文档介绍：本科生毕业论文设计
题目基于单片机的机械手系统设计
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完成日期 20** 年 05 月 26 日
第1章绪论
机械手系统概述
机械工业是国民的装备部,是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业,还是新兴产业,都离不开各种各样的机械装备,机械工业所提供装备的性能、质量和成本,对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量的重要标志。因此,世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。
工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。工业机械手的是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务,在构造和性能上兼有人和机器各自的优点,尤其体现了人的智能和适应性。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力,在国民经济各领域有着广阔的发展前景。
机械手是在机械化,自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。在现代生产过程中,机械手被广泛的运用于自动生产线中,机械人的研制和生产已成为高技术邻域内,迅速发展起来的一门新兴的技术,它更加促进了机械手的发展,使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活,但它具有能不断重复工作和劳动,不知疲劳,不怕危险,抓举重物的力量比人手力大的特点,因此,机械手已受到许多部门的重视,并越来越广泛地得到了应用。
机械手技术涉及到力学、机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域,是一门跨学科综合技术。
机械手是一种能自动化定位控制并可重新编程序以变动的多功能机器,它有多个自由度,可用来搬运物体以完成在各个不同环境中工作。

机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。它的结构是:机体上安装一个回转长臂,顶部装有电磁块的工件抓放机构,控制系统是示教形的。
1962年,美国联合控制公司在上述方案的基础上又试制成一台数控示教再现型机械手。商名为Unimate(即万能自动)。运动系统仿照坦克炮塔,臂可以回转、俯仰、伸缩、用液压驱动;控制系统用磁鼓作为存储装置。不少球坐标通用机械手就是在这个基础上发展起来的。同年该公司和普鲁曼公司合并成立万能自动公司,专门生产工业机械手。
1962年美国机械制造公司也实验成功一种叫Vewrsatran机械手。该机械手的中央立柱可以回转、升降采用液压驱动控制系统也是示教再现型。虽然这两种机械手出现在六十年代初,但都是国外工业机械手发展的基础。
1978年美国Unimate公司和斯坦福大学,麻省理工学院联合研制一种Unimate-Vicarm型工业机械手,装有小型电子计算机进行控制,用于装配作业,定位误差小于±1毫米。
联邦德国机械制造业是从1970年开始应用机械手,主要用于起重运输、焊接和设备的上下料等作业。
日本是工业机械手发展最快、应用最多的国家。自1969年从美国引进两种机械手后大力从事机械手的研究。
目前,随着单片机和PLC等控制器的发展,工业机械手在自动控制和定位精度上有了很大提高[10]。

目前,大多数生产线上的搬运, 装箱工作仍由人工进行。为了提高劳动生产率,降低劳动强度,需研制出一种简单、实用的机械手来取代这种紧张且繁重枯燥的体力劳动,特别是在某些粉尘、噪声、污染严重的场合尤为迫切。虽然至今国内外已为自动生产线研制出了各种工业机器人, 但大多数结构复杂(以求具备多种功能),造价较高,而且工人也不容易掌握,难于推广。
根据某工厂生产过程的要求, 采用以51单片机为核心控制装箱机械手,代替人工装箱。机械手由电机驱动,采用最佳升降频的控制方法,为了保证机械手的可靠性和安全性对其控制系统建立相应的故障白诊断系统以寻找和排除控制系统在运行过程中出现的故障。
其操作是将工件从左工作台搬到右工作台,示意图如图1—1所示。
机械手每个工作臂都有上下限位和左右限位开关,而其夹持装置不带限位开关。一旦控制夹持开始,定时器开始记时,定时结束,夹持动作随即完成。机械手到达B后,将工件松开的时间也是由定时器控制的,定时结束时,表示工件已松开。机械手的动作过程如下:搬取工件时,按下启动开关,机械手先由原点下降,碰到下限位开关后,停止下降;同时接通定时器,机械手开始夹紧工件,定时结束,夹紧完成。机械手上升,上升到顶时,碰到上限位开关,上升停止。机械手右移,至碰到右限位开关时,右移停止。机械手下降,下降到底时,碰到下限位开关,下降停止。同时接通定时器,机械手放松工件,定时结束,工件已松开。机械手上升,上升到顶