摘 要

时代在发展，科技也在日新月异的进步，机械手臂尤其是仿人型机械手臂也以很快的速度发展。也在人们的平常生活里扮选演着各种各样的角色，这篇论文表达了是仿人形机械臂，它的主要特色在于很多种类型，单纯化，立感应化的人们和机器交往的方式，将会以过去多样多变的主从试操作，比如摇愰立杆控制等，可以转动简单的触摸屏的操作，并且帮助以双目机器视觉，还能完成通过人的姿势手来控制机械臂动作，将会完成直觉类的控制。

想要提高可以稳，高效率，精确地控制机械臂，这个设计使用了双控制系统合作的工作：下位控制系统设计使用嵌入式系统--ARM微处理器来实现机械臂的控制保护，包括定位算法及运动平率技巧等；最上面的位置控制系统是在电脑上实现的，控制软件使用vc 6.0编写，可以其只能够实现机器的视觉的某些相关的程序及各种运算，并可以将计算的结果通过串口通信，传递给下位而系统微处理器，并将最终转化成机器手臂的指定动作。

完整的全部一个设计的过程包括了底下的驱动硬件的操作，机械性机器的选则控型与控制；机械结构的设计，机构的尝试运营，进行负载校核，控制系统的电路设计，上位还有下位软件硬件的编写，机器的某些控制的方式

—Pwm脉冲宽频的调制，点位之定位算法，轨迹操作链接控制算法，机器感官计算法，并且可以编写制作了一些3维软件来模拟，三维的投影算法及贴面，光照，面的各种整齐此类的算法，并最终制成成型的物件来进行表演基准操作，在末端还可以装上夹缩工具之后进行抓取物品，能够进单纯单一的操作。

关键字：感应屏 机器视觉 嵌入式系统 运动控制

Three joint mechanical arm and its control system design

Abstract

Era in the development of science and technology is also changing with each passing day, the robot arm, especially the humanoid robot arm is also developing rapidly. Also in people's daily life dress Xuanyan with a variety of roles, this paper expressed are humanoid manipulator and its main characteristic lies in multi type, simple, the induction of human-computer interaction will in the past, varied and changeable master-slave trial operation, such as joystick control, transformed into a simple touch screen operation and help to binocular machine vision, but also to complete by hand gestures to control the actions of the mechanical arm, will complete the sort of intuitive control.

Want to improve the stability, high efficiency and precision control of the manipulator, this design uses a dual control system of the work: the next bit control system design using embedded systems -The subordinate control system design using embedded system - ARM microprocessor to realize the control and protection of mechanical arm, including positioning algorithm and motion flat rate skills; host control system is implemented on the computer, control software written in VC 6.0 can only can achieve machine vision of some related program and operation, and can be applied to the calculation of the results through the serial port communication, transfer to lower and microprocessor system, and will eventually turn into a robotic arm of a specified action.

The whole design process includes the control design of the driving hardware, the selection and control of the machine;Mechanical structure of the design, mechanism of the model, load check, control system circuit design, the host computer and the software to prepare the hardware, some of the control of the machine

- PWM pulse width modulation, point location algorithm, trajectory control algorithm, machine vision algorithms, and can be compiled some three dimensional software to simulate, 3D projection algorithm and veneer, illumination, face a variety of neat such algorithms and eventually made molding objects to demonstrate the operation.At the end of the fixture can be loaded after the grab items, to carry out a simple operation.

Key words: induction screen, machine vision, embedded system, motion control

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第1章 绪论 1

1.1 课题出现的意义 1

1.2 国内外发展的现状 1

第2章 方案的确定及分析

2.1 机械系统的比较与选择 5

2.2 手臂驱动系统的比较与选择 7

第3章 电机的选择与设计计算 10

3.1 主要参数的确定 10

3.2 各部分电机的选择及计算 10

3.2.1 大臂旋转电机的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.2.2 小臂旋转电机的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

3.2.3 中腰旋转电机的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

第4章 机械部件的设计与校核 15

4.1 轴的设计与校核 15

4.1.1 大臂旋转轴的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

4.1.2 大臂轴的强度校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

4.2 键的选择与强度的校核 18

4.3 轴承寿命的校核 20

4.4 联轴器的选择与圆锥销的校核 21

4.4.1 联轴器的选择.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

4.4.2 联轴器圆锥销的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

第5章 控制系统介绍与选择 23

5.1 单片机最小系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

5.1.1 8051单片机介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24

5.1.2 复位电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

5.1.3 振荡电路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

5.2 串行接口电路 27

5.3 传感器 27

5.3.1 传感器的选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

5.3.2 硬件电路的设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29

5.4 电动机的控制 29

5.4.1 L298N电机驱动芯片简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

5.4.2 硬件电路图．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30

结语 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

参考文献 33

致谢

1. 绪论

1.1 机械臂的存在意义

因为需要按照标准的设置和规定程序来制作工具，移动物件，握取物件地可自动行为装置，所以是类似于人的手臂动作行为。机械手臂可以把它当成人的手臂，可以把日常生活里沉重艰巨的劳动用完成生产的使用机器人手臂来代替并且能自主操作。能在危险恶劣生存条件环境下的动作来彻底保护人们生活的生命安全，所以大量广泛方便应用于各类机械制造、冶炼金属、电机计算、纺术织术加工等部门，但是由于我国的工程技术和生物科学及控制系统的层次落后于一些欧洲国家，所以现在我国自主研发的机械手臂在准确度上，适用性能上都不够理想。在市场也非常苦难能取到较领先的地位。为了打破欧洲国家在这一方面的僵局，尤其是中高层领域的拉拢局面，可以让国人渐渐开始注意我国自主合作生产的机械手臂，对于模仿人类型的机械手臂及控制及自动电子操作系统的研究具有很高远的意义。

1.2 机械臂国内外发展的现状

国内机器人起步较晚，现在市场上叫得响的品牌，除了新松，其他绝大部分应该都是在2008年之后成立的，技术积累与四大家族的30，40年积累不可同日而语。但是这里要提一句，不同于人工智能，机器视觉其他处理在理论研究热点的机器人领域，目前传统工业机器人所用的控制技术在理论上已经非常成熟了，国内机器人公司欠缺的是一定的时间，来给出足够可靠的高效的实现。

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