1、沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目：三自由度微型直角坐标工业机器人模型设计 系 别 自控系 班级 =学生姓名= 学号 =指导教师= 职称 讲师起止日期：2012 年 1 月 2 日起至 2012 年 1 月 13 日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：三自由度直角坐标工业机器人设计 系 别 自动控制工程系 班级 学生姓名学 号指导教师 职称 讲师 课程设计进行地点：F430任 务 下 达 时 间： 2011 年 12 月 31 日起止日期：2012 年 1 月 2 日起至 2012 年 1 月 13 日止教 研 室 主 任 年 月 日批准三自由度直角坐标工业机器人设计1 设计主
2、要内容及要求1.1 设计目的：1 了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。 2 初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。3 通过学习，掌握工业机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。1.2 基本要求1 要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人；2 要求设计机器人的机械机构（示意图） ，传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。3 要有控制系统硬件设计电路。1.3 发挥部分自由发挥2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；（2
3、）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；（3）设计过程的资料保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于 3000 字。图纸为 A4，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍） 、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图） 。3 时间进度安排顺序 阶段日期 计 划
4、 完 成 内 容 备注1 2012.1.2 讲解主要设计内容，布置任务 打分2 2012.1.3 检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误 打分3 2012.1.4 检查机械结构设计并指出错误及纠正； 打分4 2012.1.5 继续机械机构和传动机构设计 打分5 2012.1.6 进行控制系统设计 打分6 2012.1.9 检查控制系统原理图设计草图 打分7 2012.1.10 完善并确定控制系统 打分8 2012.1.11 指导学生进行驱动机构的选择 打分9 2012.1.12 进行传感器的选择和软件流程设计 打分10 2012.1.13 检查任务完成情况并答辩 打分2011-12-30
5、沈 阳 工 程 学 院工业机器人课程设计成绩评定表系（部）：班级：学生姓名：指 导 教 师 评 审 意 见评价内容 具 体 要 求 权重 评分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。 0.1 5 4 3 2工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.2 5 4 3 2工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。 0.2 5 4 3 2说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.5 5 4 3 2指导教师评审成绩（加权分合计乘以 12）
6、分 加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容 具 体 要 求 权重 评分加权分查阅文献 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力 0.2 5 4 3 2工作量 工作量饱满，难度适中。 0.5 5 4 3 2说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.3 5 4 3 2评阅教师评审成绩（加权分合计乘以 8） 分 加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩 分中 文 摘 要直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标
7、方向的3 个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。大 型 的 直 角 坐 标 机 器 人 也 称 桁 架 机 器 人 或 龙 门 式 机 器 人 是 能 够 实 现 自 动 控 制 的 、可 重 复 编 程 的 、 多 自 由 度 的 、 运 动 自 由 度 建 成 空 间 直 角 关 系 的 、 多 用 途 的 操 作 机 。 其工 作 的 行 为 方 式 主 要 是 通 过 完 成 沿 着 X、 Y、 Z 轴 上 的 线 性 运 动
8、。 近 年 来 随 着 工 业 机器 人 的 不 断 发 展 ， 工 业 机 器 人 不 断 在 工 业 领 域 得 到 广 泛 的 应 用 ， 尤 其 是 结 构 简 单 的 直角 坐 标 机 器 人 ， 本 次 设 计 我 主 要 是 对 三 自 由 度 的 直 角 坐 标 机 器 人 进 行 设 计 ， 完 成 一 个大 概 的 设 计 ， 在 设 计 中 我 采 用 了 各 种 光 电 传 感 器 ， 还 采 用 了 C8051F 系 列 单 片 机 作 为本 次 设 计 的 主 控 芯 片 ,各 种 算 法 的 实 现 就 是 使 用 这 款 芯 片 实 现 的 。 随 着 直 角
9、坐 标 机 器人 的 应 用 越 来 越 广 泛 ， 直 角 坐 标 机 器 人 的 设 计 工 作 日 益 显 得 重 要 。 成 功 的 设 计 一 台 直角 坐 标 机 器 人 涉 及 到 很 多 方 面 的 工 作 ， 包 括 机 械 结 构 、 动 力 驱 动 、 伺 服 控 制 等 等 。关键词：三自由度 直角坐标 机器人 单片机 硬件 软件目 录中 文 摘 要 V目 录 VI1 设计任务描述 12 设计思路 22.1 系统总体结构的设计 22.2 系统各环节设计 23 设计方框图 34 直角坐标机器人的硬件设计 44.1 单片机最小系统电路设计错误！未定义书签。4.2 单片机稳压
10、电源设计错误！未定义书签。4.3 直流电机驱动设计错误！未定义书签。4.4 步进电机驱动设计 64.5 机械结构部分 74.6 传感器选择 85 直角坐标机器人的控制设计 105.1 示教再现功能 105.2 运动控制功能 106 主要元器件介绍 117 小结 128 致谢 139.参考文献 14附录 151 设计任务描述1.1 设计题目：三自由度直角坐标工业机器人设计1.2 设计要求1.2.1 设计目的：1）了解工业机器人技术的基本知识以及单片机、机械设计、传感器等相关技术。 2）初步掌握工业机器人的运动学原理、传动机构、驱动系统及控制系统并应用于工业机器人的设计中。 3）通过学习，掌握工业
11、机器人的驱动机构、控制技术，并使机器人能独立执行一定的任务。1.2.2 基本要求：1）要求设计一个微型的三自由度的直角坐标工业机器人；2）要求设计机器人的机械机构（示意图） ，传动机构、控制系统、及必需的内外部传感器的种类和数量布局。3）要有控制系统硬件设计电路。1.2.3 发挥部分：自由发挥2 设计思路2.1 系统总体结构的设计本次设计的题目是三自由度直角坐标机器人，直角坐标机器人具有空间上相互垂直的两根或三根直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人结构简单，定位精度高，空间轨迹易于求解；但其动作范围相对较小，设备的空间因数较低，
12、实现相同的动作空间要求时，机体本身的体积较大。2.2 系统各环节设计直角坐标机器人，它由水平轴(X 轴，Y 轴)，垂直轴 Z 轴及驱动电机组成。此外一个完整的机器人系统还需要控制系统和手抓，下面分别予以介绍:直线运动轴也叫直线运动单元，它就是一个独立的运动轴，主要由支撑载体的铝型材或钢型材和被安装在型材内部的直线导轨、运动滑块以及作为带动滑块做高速运动的同步带组成。运动轴的驱动系统直角坐标机器人的传动主要是通过驱动电机的转动带动同步带运动，同步带带动直线导轨上的滑块运动。当驱动轴的最高转速低于 60Or/min 时通常选用步进电机，否则选用交流伺服电机。直角坐标机器人的控制系统机器人要在一定时
13、间内完成特定的任务，在完成抓取，加速运动，高速运动，减速运动，释放工件等同时，还要与相关的设备通过通讯或 I/O 口实现一些时序上的协调同步。另外在涂胶应用上，各个运动轴要完成直线和圆弧插补运动。因此其数控系统要按具体应用要求来选定其控制轴数、I/O 口数量和软件功能。通常选用数控系统，PLC，工控机加运动控制卡和带轴卡功能及 I/O 口的驱动电机来做控制系统。直角坐标机器人的末端操作器手爪系统根据其具体应用情况，其手爪系统可能是气动吸盘、气动夹取手爪、电动夹取手爪、电磁吸取手爪、焊枪、胶枪、专用工具和检测仪器等。在很多场合可以一次抓取多个工件。3 设计方框图接近觉传感器转速传感器传感器信号调
14、理电路A/D 转换器计算机人机交互系统机器人控制器PID控制算法距离控制算法电动马达图 31 主程序方框图4 直角坐标机器人的硬件设计4.1 单片机最小系统电路设计最小系统是指保证系统能正常工作的最基本电路和软件部分，单片机的最小系统电路包括外部晶振电路、电源电路和复位电路，如图 4-3 所示。（a） 外部晶振电路 (b) 电源电路 （c）外部复位电路 图 4.1 单片机最小系统电路时钟基本脉冲是 CPU 工作的基础。C8051F020 单片机的系统时钟信号，由时钟振荡电路或专用时序脉冲信号提供。C8051F020 在内部集成了完整的振荡电路，XTAL1 和 XTAL2分别为振荡器的输出和输入
15、，XTAL1 和 XTAL2 引脚可接入一个石英或陶瓷振荡器，如图4-1（a）所示。图中电阻 R2 是为了避免对外接晶体振荡器的过驱动，电容 C 可提高振荡器的稳定性。为单片机提供电源是单片机正常工作的最基本操作，电源通过电容与单片机并联相连，是为了避免出现耦合，对单片机造成损伤。外部复位电路是通过外部 引脚提供了使用外部电路强制 MCU 进入复位状态的手段。RST在 引脚上加上一个低电平有效信号将导致进入复位状态。最好能提供一个外部上拉RST或对 引脚去耦以防止噪声引起复位，如图 4-1（c）所示。在低有效的 信号撤出RST后，MCU 将保持在复位状态至少 12 个时钟周期。从外部复位状态推
16、出后，PINRSF 标志（RSTSRC.O）被置位。4.2 单片机稳压电源电路设计为了给单片机提供稳定的 3.3 伏电源，我设计了直流稳压电路，其主要有变压器，整流电路，滤波电路，三端稳压器件组成，能保证给单片机提供稳定的直流电源。集成稳压器具有输出电流大，输出电压高，体积小，可靠性高等优点，在电子电路中应用广泛。分类： 外部结构：三端、多端。输出电压可调、输出电压固定，输出正电压、输出负电压。三端固定输出集成稳压器主要用于固定输出标准电压值的稳压电源中。虽然通过外接电路元件，也可构成多种形式的可调稳压电源，但稳压性能指标有所降低。集成三端可调稳压器性能指标优良。本设计主要用到 LM7805
17、其优点主要有，7805 系列为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。其电路图如下：图4.2 直流稳压电源电路D11N4007D2LED DC5VR1470C4104C810uFADJ1Vout 2Vin3U21117-3.3VC1220uFC9104PE Vin1GND2Vout 3U1LM7805C210uFC310uF+5V VDD220vTRANS11234BRIDGE1该电路将市电 380 伏通过变压器转化为 220 伏电压，
18、再通过桥式电路进行整流，将交流转化为直流，其中电容 C1 为滤波作用，滤除纹波干扰，C2 作用为防止自激振荡，C3作用为减小高频干扰。1117 与 LM7805 作用基本相同，将 5 伏电压将为 3.3 伏。4.3直流电机驱动电路设计本次设计我用直流电机模拟风机来进行散热，其驱动用三极管。输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。当 P 口为高电平时电机转动，低电平时，电机停止。电路图连接如下：A-+ MGMOTOR SERVOvccQ1NPNR11
19、0K图 4.3 直流电机驱动电路图4.4步进电机驱动电路设计步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线关系的存在，加上步进电机只有周期的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。其电路图如下：bujindianji MOTOR STEPPER VCCAABBCCDDU7C74L804U7D74L804U7F74L804U7A74L804U27BD875452U27AD875452U28AD875
20、452U28BD87545210101010D01N4148D11N4148D21N4148D31N4148VCCAABBCCDDP1.0P1.1P1.2P1.3图 4.4 步进电机驱动电路本步进电机为四相电机。通过控制 P1.0，P1.1，P1.2，P1.3 的高低电平，来控制电机的正反装。其中二极管有保护作用，因为电机通电时电流逐渐增大，而电机断电时电流也是正逐渐减小，如果逐渐减小的的电流不能及时流走，将对其他器件造成损坏。故接二极管保护单片机免受损坏。4.5 机械机构设计工业机器人的机械结构系统由基座、手臂、末端操作器三大件组成。每一大件都有若干自由度，构成一个多自由度的机械结构。若基座
21、具备行走机构、则构成行走机器人；若基座不具备行走及腰转机构，则构成单机器人臂（Single Robot Arm） 。手臂一般由上臂、下臂和手腕组成。末端操作器是直接装在手腕上的一个重要部件，它可以是二手指或多手指的手抓，也可以是喷漆枪、焊具等作业工具。工业机器人的坐标形式多种多样，按坐标形式来分的话有：直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型、关节坐标型和平面关节型。在本次设计中我们要设计的机器人为三坐标直角坐标机器人，这种机器人由三个线性关节组成，这三个关节用来确定末端操作器的位置，通常还带有附加的旋转关节，用来确定末端操作器的姿态。这种机器人在想 x、y、z 轴上的运动时独立的，运动方程可独立处理
22、，且方程式是线性的，因此，很容易通过计算机控制实现；它可以两端支撑，对于给定的结构长度，刚性最大；它的精度和位置分辨率不随工作场合而变化，容易达到高精度。下图 4-5 为其工作，空间示意图。图 4-5从上图可以看到此机器人具有三个自由度，其参考坐标系为 x、y、z。自由度是指机器人所具有的独立坐标轴运动的数目，理论上自由度越多机器人越灵活，那么它的躲避障碍物和改善动力性能就会得到提高。4.5.1 传动机构的设计传动机构是指向各轴传递运动和动力，以实现轴间的相对移动，在三自由度直角坐标机器人中，其主要传动机构为平移型传动机构。从上表一中我们可以看到各种传动方式的对比。机 械 传 动 机 构 ，
23、可 以 将 动 力 所 提 供 的 运 动 的 方 式 、 方 向 或 速 度 加 以 改 变 ， 被 人 们 有目 的 地 加 以 利 用 。 我 国 古 代 传 动 机 构 类 型 很 多 ， 应 用 很 广 ， 除 了 上 面 介 绍 的 以 外 ， 像地 动 仪 、 鼓 风 机 等 等 ， 都 是 机 械 传 动 机 构 的 产 物 。 我 国 古 代 传 动 机 构 ， 主 要 有 齿 轮 传动 、 绳 带 传 动 和 链 传 动 。4.5.2 驱动方式的选择要使机器人运动起来，需给各个关节即每个运动自由度安置传动装置，这就是驱动系统。驱动系统可以是液压驱动、气动驱动、电动驱动，或者
24、把它们结合起来应用的综合系统；可以是直接驱动或者是通过同步带、链条、轮系、谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动。本次设计经综合比较，用的是电力驱动。分类：按照电机的工作原理不同分为步进电机、直流伺服电机、无刷电机等。按照控制水平的高低来分分为开环控制系统和闭环控制系统。适用范围：适合于中等负载，特别适合于动作复杂、运动轨迹严格的各类机器人。考虑到体积以及精度，在比较了以上三种驱动方式后，我最终选择了电力驱动，因为电力驱动体积小，而且容易组成闭环控制系统，故控制精度高，方便，但在算法上可能稍微复杂一些，但这都可以克服的，故实现起来时选择电力驱动更好一些。4.6 传感器模块传 感 器 是 整 个 机
25、 器 人 得 以 准 确 循 迹 的 核 心 部 件 ， 只 有 经 过 传 感 器 采 集 了 外 界 信 息后 才 能 对 机 器 人 身 处 的 环 境 进 行 识 别 ， 才 能 使 机 器 人 根 据 轨 迹 运 动 。 传 感 器 的 种 类 繁多 ， 有 测 距 传 感 器 、 视 觉 传 感 器 、 接 触 觉 等 等 不 同 类 型 的 传 感 器 ， 本 次 设 计 运 用 的 传感 器 主 要 是 用 来 检 测 路 线 、 检 测 障 碍 物 和 测 距 的 。4.6.1 物体检测及运动控制对 于 机 器 人 所 要 搬 运 物 体 的 检 测 ， 在 本 设 计 中
26、用 的 是 红 外 传 感 器 ， 红外光的发送接收选用型号为ST168 的对管当小车在白色地面行驶时装在车下的红外发射管发射红外线信号经白色反射后被接收管接收一旦接收管接收到信号,那么光敏三极管将导通比较器输出为低电平;当机器人监测到物体时,红外线信号被黑色吸收后光敏三极管截止,比较器输出高电平,从而实现了通过红外线检测信号的功能将检测到的信号送到单片机I/O口;当I/O口检测到的信号为高电平时,表明红外光被地上的物体吸收了,表明此处存在物体。否自动监测程序是否检测到物体向左是向右夹走探测物体判断处理程序图 4-6 黑 线 检 测 流 程 图其 电 路 原 理 图 为 图 4-6-1 所 示
27、 。R4RES1116R1ARESPACK2116R2ARESPACK2116R3ARESPACK2D1LED Q1NPN-PHOTOAROPAMPVCCOut图 4-6-1 检 测 原 理 图5 直角坐标机器人的控制设计5.1 示教再现功能示教再现功能是指控制系统可以通过坐示教盒或手把手进行示教，将动作顺序、运动速度、位置等信息用一定的方法预先教给工业机器人，由工业机器人的记忆装置将所教的操作过程自动地记录在存储器中，当需要再现操作时，重放存储器中存储的内容即可。如需要更改操作内容时，只需要重新示教一遍即可。5.2 运动控制功能运动控制功能是指对工业机器人末端操作器的位置、速度、加速度等项目
28、的控制。在本次设计中我采用示教再现控制方式来对此机器人进行控制，其主控芯片为我们熟悉的 C8051F020 单片机。使用此款单片机再配合一些外围电路的集成就可实现对各个电动机的控制，再加上一些在软件上的编写配合好光电编码器，就可以实现 PID 算法，并组成一个简单的闭环系统。图 5-1 人机交互模块5-2 主控芯片6 主要元器件介绍C8051F020 系列单片机是高集成度的混合信号系统级 MCU 芯片，片内集成了一个多通道ADC、两个电压比较器、五个通用的十六位定时器、UART、SPI 总线接口、内部振荡器、64 个通用数字 I/O 引脚、64KB 的 FLASH 程序寄存器和与 8051 兼
29、容的高速微控制器内核。C8051F020 的主要特点如下：1、模拟外设( 1 )逐次逼近型 ADC12 位分辨率或 8 位分辨率；可编程转换速率，最大为 100kps；可多达 32 个外部输入，每个引脚都可以被配置为 ADC 的输入。( 2 )两个模拟比较器16 个可编程回差电压值；可用于产生中断或复位。( 3 )VDD 监视器和降压检测器2、片内 JTAG 调试片内调试电路提供提供全速、非侵入式的在系统调试；支持断点、单步、观察点、堆栈监视器，支持观察/修改存储器和寄存器。3、高速 8051 微控制器内核流水线指令结构；70%指令的执行时间为 1 个或 2 个系统时钟周期；1 2 3 4 5
30、 6 7 8ABCD87654321DCBATitle Number RevisionSizeA3Date: 3-Jan-2010 Shet of File: D:Protel 9se业业业业业业业业业.DdbDrawn By:TMS1 TCK2 TDI3 TDO4RST5 CANRX6 CANTX7 AV+8AGND9 AGND10 AV+1 VREF12AGND13 AV+14 VREFD15 VREF016VREF117 AIN0.18 AIN0.119 AIN0.220AIN0.321 HVCAP2 HVREF23 HVAIN+24HVAIN-25XTAL126XTAL227MONEN
31、28AIN1.7/A15/P1.729AIN1.6/A14/P1.630AIN1.5/A13/P1.531AIN1.4/A12/P1.432AIN1.3/A1/P1.33AIN1.2/A10/P1.234AIN1.1/A9/P1.135AIN1.0/A8/P1.036VD37DGND38A15m/A7/P2.739A14m/A6/P2.640A13m/A5/P2.541A12m/A4/P2.442A1m/A3/P2.343A10m/A2/P2.24A9m/A1/P2.145A8m/A0/P2.046AD7/D7/P3.747AD6/D6/P3.648AD5/D5/P3.549AD4/D4/P3
32、.450AD3/D3/P3. 51AD2/D2/P3.2 52AD1/D1/P3.1 53AD0/D0/P3.054WR/P0.7 5RD/P0.6 56ALE/P0.5 57P0.4 58P0.3 59P0.2 60P0.161P0. 62DGND63VD 64AD7/D7/P7. 65AD6/D6/P7.6 6AD5/D5/P7.5 67AD4/D4/P7.468AD3/D3/P7.3 69AD2/D2/P7.2 70AD1/D1/P7.1 71AD0/D0/P7.0 72A15m/A7/P6.7 73A14m/A6/P6. 74A13m/A5/P6.57512m/A4/P6.4761m/
33、A3/P6.37A10m/A2/P6.278A9m/A1/P6.179A8m/A0/P6.080A15/P5.781A14/P5.682A13/P5.583A12/P5.484A1/P5.385A10/P5.286A9/P5.187A8/P5.08DGND89VD90WR/P4.791RD/P4.692ALE/P4.593P4.494P4.395P4.296P4.197P4.098DAC19DAC010C8051F040/2/4/6U10C8051F020Vin1 GND2Vout 3U0LM2940C11uF C22uFVin3 GND1Vout 2U2AS117D1DIODEC30.1uF
34、 C410uF C60.1uF C710uFR1470VD0C100.1uF C131uFVD1C200.1uF C231uFVD2VD2VD2VREFVREFDVREF0VREF1C400.1uFC411uFR1310KR141K C431uFC420.1uF RSTS1RST1 23 45 67 89 10J2HDR2X5TMSTDI TDOTCKR504.75K TMSTCKTDITDOY1CRYSTALC503pFC513pFXTAL2XTAL1XTAL1XTAL2P4.0123DC20 DC20 123JP20HEADER 3RST CANRXCANRX CANTXCP0-CANTX
35、 CP0+AIN0.CP0-AIN0.1AIN.2CP0+AIN0.3HVCAP0VREFDHVREFVREF0HVAIN+VREF1HVAIN-AIN0.MONENMONENAIN0.1P1.7P1.7AIN0.2P1.6P.5AIN0.3P1.4P1.31 23 45 67 89 101 1213 1415 1617 18JP10HEADER 9X2P1.2P1.1HVCAP0P1.0P1.6HVREFP1.5P1.4HVAIN+P1.3HVAIN-P1.2 P1.P1.0P2.7P2.6P2.5P.4P2.P2.2P2.1P2.0P3.P3.6P3.5P3.4P2.7 P2.6P2.5
36、P2.4P2.3 P2.P2.1 P2.0P3.7 P3.6P3.5 P3.41 23 45 67 89 101 1213 1415 1617 1819 2021 223 24JP1HEADER 12X2POWPOW1 23 45 67 89 101 1213 1415 1617 1819 2021 223 24JP12HEADER 12X21234567891011213141516171819202122324JP13HEADER 12X2P0.P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P3.0P3.1P3.2P3.P6.5P6.P6.7P7.0P7.1P7.2P7.3P7.
37、4P7.5P7.6P7. P6.5P0. P0.1P0.2 P0.3P0.4 P0.5P0.6 P0.7P3.0 P3.1P3.2 P3.P6.P6.7 P7.0P7.1 P7.2P7.3 P7.4P7.5 P7.6P7.DAC0DAC1 P4.1P4.2P4.3P4.4P4.5P4.6P4.7 P5.0P5.1P5.2P5.3P5.4P5.5P5.6P5.7P6.0P6.1P6.2P6.3P6.4P4.0DAC0DAC1P4.1P4.2P4.3P4.4P4.5P4.6P4.7P5.0P5.1P5.2P5.3P5.4P5.5P5.6P5.7P6.0P6.1P6.2P6.3P6.4VD2VD0V
38、D0VD1VD1D2DIODE1 23 45 6S2VD0VD111 22 33 4455 66 77 88 9 910 101 112 1213 1314 14151516 16123C40106 +5VP0.VPOS8VNEG6 FDBK5GPOS1 GNEG2 VOUT 7VINP3 COM4U10AD603AQ12JP20HEADER 2C60104R80业业VREFC610.1uFVREFGNEGGNEG DAC0C62104+5VS12NPN S13NPN S14NPN S15NPNR3020 R3120 R3220 R320 R3420 R3520P6.0 P6.1 P6.2 P
39、6.3 P6.4 P6.5abfcgdeVC1234567abcdefg8 dp dp9DS1AMBERCAabfcgdeVC1234567abcdefg8 dp dp9DS2AMBERCAabfcgdeVC1234567abcdefg8 dp dp9DS3AMBERCAabfcgdeVC1234567abcdefg8 dp dp9DS4AMBERCAabfcgdeVC1234567abcdefg8 dp dp9DS5AMBERCAabfcgdeVC1234567abcdefg8 dp dp9DS6AMBERCAR701KR711KR721KR731KR741KR751KR761KR71KQ0
40、Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7P7.0P7.1P7.2P7.3P7.4P7.5P7.6P7.S10NPN S1NPNR200R210VD0+5V+5VS1 S2 S3 S4S5 S6 S7 S8S9 S10 S1 S12S13 S14 S15 S16P1.0 P1. P1.2 P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7速度可达 25MIPS；扩展的中断处理系统。4、存储器256B 内部数据 RAM；1024B
41、 XRAM；64KB 可在系统编程的 FLASH 存储器。5、数字外设8 个 8 位的端口 I/O，所有口线均耐压 5V 电压；可同时使用的硬件 SPI 及 UART 串口；5 个通用 16 位计数器/定时器；专用的看门狗定时器。6、时钟源内部可编程振荡器：2-16MHz；外部振荡器：晶体、RC、C 或外部时钟。7、封装100 脚 TQFP7 小结通过本次的工业机器人课程设计,让我对机器人的工作原理及设计方法有了更好的掌握与理解。与次同时，通过此次的课程设计也让我充分地认识到了我在学习这门课程中存在的不足之处。通过这次的课程设计让我学到了很多平时课上学不到的东西，让我知道了哪些方面是自己的薄弱
42、环节，自己需要在哪些方面下一些功夫。更重要的是能过这次的实验我熟练地掌握了程序的调试，知道如果一个程序运进的时候出现了问题应该怎样找到错误并改正，也知道了该如何去利用图书馆和网络上的资源，这对我们以后的课程设计和学习是有很大帮助的。这两周的工业机器人设计，从茫然毫无头绪到开始大体研究到部件选择，我对工业机器人的学习有了更深一步的了解，并在在设计的过程中，有了了自己的想法，增加了学习的兴趣。虽然设计时间很紧迫，但在设计的过程中我们还是学到不少东西的，由于有些知识我们学的不多，这样我们在查找这些资料的过程中就学到了更多东西。我觉得课程设计对我们有更大的帮助，可以把平时所学应用到实际当中，并且更加注
43、重这些元器件在实际应用中应该注意到的事项，为以后的工作和学习打下基础。很庆幸能有这样一次课设的机会，让我学尝试了理论与实际的结合，让我学到了很多知识，让我认识到了自己的不足，知道光是掌握了理论知识并不代表什么，必须还要与实际结合才能更好的理解这些知道，使之掌握得更牢靠。在以后的学习生涯中我会不断的完善自己，用更多知识来丰富和充实自己，为自己以后的人生道路打下坚实的基础！8 致谢短暂的课程设计就要结束了，经过我们小组全体成员紧张而充实的努力，我们终于顺利完成了设计任务，收获了成功的喜悦。回顾这一周的设计过程，我们从开始的毫无头绪，逐渐的进入状态，到后来的理论上实现，一起解决一个个难题，突破一重重
44、的阻碍，当硬件接线图出来的时候，我们都欢呼了起来，从未有过的成就感充满了每个人的心。我想这就是课程设计的魅力所在吧。任务越是难以完成，过程越是复杂艰难，成功那一刻的喜悦和成就感就越大，与那一刻相比，之前的所有努力都是值得的。 “天下无难事，只怕有心人”经过这次课程设计，我对这句古语有了更深的理解。在理论实现的过程中，我遇到了很多困难，用所学的知识达不到想要的结果，经过各种方式搜集资料，寻求同学们的帮助，大家一起探讨、研究，终于成功的完成了本次设计。达到能够实现所要求的功能的目的。这次的机器人设计重点是理论与实际的相结合，不单单只是书上的传感器及机器人的介绍。通过这次设计使我对传感器和机器人的学
45、习更进一步，加深了对理论学习的理解，同时能够较自如的应用知识来设计方案。也使我明白将理论和实际联系起来的重要性。同时，通过学习，也锻炼了和组员交流，沟通，相互学习，得到最好的设计成果。我相信，通过这次设计，我会更加努力，更加积极地学习专业知识，争取自己在此方面能创出更优秀的成绩。非常感谢对我们的耐心指导。不管我们问多少问题，他们都耐心地为我们一一解答，不厌其烦的给我们讲解，如果没有老师的帮助与鼓励，我们是不可能顺利完成这次课程设计的。我们发自内心的感谢老师，是您在我们遇到问题时给予了指导，谢谢您老师！9.参考文献1谢存喜.机器人技术及其应用.第一版.北京.机械工业出版社.2008 年2刘广瑞.
46、机器人创新制作.第一版.西安.西北工业大学出版社.2007 年3方建军.智能机器人.第一版.北京.化学工业出版社.2004 年4罗均等.特种机器人.第一版.北京.化学工业出版社.2006 年5王志良.竞赛机器人制作技术.第一版.北京.机械工业出版社.2007 年附录BT1BATERYC1747+C1822S2SW_Power1 2D41N4007 +7.2VR121KVCCVin1+5V3GND2U9LM2940-5VC19104D1EA/VP31XTAL119XTAL218RESET9RD(P37)17WR(P36)16INT0 (P32)12INT1 (P33)13T0(P34)14T1(
47、P35)15P101P112P123P134P145P156P167P178AD0/P0039AD1/P0138AD2/P0237AD3/P0336AD4/P0435AD5/P0534AD6/P0633AD7/P0732A8/P2021A9/P2122A10/P2223A11/P2324A12/P2425A13/P2526A14/P2627A15/P2728PSEN29ALE/P30TXD(P31)11RXD(P30)10U1AT89C51C110uFR110KR2100Y1XTALS1SW-PBC230pC330pVCCP0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5P0_6P0_7P2_0
48、P2_1P2_2P2_3P2_4P2_5P2_6P2_7NO1NO2NO3NO4D2DIODED2DIODED2DIODED2DIODED2DIODED2DIODED2DIODED2DIODEA- +RightMOTOR SERVOA- +LeftMOTOR SERVOR4RES11 16R1ARESPACK21 16R2ARESPACK21 16R3ARESPACK2D1LEDQ1NPN-PHOTOAROPAMPVCCOutAROPAMP 1 16R3ARESPACK2OutRR4RES11 16R1ARESPACK21 16R2ARESPACK21 16R3ARESPACK2AROPAMP OutVCC1 16R1ARESPACK21 16R2ARESPACK21 16R3ARESPACK2AROPAMP OutVCC1 16R1ARESPACK21 16R2ARESPACK21 16R3ARESPACK2AROPAMP OutVCC业业业业业业业业业业
