搜索
第1页共25页摘要本次设计采用工业模型机器人，以机械手为例，完成生产中的一整套流程。设计内容有：硬件设计、软件设计、仿真、实物调试四个部分组成。机器人在运动过程中主要通过电机运行过程中的限位开光和对开关计数来实现对机器人具体位置的检测与控制，以单片机的汇编语言为核心，外加直流电机驱动芯片，通过在线下载功能，在程序设计时能不断的修改，通过不断的实验直至精确的控制机器人运动。关键词：机器人模型单片机直流电机AbstractThisdesignUSESindustrialrobotstomodelrobotasanexample,thecompletesetproductionprocess.Contents:designofhardwaredesign,softwaredesignandsimulationandrealdebuggingfourparts.Robotinathleticprocess,mainlythroughthemotorrunningprocessofthededicationandlimitswitchcounttoachieverobotlocationoftestandcontrol,withMCUassemblylanguageasthecore,plusdcmotordrivechip,throughonlinedownloadfunctioninprogramdesign,canunceasingrevision,throughcontinuousexperimentuntiltheprecisecontrolrobotmovement.Keywords:robotmodelMCUDCmotor第2页共25页目录引言--------------------------------------------------------------------------------------------------------------3一、硬件电路的设计----------------------------------------------------------------------------------------31.1总体设计----------------------------------------------------------------------------------------------31.1.1系统实现的功能-------------------------------------------------------------------------31.1.2方案的选择与比较----------------------------------------------------------------------31.1.3系统总体结构布局----------------------------------------------------------------------41.2CPU模块-----------------------------------------------------------------------------------------------41.2.1STC12C5410AD单片机简介---------------------------------------------------------------41.2.2与8051单片机的结构功能比较---------------------------------------------------------51.2.3单片机的应用------------------------------------------------------------------------------61.3串口模块----------------------------------------------------------------------------------------------61.3.1串口简介------------------------------------------------------------------------------------61.3.2与单片机连接硬件原理与分析---------------------------------------------------------71.4驱动电机模块----------------------------------------------------------------------------------------71.4.1L298N芯片简介-----------------------------------------------------------------------------71.4.2芯片工作原理分析------------------------------------------------------------------------71.4.3直流电机驱动原理------------------------------------------------------------------------8二、软件设计------------------------------------------------------------------------------------------------102.1机器人模型-----------------------------------------------------------------------------------------102.2初始化设计-----------------------------------------------------------------------------------------102.3延时-------------------------------------------------------------------------------------------------112.4机器人的运动具体运动方向和轨迹-----------------------------------------------------------11三、仿真、调试以及出现的问题-----------------------------------------------------------------------12四、总结评价------------------------------------------------------------------------------------------------13谢词------------------------------------------------------------------------------------------------------13参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------------13附录------------------------------------------------------------------------------------------------------14附录一：复杂方案电路原理图------------------------------------------------------------------------14附录二：现行方案电路原理图------------------------------------------------------------------------15附录三：元器件清单------------------------------------------------------------------------------------16附录四：PCB印刷图------------------------------------------------------------------------------------17附录五：实物图------------------------------------------------------------------------------------------17附录六：电路板与机器人连接图---------------------------------------------------------------------18附录七：程序清单---------------------------------------------------------------------------------------19第3页共25页引言现代超大规模集成电路技术的迅速发展和不断完善，各种新颖的单片机层出不穷，，使得单片机在工业控制领域也因某些功能用于其他控制器而被广泛的应用。机器人是机械技术、电子技术、传感技术、控制工程等多种学科相互渗透,紧密结合的典型机电一体化技术紧密型高新技术产品。随着工厂自动化、家庭自动化、办公自动化、国防武器装备自动化的发展和需要，机器人将越来越成为其必不可缺的“执行者”。直流电机体积小、重量轻、操作简单等特点安装在机器人的各个运动关节。将直流电机安装在机器人的运动关节，再加上限位开关、计数开关，以单片机为核心编写程序，驱动直流电机动作，直流电机带动机器人运动，即可完成一整套运动。一、硬件电路的设计1.1总体设计1.1.1系统实现的功能通过单片机编程，控制直流电机芯片驱动机器人的运动。制作一个机器人驱动程序，机器组成部分包括：四个直流电机，四个限位开关，四个计数开关；运动方式包括：水平左右旋转，上下升降，手臂伸长与收缩，机械手夹紧与放松。左右旋转、上下升降、手臂伸缩、机械手夹放，分别由四个电机的正传与反转控制。1.1.2方案的选择与比较方案中主要是单片机的接口问题和驱动电机芯片的驱动能力问题。（1）驱动芯片的选择：对于L298N直流电机驱动芯片应用最为广泛。该芯片可驱动电机范围+2.5V-+46V，而机器人上安装的电机5-9V，因此满足驱动要求。每个芯片中有两路电机驱动模块，则设计中只要用到两块芯片就足够。因此电路中选定两片L298N芯片。（2）单片机的选择比较分析：对于本次设计的机器人，只带有限位开关和计数开关，而大多数的机器人为了运行时能准确定位，都采用AD采样技术。为能做到一板多用的功能，因次选择AT89C51与AD0809组合，考虑到四个限位开关，四个计数开关则就要占用单片机八个脚，在加上每个电机芯片要占用七个管脚，在加上AD0809芯片控制采样占用15个口，单片机的接线口就不够用，根据L298N芯片内部电路的分析，驱动一个电机的运行，两个输入端必须是相反，因此加入74LS04芯片，减少电机驱动模块占用单片机的接口数。这种设计虽然都满足了电路的要求，但在PCB的制作上，无法布出单层板。因此改用新型的单片机STC带AD系列，不仅能满足上述要求，还节省了AD0809和74LS04芯片，而且STC系列单第4页共25页片机有ISP/IAP功能，无需专用编程器。因此确定选用的单片机型号为STC12C5410AD。1.1.3系统整体结构布局系统所需功能电路是以单片机作为控制核心，配以电子元件构成。采用