基于单片机的机械手臂控制系统设计(附件)【字数：6257】
【摘 要】随着科技的发展，越来多的智能产品出现在市面上，他们功能不同，作用不同。被用于各个行业，来代替人力的劳动。而在这些产品中，有一款智能产品用途广泛，不仅可以用于日常生活还可以用于医疗，运输等众多行业。它就是机械臂。机械臂的作用巨大且广泛。本设计针对机械臂进行研究，通过查阅资料，阅读文献，市场查看后发现，机械臂主要按照使用范围，驱动方式以及控制系统进行简单的分类，而本设计所介绍的是一款基于STM32的机械臂设计。本设计采用了KVIL进行软件的开发设计。其主控芯片为STM32F103，外接了蓝牙模块，红外模块，舵机，红外模块主要进行信号的接收，舵机主要进行机械臂的转动以及工作，蓝牙主要进行连接手机端。当设备上电后，最小系统开始工作，它开始通过蓝牙进行上位机的连接，当连接完成后，手机打开app进行控制，当点击机械臂时，机械臂开始工作，抓取物体。本设计基于STM32F103进行开发，其符合当代机械臂的发展现状，是一个十分有价值，有意义的设计。
目录
一、 绪论 1
（一） 选题背景 1
（二） 选题意义 1
（三） 国外发展现状 1
（四） 国内发展现状 2
二、 系统总体设计方案 3
三．总体硬件设计 4
(一) 硬件设计系统框图 4
(二) 最小系统介绍 4
（三）电源电路 5
（四） 按键电路 5
（五） 电机驱动电路设计 5
（六） 蓝牙通信电路设计 6
四．系统软件设计 8
(一)软件总体设计 8
（三） 上位机界面设计 8
（四）按键程序设计 9
（五）舵机驱动设计 10
五、 设计的制作与调试 11
（一）元器件的组装 11
（二）电路的调试 11
（三）软件的调试 11
（四）遇到的问题以及解决办法 11
（五）操作步骤 12
六．结论 13
七．致谢 14
参考文献 15
附录 16
绪论
选题背景
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发展和进步，越来越多的智能产品被开发出来，来进行一些机械化，重复性高的工作。其中机械臂的发展就十分的迅速，在国内外，机械臂行业突飞猛进。机械臂具有较高的适应性，在许多行业，如搬运，装卸，生产等。相比于人力，机械臂不需要进行休息，且价格低廉。工作效率更高。是很好的替代品。再生产上，他可以提高产线上的生产效率，降低工人的工作压力，在医疗上，他可以进行高精度的手术，相比于人力，其准确性更高。在军事上，它可以进行一些危险的操作。减少人们的所受到的安全威胁。
选题意义
目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械臂代替人工工作，以提高劳动生产率。
机械臂是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械臂能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械臂越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械臂的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械臂的研究设计是非常有意义的。
本设计采用了KVIL进行软件的开发设计。其主控芯片为STM32F103，外接了蓝牙模块，红外模块，舵机，红外模块主要进行信号的接收，舵机主要进行机械臂的转动以及工作，蓝牙主要进行连接手机端。当设备上电后，最小系统开始工作，它开始通过蓝牙进行上位机的连接，当连接完成后，手机打开app进行控制，当点击机械臂时，机械臂开始工作，抓取物体。
国外发展现状
在国外，机械臂的发展十分的迅速，其依靠高超的科技技术已经形成了较为完善的产业链。在国外，主要的机械臂分为：日系与欧系。以日系为例，日系以日本为主导，其技术已经十分的成熟，甚至可以作为标准进行实际的广泛运用。而且其与电机相关的衍生产品也发展的十分的好，如伺服电机，RV减速器等等。已经达到了垄断地位。这导致的了其在国际市场上占有大额的份额。获得较高的收益。
国内发展现状
在国内，机械臂的发展随着工业4.0的到来而开始爆发式发展，工业型机器臂作为较早出现的机械臂的一种，其在节约劳动成本的基础上，提高了工作效率，降低了工作成本，减轻了工人们的工作压力。减少工人们的安全风险。虽然我国的机械臂领域发展已然较为迅速，但与国外还是有较大的差距，由于我国智能机器人行业发展起步较慢，未能跟上世界的步伐，虽然后起而追，但依旧有所不及。目前我国的机械臂主要发展针对其经济化，实用化，高精高载高效进行研究和发展。
系统总体设计方案
本设计主要负责硬件电路设计装调和软件设计与开发，主要设计任务如下：
为机械臂设计STM32最小控制系统的电路
为机械臂设计电源电路
为机械臂设计按键电路及软件的编写
为机械臂设计电机驱动电路及软件的编写
为机械臂设计舵机驱动电路及软件的编写
为机械臂设计蓝牙通信电路及软件的编写
为机械臂编写上位机操作界面及连接
三．总体硬件设计
硬件设计系统框图
此设计主要是基于Arduino的一款机械臂，按照需求设计，硬件这部分需要进行以下几种电路的设计，下位机和上位机之间的通信电路设计，电机驱动电路设计，按键电路设计，舵机驱动电路电路设计，蓝牙通信电路设计，红外控制电路设计等等。整体硬件框图如31所示。
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图31 系统硬件总体框图
最小系统介绍
设计的微控制器，STM32F103C8T6的芯片型号是STM32F103C8T6F103C8T6是一款基于ARM?CortexM?内核STM32F103C8T6系列的32位的微控制器，STM32最小系统模块负责连接下位机各个模块直接的通信和与上位机间的通信。其具有收发指令速率快，能够超常时间使用，损耗较小，使用寿命长等优点。本设计中，最小系统主要是作为总体的控制，在其GPIO上连接各个外设模块，其PB8，PB4,PB3,PB1接了各个模块，其外接了拓展口其中，在芯片的引脚上串联一个电容主要是为了保护电路，防止最小系统开始工作时，由于直接供电造成损坏。如图32，是最小系统原理图。
目录
一、 绪论 1
（一） 选题背景 1
（二） 选题意义 1
（三） 国外发展现状 1
（四） 国内发展现状 2
二、 系统总体设计方案 3
三．总体硬件设计 4
(一) 硬件设计系统框图 4
(二) 最小系统介绍 4
（三）电源电路 5
（四） 按键电路 5
（五） 电机驱动电路设计 5
（六） 蓝牙通信电路设计 6
四．系统软件设计 8
(一)软件总体设计 8
（三） 上位机界面设计 8
（四）按键程序设计 9
（五）舵机驱动设计 10
五、 设计的制作与调试 11
（一）元器件的组装 11
（二）电路的调试 11
（三）软件的调试 11
（四）遇到的问题以及解决办法 11
（五）操作步骤 12
六．结论 13
七．致谢 14
参考文献 15
附录 16
绪论
选题背景
随着时代的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
发展和进步，越来越多的智能产品被开发出来，来进行一些机械化，重复性高的工作。其中机械臂的发展就十分的迅速，在国内外，机械臂行业突飞猛进。机械臂具有较高的适应性，在许多行业，如搬运，装卸，生产等。相比于人力，机械臂不需要进行休息，且价格低廉。工作效率更高。是很好的替代品。再生产上，他可以提高产线上的生产效率，降低工人的工作压力，在医疗上，他可以进行高精度的手术，相比于人力，其准确性更高。在军事上，它可以进行一些危险的操作。减少人们的所受到的安全威胁。
选题意义
目前，在国内很多工厂的生产线上数控机床装卸工件仍由人工完成，劳动强度大、生产效率低。为了提高生产加工的工作效率,降低成本,并使生产线发展成为柔性制造系统,适应现代自动化大生产,针对具体生产工艺,利用机器人技术，设计用一台装卸机械臂代替人工工作，以提高劳动生产率。
机械臂是在自动化生产过程中使用的一种具有抓取和移动工件功能的自动化装置，它是在机械化、自动化生产过程中发展起来的一种新型装置。机械臂能代替人类完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，提高劳动生产力。机械臂越来越广泛的得到了应用，在机械行业中它可用于零部件组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更普遍。它适应于中、小批量生产，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。目前我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械臂的研究和开发直接影响到我国自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械臂的研究设计是非常有意义的。
本设计采用了KVIL进行软件的开发设计。其主控芯片为STM32F103，外接了蓝牙模块，红外模块，舵机，红外模块主要进行信号的接收，舵机主要进行机械臂的转动以及工作，蓝牙主要进行连接手机端。当设备上电后，最小系统开始工作，它开始通过蓝牙进行上位机的连接，当连接完成后，手机打开app进行控制，当点击机械臂时，机械臂开始工作，抓取物体。
国外发展现状
在国外，机械臂的发展十分的迅速，其依靠高超的科技技术已经形成了较为完善的产业链。在国外，主要的机械臂分为：日系与欧系。以日系为例，日系以日本为主导，其技术已经十分的成熟，甚至可以作为标准进行实际的广泛运用。而且其与电机相关的衍生产品也发展的十分的好，如伺服电机，RV减速器等等。已经达到了垄断地位。这导致的了其在国际市场上占有大额的份额。获得较高的收益。
国内发展现状
在国内，机械臂的发展随着工业4.0的到来而开始爆发式发展，工业型机器臂作为较早出现的机械臂的一种，其在节约劳动成本的基础上，提高了工作效率，降低了工作成本，减轻了工人们的工作压力。减少工人们的安全风险。虽然我国的机械臂领域发展已然较为迅速，但与国外还是有较大的差距，由于我国智能机器人行业发展起步较慢，未能跟上世界的步伐，虽然后起而追，但依旧有所不及。目前我国的机械臂主要发展针对其经济化，实用化，高精高载高效进行研究和发展。
系统总体设计方案
本设计主要负责硬件电路设计装调和软件设计与开发，主要设计任务如下：
为机械臂设计STM32最小控制系统的电路
为机械臂设计电源电路
为机械臂设计按键电路及软件的编写
为机械臂设计电机驱动电路及软件的编写
为机械臂设计舵机驱动电路及软件的编写
为机械臂设计蓝牙通信电路及软件的编写
为机械臂编写上位机操作界面及连接
三．总体硬件设计
硬件设计系统框图
此设计主要是基于Arduino的一款机械臂，按照需求设计，硬件这部分需要进行以下几种电路的设计，下位机和上位机之间的通信电路设计，电机驱动电路设计，按键电路设计，舵机驱动电路电路设计，蓝牙通信电路设计，红外控制电路设计等等。整体硬件框图如31所示。
/
图31 系统硬件总体框图
最小系统介绍
设计的微控制器，STM32F103C8T6的芯片型号是STM32F103C8T6F103C8T6是一款基于ARM?CortexM?内核STM32F103C8T6系列的32位的微控制器，STM32最小系统模块负责连接下位机各个模块直接的通信和与上位机间的通信。其具有收发指令速率快，能够超常时间使用，损耗较小，使用寿命长等优点。本设计中，最小系统主要是作为总体的控制，在其GPIO上连接各个外设模块，其PB8，PB4,PB3,PB1接了各个模块，其外接了拓展口其中，在芯片的引脚上串联一个电容主要是为了保护电路，防止最小系统开始工作时，由于直接供电造成损坏。如图32，是最小系统原理图。
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