基于单片机的简易机械手的设计
基于单片机的简易机械手的设计
本设计使用单片机对一个简易机械手系统进行控制。单片机输出稳定的PWM同舵机的脉冲进行比对来控制舵机的运动。用户可以根据需要设定舵机的转动幅度,通过舵机的转动带动机械手臂的运动以及手指的张合,实现三自由度机械手达到拿取转移物体的目的。经过实验和调试信号输出稳定,PWM占空比和舵机的转角线性度较好。实现了机械手自动手动两种方式运动。
机械手主要由手部和运动机构组成。手部是用来抓持工件的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构使手部完成各种转动、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。自由度是机械手设计的关键参数。自由度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。
本文采用
单片机AT89S52作为控制系统的核心部件，在驱动系统中采用日本FUTABAS3003舵机来构成基本的控制传动系统，在机构的拼装上采用3自由度全金属结构，达到自动抓取重物并转移的目的。
单片机系统实现对舵机输出转角的控制，必须首先完成两个任务：首先是产生基本的PWM周期信号，因为FUTABA-S3003内部的比对信号周期为20ms,所以本设计也要产生20ms的周期信号；其次是脉宽的调整，即单片机模拟PWM信号的输出，并且调整占空比。采用的控制方式是改变单片机的一个定时器中断的初值，将20ms分为两次中断执行，一次短定时中断和一次长定时中断。这样既节省了硬件电路，也减少了软件开销，控制系统工作效率和控制精度都很高。具体如图1所示：例如想让舵机转向30度的角度，它的正脉冲为0.7ms，则负脉冲为20ms-0.7ms=19.3ms，所以按下30度的按键,按下的同时控制口P1.0发送高电平，然后设置定时器在0.7ms后发生中断，中断发生后，在中断程序里将控制口P1.0改为低电平，并将中断时间改为19.3ms，再过19.3ms进入下一次定时中断，再将控制口P1.0改为高电平，并将定时器初值改为0.7ms，等待下次中断到来，如此往复实现PWM信号输出到舵机。用修改定时器中断初值的方法巧妙形成了脉冲信号，调整时间段的宽度便可使伺服舵机灵活运动。为保证软件在定时中断里不采集其他信号，并且使发生PWM信号的程序不影响中断程序的运行(如果这些程序所占用时间过长，有可能会发生中断程序还未结束，下次中断又到来的后果)，所以需要将采集信号的函数放在长定时中断过程中执行，也就是说每经过两次中断执行一次这些程序，执行的周期还是20ms。在图1中的九个按键是控制信号输出的控制键，指示灯起到指示作用，在P1.0口是控制信号输出端口。
