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江苏城市职业学院

毕业设计（论文）

（ 2014 届）

设计（论文）题目 工业机械手结构设计

及其控制系统

办学点（系） 江苏城市职业学院张家港办学点 专 业 机械设计与制造 班 级 11机械（普） 学 号 110404350507 学 生 姓 名 朱 涛 起 讫 日 期 2013年11月1日至2014年3月8日 地 点 江苏城市职业学院张家港办学点 指 导 教 师 王益飞 职称 讲 师

目 录

一 工业机械手的发展趋势…………………………………………………. 3

二 机械手的概述……………………………………………………………..3

三 机械手总体方案的设计………………………………………………….4

3.1 机械手的执行机构………………………………………………………………….4 3.2 机械手的驱动要求………………………………………………………………….5 3.3 机械手的控制方案………………………………………………………………….6

四 机械手的受力分析及尺寸确定…………………………………………..6

五 驱动机构的设计与计算…………………………………………………..9

六 控制系统的设计与编程………………………………………………….12

6.1 单片机控制电路的设计……………………………………………………………12 6.2 控制面板的设计……………………………………………………………………19 6.3 控制程序的设计……………………………………………………………………20

七 机械手控制系统的调试…………………………………………………..22

八 设计总结…………………………………………………………………..22

参考文献………………………………………………………………………..23

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工业机械手结构设计及其控制系统

朱涛

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 ，文章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，控制步进电机的启停、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：四相步进电机，AT89C51 单片机，电机控制

一、机械手的发展趋势

工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。他的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。机械手作业的准确性和环境中完成作业的能力，在国民经济领域有着广泛的发展空间。

机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识：其一、它能部分的代替人工操作；其二、它能按照生产工艺的要求，遵循一定的程序、时间和位置来完成工件的传送和装卸；其三、它能操作必要的机具进行焊接和装配，从而大大的改善了工人的劳动条件，显著的提高了劳动生产率，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重用。

二、机械手的概述

工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平，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中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用。机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操

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