小型桌面搬运机器人设计控制系统设计
随着现代工业生产自动化程度不断提高，在生产中，工业机器人担当着的角色愈来愈来重要。在工业现代化制造中，它早已是不能代替的重要部分。作为一个系统，一般说来，机器人由三部分、六个子系统组成。这三部分是机械部分、传感部分和控制部分；六个子系统是驱动系统、机械系统、感知系统、控制系统、机器人、环境交互系统和人机交互系统等。本课题设计的码垛机器人采用关节坐标型机器人方案，设计了机械手的程序、上位机软件以及控制电路。机械手具有4个自由度，选用了LF-20MG舵机、3689MG舵机和SG90舵机,主控芯片选用STM8S105K4单片机，结构材料选用亚克力板和PLA材料，分别使用激光切割技术和3D打印技术加工。关键词 机器人，码垛，机械手，运动学逆解，控制算法目 录
1 引言 1
1．1 研究背景 1
1．2 国内外研究现状 1
1．3 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 3
2 小型桌面搬运机器人控制系统总体方案的设计 4
2．1 小型桌面搬运机器人的运动分析 4
2．2 小型桌面搬运机器人控制系统的基本组成 4
3 小型桌面搬运机器人控制系统的硬件设计 5
3．1 动力元件 5
3．2 主控芯片 8
3．3 电源方案 9
3．4 电路板 11
4 小型桌面搬运机器人控制系统的程序设计 14
4．1 逆向运动学的解 14
4．2 建立程序工程 18
4．3 根据运动学逆解的解析式编写函数 19
4．4 调试程序 23
5 上位机软件 23
5．1 9路PWM上位机 24
5．2 码垛机器人上位机 26
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
计算机技术不断的前进和更新，机器人的技术也随着它得到了很大的发展，不断地达到了新水平。下至开发深海、小型机器人，上至空间站、人造卫星，机器人的技术早就已拓展到了经济全球化发展的广阔
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 5．1 9路PWM上位机 24
5．2 码垛机器人上位机 26
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
计算机技术不断的前进和更新，机器人的技术也随着它得到了很大的发展，不断地达到了新水平。下至开发深海、小型机器人，上至空间站、人造卫星，机器人的技术早就已拓展到了经济全球化发展的广阔的领域，早已是高端科技里的非常重要组成的环节[1]。人类的社会发展早就不能和机器人技术分离。而且推动科技进步，机器人技术的发展有不可替代的功能。机器人的技术探索、实践与科技的发展、人类的文明进步早与有了密不可分的关系。
1．1 研究背景
在焊接、喷漆、装配和搬运工作环境中，传统工业机器人用的很多。机器人比较表演着工业生产中大部分的重体力工作劳动，从某个角度来说，这种角色能使工作人员劳动的强度降低缓解，而且，劳动生产的效率也能有非常大的上升[2]。工业机器人有一种机器人叫搬运机器人，它能实现搬运的自动化作业。在1960年，美国第一个出现了搬运机器人，Versatran和Unimate两种机器人第一次用在搬运作业中。使用一个工具握持工件，从一个加工位置搬运至另一个加工位置称之为搬运作业。搬运机器人能加载各种各样的末端执行器，来实现很多不同状态与形状的工件搬运的作业，工人的繁重体力工作劳动能得到非常可观的降低。
如今全球范围内，搬运机器人的应用量已超越十万个。在码垛搬运、装配自动化生产线、自动冲压流水线、集装箱、机床上下料等工作情况中的自动搬运，广泛地使用搬运机器人。在有些发达国家中，规定额工人搬运最大的限度，搬运机器人必须代替工人做超过限度的工作。在现代控制自动化领域中，搬运机器人是一项高新技术。这个学科涵盖了机械学、自动控制技术、电气技术、液动气动技术、力学、单片机技术电脑技术和传感器技术等学科领域，早就是机械制造现代化生产系统里一项重要的组成部分[3]。它的长处是可以通过编程实现很多计划的工作，在性能与自身结构方面，存在机器与人双方的长处，特别是，具备了柔性以及人工智能。
1．2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
全球的现代化工业里，机械化、自动化的制造生产线早已是重点的问题。所以，多元化的气动机械手大量地运用在其各类物流工作与生产流水线中。工程师们已基本地实现了之中的化工等持续性的生产过程自动化。然而，在生产制造中，装配与加工等工序是不持续的。所以，搬运与装卸等生产机械化的迫切性，为解决这些生产的自动化，出现了搬运机器人，如图1所示。在锻造生产中，搬运机器人的应用可以使锻造设备的生产能力得到更大的进步，还可以优化热、累等工作状况[4]。外国的机器人产业以及铁路产业里，不只在专机与单机上运用机器人降低人工工作强度。还可以与机床一起组成一个完整的数控加工系统。目如今，研究的重点是在生产流水线上运用搬运机器人。外国已探索出使用力传感器、摄象头置与微型电脑组合成一个整体，就可以判断工件的位置到达精确搬运的任务[5]。
图1 工业机器人
外国的搬运机器人的研究目标是着重设计具备多个智能设备的搬运机器人。让它得到足够的传感功能，可以输出外部状况的实时信息，做出对应的动作。视觉性能，即在搬运机器人上加载有距离传感器（光学测距仪）、照相机还有微型电脑[6]。
触觉性能，即是在机器人上加载有触觉信息输出控制的装置。工作时，首先机械手展开手指头找到工作，依靠加载在手指头里面的敏感压力原件产生触觉功能，接着往前面伸展，持握工件。总的来说，机器人的装配工作性能紧跟传感技术的进步，也会大大发展。将搬运机械手、适应性生产系统与适应性生产单元集成起来是很重要的，靠这个途径，根本地革新如今的机械生产系统的工人操作情况[7]。
1.2.2 国内研究现状
工业机器人是最近五十年来迅速发展出来的一个高新科技生产自动化设备。机器人分类的依据有几个，依照它的使用能分类成：军用机器人、水下机器人、工业机器人、服务机器人、农业机器人、空间机器人以及娱乐机器人[8]。工业机器人一个重要的分支是搬运机器人。机器人作业在多个状况中实现生产的性能和其精确性，在我国经济多个领域具备无限的进步前景。
搬运机器人是在自动化以及机械化制造流水线中发展起来的一个高科技装置。在制造现代化流水线里，广泛地采用搬运机器人。机器人的生产以及设计早已是高新科技范畴里，飞快发展出来的一种新兴的科技。它大大加快了搬运机器人的进步，让搬运机机器人可以更优的完成与自动化以及机械化的合理集成[9]。虽然，搬运机器人尚比不了人类的手的灵活性，它却存在可以连续循环作业和劳、比人类的力大很多的持握工件的力气、不知危险以及不怕疲惫的特点。
综上所述，搬运机器人得到了各个部门的关注。我国的搬运机器人的研究趋势大致能概括成如下5点[1
1 引言 1
1．1 研究背景 1
1．2 国内外研究现状 1
1．3 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 3
2 小型桌面搬运机器人控制系统总体方案的设计 4
2．1 小型桌面搬运机器人的运动分析 4
2．2 小型桌面搬运机器人控制系统的基本组成 4
3 小型桌面搬运机器人控制系统的硬件设计 5
3．1 动力元件 5
3．2 主控芯片 8
3．3 电源方案 9
3．4 电路板 11
4 小型桌面搬运机器人控制系统的程序设计 14
4．1 逆向运动学的解 14
4．2 建立程序工程 18
4．3 根据运动学逆解的解析式编写函数 19
4．4 调试程序 23
5 上位机软件 23
5．1 9路PWM上位机 24
5．2 码垛机器人上位机 26
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
计算机技术不断的前进和更新，机器人的技术也随着它得到了很大的发展，不断地达到了新水平。下至开发深海、小型机器人，上至空间站、人造卫星，机器人的技术早就已拓展到了经济全球化发展的广阔
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
br /> 5．1 9路PWM上位机 24
5．2 码垛机器人上位机 26
结论 28
致谢 29
参考文献 30
1 引言
计算机技术不断的前进和更新，机器人的技术也随着它得到了很大的发展，不断地达到了新水平。下至开发深海、小型机器人，上至空间站、人造卫星，机器人的技术早就已拓展到了经济全球化发展的广阔的领域，早已是高端科技里的非常重要组成的环节[1]。人类的社会发展早就不能和机器人技术分离。而且推动科技进步，机器人技术的发展有不可替代的功能。机器人的技术探索、实践与科技的发展、人类的文明进步早与有了密不可分的关系。
1．1 研究背景
在焊接、喷漆、装配和搬运工作环境中，传统工业机器人用的很多。机器人比较表演着工业生产中大部分的重体力工作劳动，从某个角度来说，这种角色能使工作人员劳动的强度降低缓解，而且，劳动生产的效率也能有非常大的上升[2]。工业机器人有一种机器人叫搬运机器人，它能实现搬运的自动化作业。在1960年，美国第一个出现了搬运机器人，Versatran和Unimate两种机器人第一次用在搬运作业中。使用一个工具握持工件，从一个加工位置搬运至另一个加工位置称之为搬运作业。搬运机器人能加载各种各样的末端执行器，来实现很多不同状态与形状的工件搬运的作业，工人的繁重体力工作劳动能得到非常可观的降低。
如今全球范围内，搬运机器人的应用量已超越十万个。在码垛搬运、装配自动化生产线、自动冲压流水线、集装箱、机床上下料等工作情况中的自动搬运，广泛地使用搬运机器人。在有些发达国家中，规定额工人搬运最大的限度，搬运机器人必须代替工人做超过限度的工作。在现代控制自动化领域中，搬运机器人是一项高新技术。这个学科涵盖了机械学、自动控制技术、电气技术、液动气动技术、力学、单片机技术电脑技术和传感器技术等学科领域，早就是机械制造现代化生产系统里一项重要的组成部分[3]。它的长处是可以通过编程实现很多计划的工作，在性能与自身结构方面，存在机器与人双方的长处，特别是，具备了柔性以及人工智能。
1．2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
全球的现代化工业里，机械化、自动化的制造生产线早已是重点的问题。所以，多元化的气动机械手大量地运用在其各类物流工作与生产流水线中。工程师们已基本地实现了之中的化工等持续性的生产过程自动化。然而，在生产制造中，装配与加工等工序是不持续的。所以，搬运与装卸等生产机械化的迫切性，为解决这些生产的自动化，出现了搬运机器人，如图1所示。在锻造生产中，搬运机器人的应用可以使锻造设备的生产能力得到更大的进步，还可以优化热、累等工作状况[4]。外国的机器人产业以及铁路产业里，不只在专机与单机上运用机器人降低人工工作强度。还可以与机床一起组成一个完整的数控加工系统。目如今，研究的重点是在生产流水线上运用搬运机器人。外国已探索出使用力传感器、摄象头置与微型电脑组合成一个整体，就可以判断工件的位置到达精确搬运的任务[5]。
图1 工业机器人
外国的搬运机器人的研究目标是着重设计具备多个智能设备的搬运机器人。让它得到足够的传感功能，可以输出外部状况的实时信息，做出对应的动作。视觉性能，即在搬运机器人上加载有距离传感器（光学测距仪）、照相机还有微型电脑[6]。
触觉性能，即是在机器人上加载有触觉信息输出控制的装置。工作时，首先机械手展开手指头找到工作，依靠加载在手指头里面的敏感压力原件产生触觉功能，接着往前面伸展，持握工件。总的来说，机器人的装配工作性能紧跟传感技术的进步，也会大大发展。将搬运机械手、适应性生产系统与适应性生产单元集成起来是很重要的，靠这个途径，根本地革新如今的机械生产系统的工人操作情况[7]。
1.2.2 国内研究现状
工业机器人是最近五十年来迅速发展出来的一个高新科技生产自动化设备。机器人分类的依据有几个，依照它的使用能分类成：军用机器人、水下机器人、工业机器人、服务机器人、农业机器人、空间机器人以及娱乐机器人[8]。工业机器人一个重要的分支是搬运机器人。机器人作业在多个状况中实现生产的性能和其精确性，在我国经济多个领域具备无限的进步前景。
搬运机器人是在自动化以及机械化制造流水线中发展起来的一个高科技装置。在制造现代化流水线里，广泛地采用搬运机器人。机器人的生产以及设计早已是高新科技范畴里，飞快发展出来的一种新兴的科技。它大大加快了搬运机器人的进步，让搬运机机器人可以更优的完成与自动化以及机械化的合理集成[9]。虽然，搬运机器人尚比不了人类的手的灵活性，它却存在可以连续循环作业和劳、比人类的力大很多的持握工件的力气、不知危险以及不怕疲惫的特点。
综上所述，搬运机器人得到了各个部门的关注。我国的搬运机器人的研究趋势大致能概括成如下5点[1
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