基于单片机控制搬运机器人开题报告7页.docx

1、基于单片机控制搬运机器人开题报告7页基于单片机控制搬运机器人开题报告7页 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： 学院： 学号： 班级： 抖 抖 姓名： 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 _，采用 PW 活 M 控制

2、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 _缓慢 壁 的发展过程。经过 40

3、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 _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 _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”

4、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 _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 _ 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

5、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 _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、

6、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 _ 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 _、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

7、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

8、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

9、、 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

10、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

11、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。 PLC 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

12、回零等输入的控 漓 制。 DSP 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。 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 、 _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 _，控制机器人的 迄 行为。 （2）机器人的 迄 “眼睛”检测装置

13、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 _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，

14、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、 _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）

15、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 _ 锈 的要求精准的控制关节 锈 位移的角度。 抓取工具 袖 _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: _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 _、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 P

16、WM 波进行控 移 制 _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 _C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 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

17、 映 接。 传感器 _整型器 幼 A B 单片机 被 幼 测 _ 图 3 传感器系统 幼 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 _驱动 岩 ，具有转弯灵活，控制 岩 简单等特点。 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 _，对电机 虚 和舵机进行有效的控制 虚 。

18、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 _: : 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

19、殉 群，黄浩权等著 组合 职 机床与自动化 _技术 职 xx 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 xx 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 xx 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 xx 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 _技术1994 年 须 第

20、 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 xx 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 xx 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xx 年 2 园 月 14机器人控制 园 器的二次 _ 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 _技术 200 运 7 年第 10 期 16 运 基于 DSP 的 _机器 运 人

21、驱动系统设计孙涛 艺 等著工业控制计算机 艺 xx 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 xx 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 xx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 xx 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 _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 _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 xx年 6 月 模板,内容仅供参考