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有关系统设计硕士毕业论文范文 和基于51单片机的机械手控制系统设计方面研究生毕业论文范文

主题:系统设计论文写作 时间:2024-01-16

基于51单片机的机械手控制系统设计,本文是有关系统设计硕士毕业论文范文跟机械手和单片机和控制系统方面专科开题报告范文.

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摘 要文章利用89S51 作微控制器对搬运机械手进行了设计,根据机械手的工作特性,设计了气动驱动系统,分析了搬运机械手的基本动作流程,并通过状态图的方式简化程序结构的复杂性.

关键词51 单片机;机械手;自动搬运技术;控制系统

中图分类号:TP241 文献标识码:B 文章编号:2095-1205(2017)02-44-02

1 引言

随着社会经济的快速发展,产业的转型升级,工业自动化程度越来越高,其中,机械手是工业自动化生产过程作中使用最广的一种自动化装置.也是近些年发展起来的一种在重复工艺生产过程、高危害环境中使用的高技术含量的自动化生产设备,是工业机器人的一个重要分支.机械手的使用不仅仅提高了劳动效率,而且是工艺过程一致程度大大提高,从而减小了工艺的随机误差.本文旨在设计一套简易货物搬运计数自动搬运设备,已达到提供工作效率,提高产品合格率,降低成本的需求.

目前,市场上工业机械手主运动主要采用液压或气动,执行器件主要时步进电机,其优点是动作快,结构简单,缺点控制复杂,成本较高.

本文采用的是手臂主运动为直流电机驱动,手爪和手臂伸缩采用启动,采用光电传感器作为检测物料和位置控制.主要适合工作量大,成本较低的场合.

2 自动搬运技术机械手方案设计

2.1 基本工作要求

该机械手的主要功能是把上道工序传送带上的半成品,搬运到下道工序的传送带上上,并自动计数.系统要求如下:

(1)系统运行安全可靠,便于系统监测和故障维修;

(2)能够实现连续稳定运行,具有中断,自动继续为进行完的动作;

(3)显示搬运物料数量,具有故障报警功能;

(4)结构简单,合理.

2.2 整体结构设计

结合该系统的技术要求和实际工作环境要求,选择直流电动机作为动力源,气动气缸作为机械手的驱动,采用光电传感器作为物料检测传感器.

3 控制系统硬件设计

本系统采用51 系列单片机作为系统的控制器,系统主要由直流电机驱动电路,继电器驱动电路和单片机控制电路三个部分组成.

直流电机驱动电路主要有两个继电器的常开触点,常闭触点,12 V电源,继电器KA1 吸合时,直流电机与电源正负极接通,直流电机顺时针旋转,当继电器KA2 吸合时,直流电机接电源的正负极端与KA1 吸合是正好相反,直流电机向相反的方向旋转,满足机械手工作环境要求.继电器驱动电路主要由24 V电源,继电器,三极管等组成,NPN 与单片机电路的光电耦合器相连,当NPN 的基极为高电平时,KA1,KA2 继电器线圈被24 V电源驱动,继电器吸合驱动直流电机.

单片机控制电路,主要由89S52 单片机,数码管,光电耦合器,光电传感器组成,为了隔离干扰信号,采用光电隔离措施,隔离继电器和感性元件的干扰.单片机连接光电耦合器的发光元件,从图中可以看出,当单片机引脚输出低电平时光电耦合器工作,控制信号通过光电耦合器传向下一级电路继电器驱动电路.

检测电路采用反射式红外光电传感器识别和判断被抓物料存在与否,其中手爪,原仓,目标仓底部,目标仓顶部(计数)等四组红外光电传感器检测电路,运用LM324 运算放大器放大信号,使传感器信号达到51 处理器的阈值信号,LM324 运算放大器具有调试和电路简单,波形规则的特点.

数码管显示电路采用共阴极数码管动态显示,采用P0端口作为数码管的段码数据传输线,P2 端口作为数码管的位控制引脚,运用NPN 三极管作为位控制器件.

气动控制系统主要由气缸,压缩机,单向节流阀,快速接头,电磁阀,气动三联件,本系统应用2 个气缸,手臂气缸是用于手臂的伸缩控制,手爪气缸是用于手掌夹具的开合.

手臂上下移动的动作上作了设计保护,当系统断电时手臂缩回,;气爪的气路采用了自锁机构,当系统断电时气爪能够保持断电前的状态.

4 软件设计

4.1 机械手的动作分析

根据机械手的工作任务要求,机械手的动作主要分为基本动作和搬运动作.其中搬运动作由基本动作有机结合而成,机械手的基本动作见表1 所示.

4.2 程序设计

根据机械手工作要求,有了基本动作,从原仓位取物料到目标仓位的一系列连贯动作,每种动作完成后进入下一个动作.考虑程序维护和修改,每个动作设计一个子函数来完成,主函数主要根据图各个步骤之间的先后顺序,调用这些子函数,结构比较清晰,当机械手完成一个物料的搬运后,手爪顺位到原仓位,并处于张开状态.

考虑到机械手在工作的过程中故障或突然断电等因素,为防止物料中途丢掉,机械手在出现故障或突然停电时,仍处于夹紧状态,在下次通电后能及时处理上次未完成动作,添加一个上电初始化动作,用一个初始化函数来完成,如果上次正常停机,机械手应该是手爪空,归位到原仓位,如果上次异常停机,手爪有物料,完成上次物料搬运动作,再回到原仓位,如果无物料,手爪回到原仓位,准备下一步动作.

5 结束语

本文成功地实现了采用直流电机和51 单片机完成工业搬运机械手的自动化控制,对元件的设计选型采用了常见的元件简化了硬件的成本;通过状态图的方式简化了程序设计算法,使系统调试、修改更加简便.相对其他控制方式,具有很高的可靠性,较好的性价比,具有较强的实用性和操控性.

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