畢業(yè)論文-六自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)

1、學(xué)號(hào)：20060180天津商業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）六自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)6 DOF Manipulator of Experimental Teaching Platform forHardware Design學(xué) 院：信息工程教 學(xué) 系：自動(dòng)化專業(yè)班級(jí)：自動(dòng)化06-01學(xué)生姓名：孔令邦指導(dǎo)教師： 郝麗萍 高級(jí)實(shí)驗(yàn)師2010年6月3日目錄內(nèi)容摘要 . Abstract . 1 導(dǎo)言. II1.1 課題研究的目的和意義. 11.2 研究內(nèi)容及主要工作. 32 六自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的總體方案. 42.1機(jī)械手平臺(tái)設(shè)計(jì)方案. 42.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)功能分析. 63 六自由度機(jī)械手實(shí)

2、驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的系統(tǒng)組成. 73.1主控制器選擇. 73.2伺服控制器PSC 及電機(jī)的選擇 . 83.3顯示終端選擇. 113.4傳感器及電源的選擇. 134 六自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的電路設(shè)計(jì). 144.1主控制器接口設(shè)計(jì). 144.2 PSC伺服控制板接口設(shè)計(jì) . 184.3 顯示終端接口電路. 184.4傳感器及其接口設(shè)計(jì). 204.5 電源的設(shè)計(jì). 225 總結(jié)與展望. 23參考文獻(xiàn). 25附錄：開題報(bào)告（數(shù)據(jù)報(bào)告）. 27附錄Protel 電路圖 . 36致謝. 37I內(nèi)容摘要：本課題提出設(shè)計(jì)一個(gè)六自由度機(jī)械手的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，為學(xué)生提供相關(guān)機(jī)器人的基本動(dòng)作，提供軟硬件擴(kuò)展空間，在該平臺(tái)

3、上可以進(jìn)行相關(guān)課程的教學(xué)，也可以進(jìn)行綜合實(shí)踐教學(xué)和課程設(shè)計(jì)。更重要的是，利用這樣一個(gè)平臺(tái)可以使學(xué)生在對(duì)機(jī)器人的學(xué)習(xí)認(rèn)知過程中，激發(fā)想象力，在實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。本設(shè)計(jì)采用主從控制方式，以AT89S52為主控制器，PSC 伺服控制器為從控制器，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的不同功能。論文中主要介紹了系統(tǒng)的組成模塊及各個(gè)模塊的功能實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)詳細(xì)介紹了AT89S52內(nèi)部結(jié)構(gòu)及資源分配，給出了系統(tǒng)電源電路、信號(hào)檢測電路、PSC 接口控制電路，顯示器接口控制電路的設(shè)計(jì)方法及工作原理。論文中在給出機(jī)械手運(yùn)動(dòng)解析表的基礎(chǔ)上，說明了機(jī)械手基本動(dòng)作和取動(dòng)作的控制方法和實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞：六自由度

4、機(jī)械手；實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)；A T89S52單片機(jī)；PSC 伺服控制器II Abstract ：The issue presented to design a six degree of freedom manipulator experimental teaching platform for students to provide the robots basic action, and provide expansion space for hardware and software, in which the platform can be related to the teaching,

5、but also to undertake a comprehensive practice teaching and curriculum design . More importantly , the use of such a platform will enable students to learn the robots cognitive process, stimulate imagination and creative spirit in practice and innovation.This design uses a master-slave control mode

6、to the main controller AT89S52, PSC servo controller from the controller to control the motor rotation angle to achieve different functions of the manipulator.Paper introduces a system composed of modules and each module function implementation method, described in detail AT89S52 while the internal

7、structure and resource allocation, given the system power supply circuitry, signal detection circuits, PSC interface control circuit, the display interface control circuit method and it works. Paper in the given robot motion based on the analysis table shows the basic mechanical hand movements and t

8、ake action to control and implementation methods.Keywords: 6 DOF manipulator experimental teaching platform A T89S52 SCM PSC servo controlle11導(dǎo)言1.1 課題研究的目的和意義機(jī)器人技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，它綜合了機(jī)械與精密儀器、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感與信息處理以及人工智能等多種學(xué)科的最新研究成果，是典型的機(jī)電一體化技術(shù)1。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求各行各業(yè)提高自動(dòng)化程度，推動(dòng)著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品。機(jī)器人技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)的制造技術(shù)

9、。機(jī)器人的研究與應(yīng)用水平，反映了一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科發(fā)展水平。各國對(duì)機(jī)器人的定義不盡相同，我國把機(jī)器人定義為：一種能自動(dòng)檢測、可重復(fù)編程、多功能多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、工件或操持工具，用以完成各種作業(yè)2。國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR在1990年對(duì)工業(yè)機(jī)器人下的定義是：“在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一種自動(dòng)的、可重復(fù)編程的（至少具有3個(gè)可重復(fù)編程軸）、具有多種用途的機(jī)器，這種機(jī)器可以固定在地面上或可以進(jìn)行移動(dòng)”。美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)(U.S.RIA的機(jī)器人定義是：工業(yè)機(jī)器人是用來進(jìn)行搬運(yùn)材料、零件、工具等可再編程的多功能機(jī)械手，或通過不同程序的調(diào)用來完成各種工作任務(wù)的特種裝置。機(jī)器人一般都具有三個(gè)共同點(diǎn)：第

10、一，是一種機(jī)械裝置，可搬運(yùn)材料、零件、工具，或者完成多種操作和動(dòng)作功能；第二，可以再編程，具有多種多樣程序流程；第三，有一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以在無人參與下，自動(dòng)完成操作作業(yè)和動(dòng)作功能3。自20世紀(jì)60年代世界第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國誕生，機(jī)器人的發(fā)展一般分為三個(gè)階段，第一階段可編程的示教再現(xiàn)型機(jī)器人，第二階段基于傳感器控制具有一定自主能力的機(jī)器人，第三階段智能機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人作為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，被各行各業(yè)廣泛采用。世界工業(yè)機(jī)器人保有量將不斷增加。我國的機(jī)器人研究開發(fā)工作從70年代初開始，到現(xiàn)在已有20多年的歷史，特別是經(jīng)過“七五”攻關(guān)，“八五”應(yīng)用工程開發(fā)，“863”高技術(shù)計(jì)劃實(shí)施，已從

11、最初緩慢開發(fā)的自發(fā)狀態(tài)逐漸發(fā)展到國家重視，有計(jì)劃地開發(fā)、研制和推廣應(yīng)用?？煞譃槿齻€(gè)階段：一是起步階段；二是快速發(fā)展階段；三是機(jī)器人走向應(yīng)用階段。起步階段從1971年到1985年，研究以二、三自由度機(jī)械手為主，采用順控方式。研制的產(chǎn)品均為實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)，一般只限于實(shí)驗(yàn)室研究，多數(shù)未投入實(shí)際應(yīng)用?？焖侔l(fā)展階段從1986年到1992年。電力電子、微電子、伺服驅(qū)動(dòng)，特別是計(jì)算機(jī)的發(fā)展為機(jī)器人研究提供了條件。研究的主要內(nèi)容側(cè)重于機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)，機(jī)器人系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)、中間設(shè)備、應(yīng)用工程及特種機(jī)器人開發(fā)。機(jī)器人研究開發(fā)體系初步形成，國際合作交流逐步加強(qiáng)，建立數(shù)家生產(chǎn)機(jī)器人的合資企業(yè)。自1993年，我國機(jī)器人走向應(yīng)

12、用階段，隨著汽車、家電、摩托車、工程機(jī)械的快速發(fā)展，對(duì)機(jī)器人提出了更高的要求。機(jī)器人產(chǎn)品開發(fā)和批量生產(chǎn)已十分必要。國外機(jī)器人廠商紛紛進(jìn)入中國市場，合資企業(yè)及維修中心陸續(xù)建立，應(yīng)用系統(tǒng)工程的研究成為主流，競爭進(jìn)一步加劇，不少研究與開發(fā)企業(yè)涉足該領(lǐng)域。目前我國人事機(jī)器人及相關(guān)技術(shù)的研制生產(chǎn)單位上百家，其中主要研制單位有10家，有眾多的合資和維修服務(wù)中心。應(yīng)用領(lǐng)域主要是汽車工業(yè)、工程機(jī)械、摩托車、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、家電、衛(wèi)生陶瓷等。機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)的裝置?？刂破魇菣C(jī)器人的核心部分，它的智能化發(fā)展也必將標(biāo)志著智能機(jī)器人的發(fā)展。國外機(jī)器人生產(chǎn)廠家各有自己的控

13、制器，專用性強(qiáng)，互不兼容。同時(shí)由于受當(dāng)時(shí)的硬件水平和芯片制造核技術(shù)所限，機(jī)器人控制器普遍采用分級(jí)控制。這也是因CPU 速度低，做出的無奈選擇。PUMA 和ADEPT 的上位機(jī)采用M6800，各關(guān)節(jié)的伺服運(yùn)動(dòng)控制采用8位單片機(jī)。它們的編程語言為V AL-II 。這是一種高級(jí)語言，具有較強(qiáng)的運(yùn)算功能，能進(jìn)行矩陣變換和路徑實(shí)時(shí)修正，并有監(jiān)控、與外部通信和控制周邊裝置的專用語句。Intelledexj 機(jī)器人控制系統(tǒng)采用Intel 8086+8087，每關(guān)節(jié)有2片8080作伺服控制。它所用的編程語言為類BASIC 的ROBOT BASIC，具有坐標(biāo)變換、直線圓弧插補(bǔ)和速度設(shè)定等功能。美國GRACO 機(jī)

14、器人公司的OM500機(jī)器人控制器采用3片8086和2片8085。我國研制的機(jī)器人控制器的硬件體系大多采用Intel MULTIBUS結(jié)構(gòu)。原上海工業(yè)大學(xué)與航空工業(yè)部第633研究所于1985年合作研制的上海II 號(hào)機(jī)器人控制器用Intel 86/310以16位8086為主CPU ，8087為協(xié)處理器。下位采用2片8085單片機(jī)，控制各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)和負(fù)責(zé)I/O信息的處理。MULTIBUS 總線使上、下位機(jī)能共享存貯區(qū)和相互通信?？刂栖浖牟僮飨到y(tǒng)平臺(tái)自然地采用iRMX86。機(jī)器人語言與日本PT-600機(jī)器人放言兼容。沈陽自動(dòng)化所開發(fā)的ARCS 控制系統(tǒng)是在國家863基金重點(diǎn)支持下，在解剖PUMA-7

15、60機(jī)器人控制器的基礎(chǔ)上研制而成的。它以Intel MULTIBUS OEM計(jì)算機(jī)為控制器硬件平臺(tái)，軟件平臺(tái)也采用iRMX 操作系統(tǒng)。它的SV AL 機(jī)器人編程語言與VAL 兼容。南開大學(xué)也研制成功NKRC 機(jī)器人實(shí)驗(yàn)控制系統(tǒng)。1.2 研究內(nèi)容及主要工作機(jī)器人學(xué)是一門多學(xué)科的科學(xué)，它橫跨計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、機(jī)械工程、仿生學(xué)和人工智能等多種學(xué)科，幾乎涵蓋了自動(dòng)化專業(yè)的大部分課程。傳統(tǒng)的書本教學(xué)，在描述機(jī)器人的特性及功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，往往顯得抽象難解，給教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)都帶來了很大的障礙?；诖?，本課題提出設(shè)計(jì)一個(gè)六自由度機(jī)械手的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，為學(xué)生提供相關(guān)機(jī)器人的基本動(dòng)作，提供軟硬件擴(kuò)展空間，在該平

16、臺(tái)上可以進(jìn)行相關(guān)課程的教學(xué)，也可以進(jìn)行綜合實(shí)踐教學(xué)和課程設(shè)計(jì)，更重要的是，利用這樣一個(gè)平臺(tái)在對(duì)機(jī)器人的學(xué)習(xí)認(rèn)知過程中，激發(fā)想象力，在實(shí)踐中培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。我國科學(xué)家對(duì)機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器?！?。本課題設(shè)計(jì)的六自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，可以了解典型機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)和集成技術(shù)，掌握機(jī)器人機(jī)械傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)件和特征，掌握機(jī)械手的機(jī)電系統(tǒng)組成、功能及控制原理，學(xué)習(xí)機(jī)械手的動(dòng)作編程方法和程序調(diào)試方法等。本論文主要進(jìn)行對(duì)教學(xué)平臺(tái)硬件部分的設(shè)計(jì)，

17、包括對(duì)硬件的選擇以及電路的設(shè)計(jì)，各模塊之間的連接。教學(xué)平臺(tái)個(gè)硬件的選擇主要包括6個(gè)部分，單片機(jī)的選擇、PSC 伺服控制器的選擇、伺服電機(jī)的選擇、顯示終端的選擇、傳感器的選擇以及自主設(shè)計(jì)電源的選擇。教學(xué)平臺(tái)電路設(shè)計(jì)主要包括5個(gè)部分，主控制器單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)、PSC 伺服控制器與伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)、顯示終端的接口電路設(shè)計(jì)、傳感器的接口設(shè)計(jì)以及自主設(shè)計(jì)電源的設(shè)計(jì)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件部分包括機(jī)械手兩套連續(xù)動(dòng)作程序，一套為基本動(dòng)作，展示機(jī)械手在各個(gè)自由度的極限轉(zhuǎn)運(yùn)角度，此套動(dòng)作可以對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)擁有一個(gè)初步、完整的認(rèn)識(shí)；另一套為搬運(yùn)動(dòng)作，此套動(dòng)作以實(shí)用性強(qiáng)、充分體現(xiàn)6自由度機(jī)械手靈活優(yōu)勢為目的。同時(shí)還有AT8

18、9S52與相關(guān)外設(shè)的通訊協(xié)議以及檢測模塊和顯示模塊。六自由度機(jī)械手是高度成熟完備的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)與先進(jìn)的設(shè)計(jì)和教學(xué)理念有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物, 既滿足工業(yè)現(xiàn)場要求，也是教學(xué)、科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理想對(duì)象。2 六自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的總體方案2.1機(jī)械手平臺(tái)設(shè)計(jì)方案實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)機(jī)械手由6個(gè)伺服電機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手六自由度運(yùn)動(dòng)。該平臺(tái)以AT89S52單片機(jī)作為系統(tǒng)控制核心，采用FYD12864-0402B 液晶顯示模塊。基于軟件模擬串行通信程序，實(shí)現(xiàn)A T89S52串行通信，使其同時(shí)與顯示終端、PSC 伺服控制器進(jìn)行串行通信，同步的、連續(xù)的、精確的控制伺服的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)精確定位、連續(xù)動(dòng)作

19、。平臺(tái)有兩套連續(xù)動(dòng)作，一套為基本動(dòng)作，展示機(jī)械手在各個(gè)自由度的極限轉(zhuǎn)運(yùn)角度，此套動(dòng)作旨在讓同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)擁有一修初步、完整的認(rèn)識(shí)；另一套為搬運(yùn)動(dòng)作，此套動(dòng)作以實(shí)用性強(qiáng)、充分體現(xiàn)6自由度機(jī)械手靈活優(yōu)勢為目的，當(dāng)教學(xué)平臺(tái)檢測到物體信號(hào)后，機(jī)械手開始動(dòng)作對(duì)小球進(jìn)行抓取，且可以辨別出包有黑色和不是黑色的球，最終將黑色小球放在指定位置。特別強(qiáng)調(diào)的是，此實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)還提供了一套由6個(gè)單步組成并在線可調(diào)的自定義動(dòng)作，此套動(dòng)作不僅可以提高同學(xué)的學(xué)習(xí)熱情，還可以使同學(xué)們的創(chuàng)造力得到充分發(fā)揮。同學(xué)們通過在實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)上的學(xué)習(xí)，可了解典型機(jī)電一體化系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)和集成技術(shù)，掌握機(jī)器人機(jī)械傳動(dòng)部件的結(jié)構(gòu)件和特征

20、；掌握機(jī)械手的機(jī)電系統(tǒng)組成、功能及控制原理，機(jī)械手的動(dòng)作編程方法和調(diào)試方法等。從系統(tǒng)集成的觀點(diǎn)出發(fā)，控制器設(shè)計(jì)要考慮到機(jī)器人與其他設(shè)備的聯(lián)接及通信功能。因此，本設(shè)計(jì)采用主從控制方式，以A T89S52為主控制器，PSC 伺服控制器為從控制器。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)控制系統(tǒng)由主控制器、伺服電機(jī)控制器PSC 、FYD12864-0402B 液晶顯示模塊、紅外傳感器及6個(gè)伺服電機(jī)等部分組成，其系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)組成框圖主控制器單元用來收集和處理各路信號(hào)，并根據(jù)各種信號(hào)發(fā)出相應(yīng)控制指令，作為平臺(tái)的控制系統(tǒng)；信號(hào)處理單元通過傳感器模塊獲取外部信息，作為平臺(tái)傳感系統(tǒng)；機(jī)械手動(dòng)作單元使機(jī)器人動(dòng)作起來，由

21、PSC 伺服控制器和伺服電機(jī)組成，作為平臺(tái)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；顯示單元顯示當(dāng)前操作狀態(tài)，充當(dāng)平臺(tái)人機(jī)交互系統(tǒng)的角色。其整體流程及系統(tǒng)模塊如圖2所示。 圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電機(jī)0 至5PSC 伺服 控制器 傳感器 顯示屏 主控 制器顯示單元 機(jī)械手動(dòng)作單元2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)功能分析六自由度機(jī)械手硬件由5個(gè)子系統(tǒng)組成。分別為：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)、主控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)起來，需要給各個(gè)關(guān)節(jié)每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度安置傳動(dòng)裝置，可以是液壓傳動(dòng)、氣動(dòng)傳動(dòng)、電動(dòng)傳動(dòng)、或者三者結(jié)合。本設(shè)計(jì)以電動(dòng)為主。電動(dòng)主要有直流、交流伺服系統(tǒng)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、直接驅(qū)動(dòng)、異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)等4。本設(shè)計(jì)采用直流伺服電機(jī)

22、驅(qū)動(dòng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由底座、腰部旋轉(zhuǎn)、屈臂、肘部、腕部和爪部分組成。也包括其周邊裝置。檢測系統(tǒng)由內(nèi)部傳感器模塊和外部傳感器模塊組成，可獲取內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)中有意義的信息。現(xiàn)光電碼盤、接近開關(guān)、限位開關(guān)、視覺、力覺等傳感器。本設(shè)計(jì)采用外部傳感器，反射式紅外光電傳感器，用來檢測。使操作人員參與機(jī)器人控制、與機(jī)器人進(jìn)行聯(lián)系的裝置，就是人機(jī)交互系統(tǒng)。如計(jì)算機(jī)終端、指令控制臺(tái)信息顯示板、危險(xiǎn)信號(hào)報(bào)警器等。分派指令給定裝置和信息顯示裝置。本設(shè)計(jì)采用顯示器作為人家交換。主控制系統(tǒng)的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器人的作業(yè)指令程序和從傳感器反饋回來的信號(hào)，控制機(jī)器人去完成規(guī)定的運(yùn)動(dòng)和功能。機(jī)器人智能集中于控制器，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控

23、制算法，收集和處理各路信號(hào)，發(fā)出控制指令。如果機(jī)器人具備信息反饋特征，則為閉環(huán)控制系統(tǒng)，否則為開環(huán)控制系統(tǒng)。機(jī)器人控制器一般采用以下三種類型的控制結(jié)構(gòu)：集中控制、主從控制和分級(jí)控制。集中控制型的控制器由一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)的全部控制功能，其特點(diǎn)單機(jī)控制、結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格經(jīng)濟(jì)，但由于控制過程中要進(jìn)行坐標(biāo)變換和插補(bǔ)計(jì)算，運(yùn)算負(fù)荷量大，因而這種控制結(jié)構(gòu)對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求很高。主從控制型的控制器，由主、從兩個(gè)CPU 來完成對(duì)機(jī)器人的控制。主CPU 用于坐標(biāo)變換、軌跡生成，人機(jī)交互以及系統(tǒng)自診斷等；從CPU 用于機(jī)器人各關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制。分級(jí)控制型的控制器采用多個(gè)微機(jī)分為兩級(jí)共同完成對(duì)機(jī)器人的控制。上位

24、主控計(jì)算機(jī)接受作業(yè)指令、協(xié)調(diào)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)、控制運(yùn)動(dòng)軌跡、完成坐標(biāo)變換和大間隔的插補(bǔ)值計(jì)算等工作；下位機(jī)由若干微處理器組成，分別控制各關(guān)節(jié)在上位機(jī)規(guī)劃的軌跡段內(nèi)進(jìn)行小間隔插補(bǔ)運(yùn)算和伺服控制處理。從系統(tǒng)集成的觀點(diǎn)出發(fā)，控制器設(shè)計(jì)要考慮到機(jī)器人與其他設(shè)備的聯(lián)接及通信功能。因此，本設(shè)計(jì)采用主從控制方式，以A T89S52為主控制器，PSC 伺服控制器為從控制器。3 六自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的系統(tǒng)組成3.1主控制器選擇設(shè)計(jì)采用C51實(shí)驗(yàn)教學(xué)板，該教學(xué)板采用了A T89S52單片機(jī)為該板的處理器，提供了ISP 在系統(tǒng)編程接口，RS-232串行接口，全部引出的單片機(jī)I/O口以及方便用戶搭建單片機(jī)外圍電路的面包

25、板。通過編寫在C51單片機(jī)平臺(tái)上運(yùn)行的程序，來控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。采用自己設(shè)計(jì)5V 電源，該電源能滿足單片機(jī)的工作需要。程序通過將ISP 下載線連接到PC 機(jī)或者筆記本電腦的并口，來下載到控制板上的單片機(jī)內(nèi)。下載線一端連接到PC 機(jī)或者筆記本的并行接口上，而另一端連接到控制板上的程序下載口ISP 上。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，但以MCS-51為主的8位單片機(jī)仍然占據(jù)著單片機(jī)的主導(dǎo)地位。本設(shè)計(jì)采用的A T89S52單片機(jī)，是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引

26、腳完全兼容。片上Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash ，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52引腳結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。 圖3 引腳結(jié)構(gòu)圖3.2伺服控制器PSC 及電機(jī)的選擇機(jī)械手本體采用美國亞Crust Crawler公司的SG6-UT 型機(jī)器人的本體及與之配套的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5。SG6-UT 型機(jī)器人如圖4所示。 圖4 SG6-UT型機(jī)器人（來自六自由讀機(jī)械手使用手冊(cè)）SG6-UT 型機(jī)器人是六自由度機(jī)械手，包括HITEC HS-645MG型底座電機(jī)，圖4中PSC Po

27、rt 0所示； HS-225 MG型旋轉(zhuǎn)電機(jī)，圖4中PSC Port 1所示；HS-805 BB 型屈臂電機(jī)，圖4中PSC Port2所示；以及3個(gè)HS-475 HB型伺服電機(jī)，分別為肘部圖4中PSC Port3所示；腕部（圖4中PSC Port4）和爪（圖4中PSC Port5）電機(jī)。各伺服電機(jī)規(guī)格如表1所示。表1 HITEC 伺服電機(jī)規(guī)格表型 號(hào) 輸出扭力 動(dòng)作速度 額定電壓 尺 寸 重 量 HS-805 BB 24.7n/cm 0.14sec/60 DC 4.8-6V 66 x 30 x 58mm 152g HS-225 MG 4.8 n/cm 0.14sec/60 DC 4.8-6V

28、32 x 16 x 31mm 31gHS-645MG 9.6 n/cm 0.20sec/60 DC 4.8-6V 40 x 19 x 37mm 55g HS-475 HB 5.5 n/cm 0.18sec/60 DC 4.8-6V 39 x 20 x 16mm 40g由于連線、機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面原因，機(jī)械手各自由度旋轉(zhuǎn)角度有所限制，各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度范圍如表2所示。表2 各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度范圍關(guān)節(jié)號(hào)碼 關(guān)節(jié)名稱 角度范圍（度）0 底座 101701 旋轉(zhuǎn) 01102 屈臂 501403 肘部 01504 腕部 01805 爪 90150伺服電機(jī)一般由舵盤、減速齒輪組、位置反饋電位計(jì)，直流電機(jī)、控制電路板等

29、組成。由主控制器發(fā)來控制信號(hào)到PSC 控制板，通過PSC 控制板控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪組減速，舵盤轉(zhuǎn)動(dòng)通過位置反饋電位計(jì)反饋給PSC 控制板。伺服電機(jī)控制方法如表3所示。表3 伺服電機(jī)控制方法 輸入正脈沖寬度（周期為25ms ） 伺服電機(jī)輸出位置500s 01000s 451500s 902000s 1352500s 180機(jī)械手有6個(gè)自由度，而機(jī)器人可多達(dá)1823個(gè)自由度，才能完成它們的職責(zé)6。Parallax Servo Controller ，也就是“PSC”， 視差伺服控制器。最多能夠控制16個(gè)電機(jī)。通過把兩個(gè)PSC 控制器連接成網(wǎng)絡(luò)，那么可以只使用單片機(jī)的一個(gè)I/O與它們連接，即可完成3

30、2個(gè)電機(jī)的控制工作。PSC 采用圖5所示1接口，與單片機(jī)之間直接傳送數(shù)據(jù)。可以控制16個(gè)伺服電機(jī)。伺服電機(jī)可以同時(shí)的、不間斷的在0到180度之間旋轉(zhuǎn)7。PWM 分辨率為2微秒，0到63電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)置。PSC 伺服控制器如圖5所示。 圖5 PSC伺服控制器如圖5所示，PSC 的各引腳中，引腳722對(duì)應(yīng)CH0CH15，為電機(jī)控制接口，可接16個(gè)伺服電機(jī)；引腳1為通信端，與主控器連接，用于接收命令字和控制字，引腳23與24為電源接口。3.3顯示終端選擇隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，LCD 顯示面板正在融入我們的生活，讓我們的生活變得多姿多彩，在很多方面都已經(jīng)應(yīng)用到，如移動(dòng)電話、MP4、車載電視和導(dǎo)航

31、系統(tǒng)、數(shù)碼相機(jī)等。本次設(shè)計(jì)采用成都市飛宇達(dá)實(shí)業(yè)有限公司的FYD12864-0402B 液晶顯示模塊。FYD12864-0402B 是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，它的分辨率為12864，內(nèi)置8192個(gè)168點(diǎn)ASII 字符集8。利用該模塊靈活的接口方式簡單、方便操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互界面?？梢燥@示84行1616點(diǎn)陣的漢字。也可以完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又以顯著特點(diǎn)。FYD12864-0402B 終端技術(shù)規(guī)格如表4所示。表4顯示終端技術(shù)規(guī)格規(guī)格參數(shù) 工作電壓VDD 3.3V+5V(內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓

32、顯示分辨率12864點(diǎn) 驅(qū)動(dòng)方式1/32DUTY，1/5BIAS 顯示方式STN 、半透、正顯 視覺方向6點(diǎn) 背光方式側(cè)部高亮白色LED ，功耗僅為普通的LED 的1/51/10 字庫8192個(gè) 1616點(diǎn)陣漢字，支持GBK （簡體）、BIG5（繁體） 通訊方式串口、并口可選 頻率2MHZ 時(shí)鐘頻率 工作溫度055 存儲(chǔ)溫度 -20-60 其他 內(nèi)置DC-DC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓。無需片選信號(hào)，簡化軟件設(shè)計(jì)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都簡潔得多，而且該模塊的價(jià)格也略低與相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。顯示終端如圖6所示。 圖6 顯示終端

33、3.4傳感器及電源的選擇由于本設(shè)計(jì)第二套動(dòng)作中，需要對(duì)抓取物體進(jìn)行不同材質(zhì)識(shí)別，且受機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，必須采用體積小、重量輕的檢測傳感器。本設(shè)計(jì)采用反射式紅外光電傳感器，它體積小，便于布置安裝，輸出是數(shù)字量，便于單片機(jī)處理。這種傳感器的特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)非接觸測量，測量精度高，反射式光電傳感器是將紅外發(fā)光管和硅光敏三極管等，以相同的方向裝在支架上。當(dāng)紅外線發(fā)光管通電發(fā)光時(shí)，光通過被照射物反射到硅光敏三極管窗口上，使硅光敏三極管導(dǎo)通，從而有一定大的電流輸出，以此檢測物體的有無9。適用于光電接近開關(guān)、光電自動(dòng)控制、物體識(shí)別等方面。近年來，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電式傳感器已成為系列產(chǎn)品，其品種及產(chǎn)量日

34、益增加，用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格的產(chǎn)品，它在機(jī)電控制、計(jì)算機(jī)、國防科技等方面的應(yīng)用都非常廣泛10。本設(shè)計(jì)采用的是福建省南平市瑞光電子廠生產(chǎn)的反射式紅外光電傳感器RG5000。其參數(shù)如5表所示。表5 傳感器參數(shù) 規(guī)格參數(shù) 工作電壓5V 電流100mA 工作溫度-2085 存儲(chǔ)溫度-2085 最佳檢測范圍19mm 輸入波長 950nmRG5000 是單光束紅外光電傳感器，由進(jìn)口高發(fā)射功率的砷化鎵（砷鋁鎵）紅外發(fā)射管和高靈敏度的光敏晶體管組成。它具有高靈敏度、最佳檢測范圍寬為 1-9mm 、體積小、濾可見光、防塵等優(yōu)點(diǎn)。RG5000傳感器外形圖如圖7所示， 圖7 RG5000傳感器外形圖本設(shè)計(jì)電源

35、采用自制電源，主要由78L06三端穩(wěn)壓器構(gòu)成。該穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓濾波和保護(hù)作用。4 六自由度機(jī)械手實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的電路設(shè)計(jì)4.1主控制器接口設(shè)計(jì)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash ，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié)Flash ，256字節(jié)RA

36、M ，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，A T89S52可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式11?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM 、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash AT89S52 。P0 口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作

37、高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash 編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL ）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（P1.1/T2E

38、X），在flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能 P1.0 T2；（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出；P1.1 T2EX （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）；P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）；P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）。第二功能如表6所示。表6 P1個(gè)引腳第二功能示意 引腳號(hào) 第二功能P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入） ，時(shí)鐘輸出P1.1 T2EX （定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5 MOSI （在系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO （在系統(tǒng)編程用）P1.7

39、 SCK （在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL ）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送“1”。在使用 8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。 在flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。P3 口：P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8 位

40、雙向I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì)P3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL ）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash 編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。端口引腳 第二功能P3.0 RXD(串行輸入口P3.1 TXD(串行輸出口P3.2 INT0 (外中斷0P3.3 INT1 (外中斷1P3.4 TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0P3.5 T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1P3.6WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通P3.7 RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 此外

41、，P3口還接收一些用于FLASH 閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。P3各個(gè)引腳第二功能如表7所示。表7 P3各引腳第二功能 引腳號(hào)第二功能 P3.0RXD （串行輸入） P3.1TXD （串行輸出） P3.2INT0 (外部中斷 0 P3.3INT1 (外部中斷 0 P3.4T0（定時(shí)器0外部輸入） P3.5 T1（定時(shí)器1外部輸入） P3.6 WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 P3.7 RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通RST ：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST 腳持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出 96個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH 上的DISR

42、TO 位可以使此功能無效。DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG ：地址鎖存控制信號(hào)（ALE ）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在flash 編程時(shí)，此引腳（PROG ）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可以用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 脈沖將會(huì)跳過。如果需要，通過將地址為8EH 的SFR 的第0位置 “1”，ALE 操作將無效。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或MOVC 指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位 （地址為

43、8EH 的SFR 的第0位） 的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN ）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S52PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN 將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA 必須接GND 。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA 應(yīng)該接VCC 。在flash 編程期間，EA 也接收12伏VPP 電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。特殊功能寄存器(SFR的地址空間映像并

44、不是所有的地址都被定義了。片上沒有定義的地址是不能用的。讀這些地址，一般將得到一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)；寫入的數(shù)據(jù)將會(huì)無效。用戶不應(yīng)該給這些未定義的地址寫入數(shù)據(jù)“1” 。由于這些寄存器在將來可能被賦予新的功能，復(fù)位后，這些位都為“0”。定時(shí)器 2 寄存器：寄存器T2CON 和 T2MOD 包含定時(shí)器 2 的控制位和狀態(tài)位，寄存器對(duì)RCAP2H 和RCAP2L 是定時(shí)器2的捕捉/自動(dòng)重載寄存器。中斷寄存器：各中斷允許位在IE 寄存器中，六個(gè)中斷源的兩個(gè)優(yōu)先級(jí)也可在IE 中設(shè)置。掉電標(biāo)志位：掉電標(biāo)志位（POF ）位于特殊寄存器PCON 的第四位（PCON.4） 。上電期間POF 置“1” 。POF 可以軟件控

45、制使用與否，但不受復(fù)位影響。PSEN 程序儲(chǔ)存允許（PSEN ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89C52由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN 信號(hào)。EA/VPP外部訪問允許，欲使CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH ），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。如EA 端為高電平（接Vcc 端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp ，當(dāng)然這必須是

46、該器件是使用12V 編程電壓Vpp 。本設(shè)計(jì)中，采用單片機(jī)P0.0P0.7口，與顯示模塊連接；P1.0口與PSC 伺服器相連接，從而實(shí)現(xiàn)主控制器與PSC 進(jìn)行通信，通過PSC 控制6個(gè)伺服電機(jī)；P1.2口與傳感器連接，接收傳感器的信號(hào)，從而控制機(jī)器運(yùn)動(dòng)。 4.2 PSC伺服控制板接口設(shè)計(jì)PSC 伺服控制板采用6V/3A的獨(dú)立電源適配器，該適配器符合伺服電機(jī)的額定電壓6V 的要求，且輸出電流大，保證在機(jī)械臂有負(fù)載時(shí)的伺服電機(jī)電流供應(yīng)12。機(jī)械手伺服電機(jī)05，分別連接PSC 伺服控制板的CH0CH5。在本設(shè)計(jì)的程序中，指定了PSC 與C51實(shí)驗(yàn)教學(xué)板，通過P1.0口進(jìn)行通信。同時(shí)，為了方便PSC

47、的供電，將PSC 控制板上的P1.0口（圖8中所示）接到C51實(shí)驗(yàn)教學(xué)板P1.0口上，并連接好電源線與地線。PSC 伺服控制板與電機(jī)連接示意圖如圖8所示。 圖8 PSC伺服控制板與電機(jī)連接示意圖4.3 顯示終端接口電路FYD12864-0402B 是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，420135電機(jī) 電機(jī)內(nèi)含有國標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，它的分辨率為12864，內(nèi)置8192個(gè)168點(diǎn)ASII 字符集。顯示終端接口如表7所示。表7 顯示終端接口顯示終端顯示器連接圖如圖9所示。本設(shè)計(jì)選用端口D0D7，為數(shù)據(jù)傳輸接口，與單片機(jī)P0.0P0.7口相接；從而實(shí)現(xiàn)主

48、控制器和顯示屏幕通信，顯示器的顯示。引腳號(hào) 引腳名稱 方向 功能說明 1 VSS - 模塊的電源地 2 VDD - 模塊的電源正端3 V0 - LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸入端4 RS(CS H/L 并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)；串行的片選信號(hào) 5 R/W(SID H/L 并行的讀寫選擇信號(hào)；串行的數(shù)據(jù)口 6 E(CLK H/L 并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)0 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)1 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)2 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)3 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)4 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)5 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)614 DB7 H/L 數(shù)據(jù)715 PSB H/L

49、 并/串行接口選擇：H-并行；L-串行 16 NC空腳17 /RET H/L 復(fù)位 低電平有效 18 NC空腳 19 LED_A （LED+5V） 背光源正極 20LED_K（LED-OV ）背光源負(fù)極 圖9 顯示器連接圖4.4傳感器及其接口設(shè)計(jì)由于本設(shè)計(jì)第二套動(dòng)作中，當(dāng)檢測到黑色球體時(shí)，機(jī)械手開始動(dòng)作對(duì)小球進(jìn)行抓取，最終將黑色小球放在指定位置。需要對(duì)抓取物體進(jìn)行不同材質(zhì)識(shí)別，且受機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，必須采用體積小、重量輕的檢測傳感器。本設(shè)計(jì)采用光電反射式傳感器，它體積小，便于布置安裝，輸出是數(shù)字量，便于單片機(jī)處理。即當(dāng)傳感器遇到黑色時(shí)，則輸出為“1”，否則輸出為“0” 13。設(shè)計(jì)中應(yīng)用LM

50、339比較器，可以比較兩端的電壓高低。紅外傳感器所發(fā)出的信號(hào)與電位器所發(fā)出信號(hào)比較，比較器的電平范圍為04V ，可進(jìn)行較大范圍的調(diào)節(jié)。傳感器整體結(jié)構(gòu)圖如圖10所示。圖10 傳感器信號(hào)檢測結(jié)構(gòu)圖輸出電平檢測 物體紅外傳感器電位器比 較 器紅外反射光強(qiáng)法的測量原理是將發(fā)射信號(hào)經(jīng)調(diào)制后發(fā)送紅外管發(fā)射，光敏管接收調(diào)制的紅外信號(hào)，原理如圖11 所示。 圖11 紅外發(fā)射、接收原理圖本設(shè)計(jì)使用的光電反射式傳感器為5V 供電，信號(hào)端連接出于單片機(jī)I/O口用途考慮，選用P1.2與1接口進(jìn)行連接，并且連接發(fā)光二極管圖12中LED 所示一個(gè)，作為檢測信號(hào)指示燈。當(dāng)傳感器遇到黑色物體時(shí)，LED 發(fā)出的光在黑色物體上的

51、反光較弱，D1導(dǎo)電較弱，通過比較器比較，比較器3端電位高于2端點(diǎn)位，即正端高于負(fù)端，比較結(jié)果1端輸出為“1”，即P1.2接收到高電位“1”。L ED 熄滅，主控制器發(fā)出命令控制機(jī)械手抓取物體，放置到相應(yīng)的位置處。若遇到白色物體，反射光線較強(qiáng)，D1導(dǎo)通，比較器2端電位高于3端，比較結(jié)果1端為“0”，即P1.2接收低電位，LED 點(diǎn)亮。機(jī)械手將不會(huì)抓取物體。LED 燈作為檢測是否有黑色小球的顯示燈，當(dāng)LED 點(diǎn)亮?xí)r，表示該物體為白色，將不抓取。RK2為顏色識(shí)別的調(diào)節(jié)器，通過調(diào)節(jié)變阻器RK2的阻值，改變比較器3端的電位高低，可以調(diào)節(jié)對(duì)物體顏色識(shí)別的靈敏度。圖12中電阻R1、R2、R3為保護(hù)電阻。連接

52、示意圖如圖12所示。射 表 面反 圖12 傳感器連接示意圖4.5 電源的設(shè)計(jì)78L06是一種固定電壓三端集成穩(wěn)壓器, 其適用于很多應(yīng)用場合。牽涉到單點(diǎn)穩(wěn)壓場合需要限制噪聲和解決分布問題的都很適合應(yīng)用。此外它們還可以和其它功率轉(zhuǎn)移器件一起構(gòu)成大電流的穩(wěn)壓電源，如可驅(qū)動(dòng)輸出電流高達(dá)100毫安的穩(wěn)壓器14。其卓越的內(nèi)部電流限制和熱關(guān)斷特性使之特別適用于過載的情況。當(dāng)用于替代傳統(tǒng)的齊納二極管-電阻組的時(shí)候，其輸出阻抗得到有效的改善, 其偏置電流大大減少。故本設(shè)計(jì)采用78L06三端集成穩(wěn)壓電源。78L06穩(wěn)壓器是一種三-端穩(wěn)壓器，輸出電流可達(dá)到100mA ，并且無需外接元件，內(nèi)部設(shè)有熱過載保護(hù)和短路電流限制，產(chǎn)品提供的各類封裝形式，均為無鉛封裝產(chǎn)品。78L06應(yīng)用中，如果穩(wěn)壓器離電源濾波器有一段距離,Cin 是必需的；Co 對(duì)穩(wěn)定性而言是可有可無的, 但的確能夠改善瞬態(tài)響應(yīng)。本設(shè)計(jì)中電源所應(yīng)用到的分別有5V 和6V 。其設(shè)計(jì)電路圖如圖13所示。圖13為典型7806作為輸出電壓V o 固定的典型的電路圖，電路中C1、C2用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高額自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾，C3是電解電容，以減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。D是保護(hù)二級(jí)管，當(dāng)輸入斷短路時(shí)，給輸出電容器C3一個(gè)放