强：基于单片机的机械手控制系统可以实时采集和处理各种传感器数据，实现对机械手运动的精确控制。

这对于需要快速响应和精确控制的作业场景尤为重要，如装配、焊接等。

易于拓展性好：由于单片机具有丰富的接口资源和可扩展性，基于单片机的机械手控制系统可以根据实际需求进行功能扩展和升级。

基于单片机的机械手设计一、引言机械手是一种能够模拟人类手臂动作的机器人装置，广泛应用于工业自动化、医疗护理、科学研究等领域。

随着科技的不断进步，基于单片机的机械手设计成为了研究热点。

本文将深入探讨基于单片机的机械手设计原理、结构以及控制方法，旨在为相关领域的研究者提供参考。

二、基本原理1. 电路设计在基于单片机的机械手设计中，电路是关键。

首先需要确定所需控制器型号，并根据其技术参数进行电路设计。

常见的单片机有8051系列、AVR系列等，根据具体需求选择合适型号。

其次是选择合适的传感器和执行器，并将其与单片机进行连接。

2. 传感器选择与应用传感器在实现对物体位置和力量等参数检测中起着重要作用。

常见的传感器有光电开关、力敏电阻等。

光电开关能够检测物体是否存在或位置是否正确；力敏电阻可测量物体对触点施加的力量。

根据实际需求，选择合适的传感器，并将其与单片机进行连接。

3. 机械结构设计机械结构设计是基于单片机的机械手设计的重要环节。

根据实际需求，选择合适的材料和结构形式。

常见的材料有金属、塑料等，常见的结构形式有直线运动、旋转运动等。

在设计过程中，需要考虑机械手运动范围、负载能力以及精度要求等因素。

三、基于单片机的机械手控制方法1. 逻辑控制在基于单片机的机械手控制中，逻辑控制是最基本也是最常见的方法。

通过编程实现对传感器和执行器进行控制，并根据不同情况执行相应动作。

例如，当光电开关检测到物体存在时，执行器将进行抓取操作；当力敏电阻检测到施加力量超过阈值时，执行器将停止运动。

2. PID控制PID（比例-积分-微分）控制是一种经典且广泛应用于基于单片机的机械手设计中的方法。

通过对传感器反馈信号进行处理和分析，实现对执行器的精确控制。

比例项用于根据误差大小调整执行器的输出，积分项用于根据误差积分调整执行器的输出，微分项用于根据误差变化率调整执行器的输出。

通过合理选择PID参数，可以实现机械手对物体位置和力量的精确控制。

《如及乡悅乡報》2021年第2期工程科技基于单片机的六自由度机械手臂控制系统设计陈心怡学张春雨2朱丽华1(1.池州职业技术学院，安徽池州247000; 2•安徽科技学院，安徽滁州239000)摘要:机械手臂在工业生产中的自主识别、精准判断和快速响应能力，体现了加工过程的自动化程度和智能化水平，文章提出了基于TK-A66自由度机械手臂和LD1501-MG 数字舵机,STC89C52单片机为核心 的工业机械臂控制系统的设计。

运用运动学模型和TM 算法，对机械臂手臂的运动速度和轨迹进行控 制设计，在控制程序设计中利用微分插补法生成多路舵机PWM 速度控制信号，通过在Protues 软件中 仿真调试,完成了对机械臂的控制功能遥关键词:单片机;机械臂;6自由度机械臂;舵机中图分类号:TP241 文献标识码:A 文章编号：1672-0547(2021)02-0106-004一、弓I 言机械臂也称工业机器人，是以运动作为控制对象 的智能控制装备，主要由手臂、舵机、抓手等组成叫机 器人手臂的张开、夹紧等系列动作由电动机驱动，并 准确地反馈到可编程逻辑控制器。

在工业生产中控 制机械臂完成我们所需要的夹取和分拣动作，本项 目便是围绕六自由度机械臂控制系统展开的。

通常 一个52系列的单片机包含有FLASH R0M 、RAM 、3 个16位的定时器/计数器和1个UART 等，它具有性 能可靠、性价比高等特点。

在工业生产中，往往需要 机械手臂完成一些相对复杂的控制运动，机械手臂 系统中一个单片机远远不够，仍需要TK-A66自由 度机械手臂、1501 数字舵机等控制机械臂的运动。

本文就是用单片机作为核心控制器,LD1501- MG 数字舵机作为TK-A66自由度机械手臂的运动控 制单元，结合制成的6自由度机械臂的控制系统。

系 统采用单片机芯片STC89C52作为主控制器，A/D 转 换采用以双积分方式运行的ICL7135,利用定时计数 器的计数功能，测量外部电压,省去很多处部电路罠 单片机通过产生PWM 信号控制机械臂的舵机，从而图1机械臂模型控制6自由度的机械手臂。

目录1 引言--------------------------------------------------61.1 机械手的概述-------------------------------------61.2 机械手的组成-------------------------------------61.3 机械手的分类-------------------------------------82 设计要求--------------------------------------------- 103 系统硬件设计----------------------------------------- 123.1 单片机核心模块----------------------------------133.2 键盘模块----------------------------------------133.3 计数系统模块------------------------------------143.4 电磁阀模块--------------------------------------143.5 显示模块----------------------------------------143.6 外围驱动模块------------------------------------164 软件系统设计----------------------------------------- 214.1 流程图------------------------------------------214.2 源程序------------------------------------------225 整机电路图------------------------------------------- 355.1 原理图------------------------------------------355.2 PCB图------------------------------------------ 386 元件明细表-------------------------------------------397 总结与致谢-------------------------------------------408 参考文献---------------------------------------------44引言1.1 机械手的概述机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。