基于单片机的多自由度机械手臂控制器设计解析 .pdfVIP

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PWM

DesignofMultiDOFManipulatorController

BasedonMCU

Abstract

Asthebrainofrobotarm,manipulatorcontrollerisveryimportantforits

controlsystemofMCUisbecomingmoreandmoremature.Thisthesisisbasedonthe

researchofthemanipulatorcontrolsystemofMCU.

homeandabroad.

design,Powercircuitdesign,anddrivercircuitdesignofmanipulatorcontrolsystem.In

thedesignoftheprogram,thedesignofPWMspeedregulationbydifferential

interpolationisintroducedemphatically.Thesoftwaredesignandflowchartofthe

controlleraregiven.Finally,itispresentedtheproblemsofhardwareandsoftwarein

practivegivenresolves.

Keyword:Manipulator;MCU;DOF;Steeringengine;PWM

目录

1引言

1.1研究的背景和意义

1.2国内外机械臂研究现状

1.2.1国外机械臂研究现状

1.2.2国内机械臂研究现状

1.3机械臂控制器的发展现状

1.4本设计研究的任务

2机械结构与控制系统概述

2.1机械结构

2.2控制系统

2.3系统功能介绍

2.4舵机工作原理与控制方法

2.4.1概述

2.4.2舵机的组成

2.4.3舵机工作原理

3系统硬件电路设计

3.1时钟电路设计

3.2复位电路设计

3.3控制器电源电路设计

3.4舵机驱动电路

3.5串口通信电路设计

4系统软件设计

4.1四自由机械臂轨迹规划

4.2主程序设计