基于单片机控制搬运机器人开题报告7页

作者：kjmfgrpo3 | 发布时间：2021-02-24 12:53:56 收藏本文下载本文

京北京 XX 大学毕业设计（论文）开题报告题目：

基于单片机控制的搬运机器人设计专业：

电子信息工程指导教师：

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抖蹲肯一、课题任务与目的本肯课题是设计并制作一台肯基于单片机控制的搬运肯机器人。该机器人能在肯规定区域内沿寻迹线行肯走，按要求停在指定地活点,通过操作手的控制活实现对货物的抓取、升活降及放下等操作。机器活人控制系统以 51 单片活机作为检测和控制的核活心，采用相应传感器检活测各种信号，采用 PW 活 M 控制方式实现寻迹行活走速度、行走方向及机答器手的各种运动控制。

答课题设计要求完成以下答工作与任务：

1、基于答 51单片机的智能搬运答机器人的电路与机械设拌计；实现 51 单片机与拌循迹单元的传感器、移拌动单元的电机和抓取单拌元的舵机与电磁铁的电拌路的设计与制作，进行拌单片机对各执行单元的拌控制命令的编程。

2、拌通过实验完成成品并进故行基础搬运工作。

二、故调研资料情况故 1、机械人的发展情况故从 1959 年美国第一壁台工业机器人到本世纪壁 80 年代初，机器人技壁术经历了一个长期缓慢壁的发展过程。经过 40 壁年的发展，美国已经是壁机器人强国之一。在日壁本机器人的起步晚于美揪国五、六年，在经历了揪摇篮期和实用期后，在揪 1980年进入普及提揪高并广泛应用期，一跃揪成为“机器人王国”，揪在出口和使用方面都居揪于世界的榜首。但自 2 揪 0 世纪 90 年代中期，吩随着欧洲和北美工业机吩器人的崛起，国际市场吩由日本转向欧洲和北美吩，在经过几年低迷后，吩在 21 世纪初期随着我吩国和周边几个国家对工吩业机器人的大量需求，吩日本的工业机器人又重吩新焕发了生机。而我国尝的机器人起步较晚，经尝过“七五”起步、“八尝五”和“九五”进行攻尝关，在近几年取得了较尝大的发展。截止 200 尝 7 年底，我国共有工业尝机器人 2.39 万台，尝是日本的 1/15、北尝美的 1/7，其中完全硷国产工业机器人占三成硷左右，其余都是从日本硷、美国、德国等 20 多硷个国家引进。从 20 世硷纪 90 年代以来，机器盆人技术的应用已经从制盆造领域扩充到非制造领盆域，研究发展基于非机盆构环

境、极限环境下的盆先进特种机器人技术已盆经成为主要方向。这种盆研究有不断的向智能化盆、模块化、系统化，以盆适应多样化、个性化的适需求，适应各种多变的适作业环境。

2、机器人适的分类按用途分类：主适要分为军用机器人和民适用机器人。军用机器人适又分为地面军用机器人唆、无人机、水下机器人唆和空间机器人；而民用唆机器人又分为工业机器唆人、服务机器人、娱乐唆机器人、类人机器人和唆农业机器人。

按主要功唆能分类：操作机器人、唆移动机器人、信息机器唆人和人机机器人。

按技冷术级别分类：第一代工冷业机器人、第二代工业冷机器人和第三代工业机冷器人。

按坐标系统分类冷：直角坐标型、圆柱坐冷标型、球坐标型和关节冷型。

按受控方式分类：

冷点位控制型和连续控制冷型。

按驱动方式分类：

离液压驱动、气压驱动和离电气驱动等。

3、机器离人的应用在 70 年代初离期，机器人应用在点焊离、喷漆和弧焊先后出世离，70 年代末这些机器离人在汽车行业开始广泛离的应用，很快的就推广理到了整个工业部门。到咆今天工业机器人已经在咆应用在很多领域中，大咆体上可以分为两大类，咆一类是制造类，另一类咆是服务类，当然，利用咆机器人最多的是制造类咆。所以我们详细的介绍咆机器人在工业中的应用咆。

在制造业中，机器人咆已经可以进行毛坯制造破、机械加工、焊接、热破处理、表面涂覆、装配破及仓库堆垛等作业中。

破点焊作业是工业机器人破的典型应用领域，80 破年代初，各汽车厂在点破焊工艺中采用“工业机破器化”的生产方式，使甩得工业机器人的应用每甩年都成倍的增长。

弧焊甩机器人的使用主要还是甩集中在汽车制造业，随甩着识别和跟踪焊缝的传甩感器的应用，弧焊的机甩器人将进一步的升级，甩使弧焊机器人更好的应甩用。

装配是产品生产的篱后续工序，在当今这个篱工业发达的年代，对于篱装配机器人的需求每年篱都在增高，在电气设备篱制造业里，装配作业自篱动化程度比汽车行业的篱需求还要高，在我国基篱本掌握了装配机器人机篱构的设计制造技术。

移篱动机器人（以下简称 A 档 GV）是广泛应用于智档能生产线、自动化物流档运输、无人车间等场合档的一种无人驾驶的物资档输送设备，具有智能、档柔性、安全、高效等特档点。经过不断的发展，档日趋成熟的 AGV 已经档在汽车制造、电子、电档力、纺织、造纸、医药档、卷烟、食品、图书出姐版等多种行业得到了广姐泛应用与今天的机器人姐相比，未来的机器人应姐具有更高的智能。随着姐计算机技术、专家系统姐技术、模糊控制技术、姐智能工程技术和人工神姐经网络技术等高新技术姐的不断发展，更能提高湖工业机器人在制造业中湖的灵活应用，并具有视湖觉、力觉等感知能力、湖能根据环境的变化做出湖相应的反应，快速的自湖我调整。

4、机器人的湖控制方法机器人的控制湖技术分为以下几种：

（吵 1）、基于模型的控制吵方法：和一般的机械系吵统一样，在机器人的结吵构及机械参数确定后，吵其动态特性将由动力学吵方程即数学模型来描述吵，但在实际工程中，由吵于机器人是一个非线性吵和不确定系统，机器人吵的精确数学模型是很难吵得到的，所以这种方法啃很难实现。

（2）、自啃适应控制：自适应控制啃是根据要求的性能指标啃与实际系统的性能指标啃相比较所获得的信息来啃修正控制规律或参数，啃让系统能够保证最优或啃次最优工作状态的控制啃方法。

（3）、鲁棒控皋制：鲁棒控制是一种保皋证不确定系统的稳定性皋以及达到满意控制效果皋的控制方法。它可同时皋仰制补偿结构和非结构皋不确定性的影响。

（4 皋）、PID 控制：机器皋人一般采用 PD 控制和皋 PID 控制，其优点是拌控制律简单，易于实现拌，但其有两个缺点很明拌显，一是很难保证受控拌机器人具有良好的动态拌和静态特性，二是需要拌较大的控制能量。

5、拌机器人的各个“器官” 截人在搬运的时候主要用截到手、脚、眼和大脑等截身体器官,而机器人也截需要这些“器官”。

图截 1 机器人的构成怠怠（1）、机器人拆的“大脑”——控制系拆统机器人手臂脚眼睛大脑

机器人在运动过程中拆需要处理很多数据，这拆就需要让机器人有个处拆理数据的“大脑”——拆处理器。

①PLC 其主汉要优点是灵活通用、可乞靠性高、抗干扰性强、乞编程简单、使用方便、乞接线简单、功能强、体乞积小、重量轻、易于实僳现机电一体化。

采用 P 僳 LC 控制的机器人初衷僳是替代继电器，增强其僳相应功能。因此，它擅僳长处理逻辑量。PLC 僳能够方便地对离散生产僳过程的顺序进行控制。

僳 PLC用于机器人伺服漓系统的开启、停止、重漓启动与回零等输入的控漓制。

②DSP 其主要优漓点是接口简单、编程容漓易、稳定性好、精度高楞、可重复性好、集成方楞便等。

利用 DSP 的实楞时运算速度快的特点，楞用于机器人的控制系统楞，易于构成并行处理网楞络，大大提高控制系统楞的性能。

③单片机单片楞机的有点是功能强、编欧程简便、体积小、可靠欧性高、低电压、低功耗欧、价格便宜等。

在智能欧机器人中单片机需要接欧收传感器传输的输入信欧号，达到对现场信息分欧析、比较、判断，然后欧根据要求，输出 PWM 欧波信号，控制机器人的迄行为。

（2）机器人的迄 “眼睛”——检测装置迄机器人在特定的工作中迄，需要自行发现需要处迄理的工作位置，这就需迄要机器人有一个发现问迄题的“眼睛”——传感迄器。

在机器人的移动过孙程中需要“眼睛”认路孙，也就是循迹，而智能孙机器人有很多种循迹方孙案。

许多智能机器人采孙用 CCD 图像传感器获孙取路径信息，虽然控制孙精确，但成本较高，而孙且数据处理算法复杂。

孙超声波传感器是利用超速声波的特性研制成的传速感器，它对液体和固体速的穿透性强，并且不受速环境影响，碰到分界面速会产生明显的反射形成速波形。但其驱动电压较速高，一般在 100V-速 1500V 之间，用在速低压设备上需要脉冲变幼压，会带来很多问题。

幼光电传感器具有控制简幼单、数据处理方便、成幼本低、安装灵活以及不幼受可见光干扰等特点，幼而且在稳定性和可靠性幼方面来说，也是比较突幼出的。

（3）机器人的幼 “脚”——驱动装置

现液在轮式机器人为主流机液器人，直流电机又具有液体积小，重量轻，维护液方便，高效节能，易于液控制等一系列的优点，液常被用在轮式机器人的液领域，所以直流电机就液成为轮式机器人不可或液缺的一部分。

（4）机液器人的“手臂”——执锈行机构机器人的机械臂锈组成有操作臂的杆件、锈活动关节（自由度）和锈抓取工具。

机械臂的活锈动关节可以用舵机进行锈控制，它使用简单、动锈力强劲、可以按照信号锈的要求精准的控制关节锈位移的角度。

抓取工具袖安装在机械臂的自由端袖，根据不同的场合，它袖可以是一个夹具、一个袖焊枪、一个电磁铁或是袖其他装置。

三、初步设袖计方法与实施方案本设针计方案所要做的机器人针为: 移动机器人（AG 针 V）是工业机器人的一针种类型，它由计算机控针制，具有移动、自动导针航、多传感器控制。

1 择、系统设计思想基于单择片机实现机器人的循迹移与位置检测，并到预定移位置进行搬运，用单片移机发出 PWM 波进行控移制移动的直流电机和舵移机的目的。

2、系统主移体结构框图单片机电机驯驱动运动单元舵机/电驯磁铁机械手循迹/位置驯检测单元图 2 主体结构轴框图 3、设计方案 89C①控轴制系统，选用单片机作轴为控制芯片，型号为 S 轴 TC52RC 单片机，浙它是一种低功耗、高性浙能的单片机，拥有 8k 浙字节的程序存储空间、浙 512k 字节的数据存浙储空间、32位 I/O 浙口以及内带 2k 字节 E 浙 EPROM 存储空间。

映

②检测装置，选用光电映传感器作为检测器件，映通过 A/D 转换装置与映单片机的 I/O 口相连映接。

传感器信号整型器幼 A B 单片机被幼测信号图 3 传感器系统幼 ③运动装置，采用三轮幼结构，前轮为万向轮，岩起支撑作用，后两轮用岩两个直流电机独立驱动岩，具有转弯灵活，控制岩简单等特点。

④执行机岩构，采用两舵机，即两岩个自由度，进行机械臂岩的控制，采用电磁铁连岩接在机械臂的自由端作岩为抓取工具。用单片机墟控制舵机以及电磁铁的墟动作。

4、软件编程利墟用 Keil uVis 墟 ion3 编程软件与 C 墟语言实现多路 PWM 波墟的产生，并且根据传感虚器传回的信号，对电机虚和舵机进行有效的控制虚。

四、预期结果 1、基虚于单片机应用设计的硬虚件电路原理图； 2、基斩于单片机应用设计的软斩件流程图及软件程序语斩言； 3、完成搬运机器斩人电路与系统，实现设斩计要求。

五、进度计划掌参考文献: : [1] 机器在人学导论（原书第 3 版在）克来格，貟超著在机械工业出版社 [2] 在 PID 控制器参数整定一与实现黄友锐曲立国一著科学出版社 [3 一 ]伺服与运动控制系统一设计田宇著人民一邮电出版社 [4] 机器殉人控制系统的设计与 M 殉 ATLAB 仿真刘金殉琨清华大学出版社 [ 殉 5] DSP 在机器人控殉制系统中的应用刘建殉群，黄浩权等著组合职机床与自动化加工技术职 2001 年第 2 期 [6 职 ]单片机在智能机器人悠中的应用李维谦吴悠耀彬著福建电脑 2 悠 002 年第9 期

[7] 悠低成本教育型机器人控悠制器的设计与实现李俞学荣吴金波孙容磊俞著华中科技大学学俞报 2004 年 10 月 [ 俞 8]仿人机器人的发展俞现状及展望卢璥著俞科技信息 2012 年巡第 21 期 [9] 工业机巡器人的应用及发展趋势巡杜志俊著机械工巡程师 2002 年 5 月 [ 巡 10]工业机器人的应巡用现状与展望李如松须著组合机床与自动须化加工技术1994 年须第 4 期 [11]国内外须工业机器人的发展现状须毕胜著机械工程须师 2008 年第 7 期 [ 须 12]机器人的应用现这状及发展趋势王亚辉这何耀民著经济师这 2005 年第 8 期 [1 这 3]机器人控制技术的这认识论思考杨树栋这著山西高等学校社会园科学学报2005 年 2 园月 [14]机器人控制园器的二次开发戴栋园陈海秀等著重庆理工园大学学报(自然科学)园第 26 卷第 7 期 [15 园 ]基于 16 位单片机机运器人控制技术的研究运赵汝海等著组合机床与运自动化加工技术 200 运 7 年第 10 期 [16] 运基于 DSP 的移动机器运人驱动系统设计孙涛艺等著工业控制计算机艺 2011 年第 24 卷第艺 8 期 [17]基于 PL 艺 C 的焊接机器人柔性控艺制系统霍文峰著艺农业网络信息 2012 浇年第 7 期 [18]基于浇 VB 的工业机器人 PL 浇 C 控制系统黄金梭浇陈开强著轻工机械浇 2010年第 3 期 [1 浇 9]论工业机器人的发汉展与应用潘丽霞著汉山西科技 2010 年汉第 25 卷第 3期 [20 汉 ]浅谈 PLC 技术在移汉动机器人中的应用研究汉张红瑞著大观周汉刊第 581期 [21] 膊移动机器人控制器的模膊块化设计谢之柱等著膊机电工程技术 200 膊 6 年第35 卷第 9 期 [ 膊 22]轮式移动机器人膊轨迹跟踪控制算法的研抠究尉成果等著机电抠工程 2012年 6 月