1、一、背景简介一、背景简介二二、教学机器人机械手臂的方案设计、教学机器人机械手臂的方案设计三三、机械手臂控制系统硬件设计与开发、机械手臂控制系统硬件设计与开发四、机械手臂控制系统软件开发四、机械手臂控制系统软件开发五五、控制系统功能验证、控制系统功能验证1救援型机器人能够替代人类及时亲临一线，去执行人类不可能完成的危险任务;救援机器人的机械手臂的性能直接决定了救援行动完成的质量;我国已经基本掌握了机器人的设计制造技术、 控制系统和驱动系统的设计技术以及机器人软件和编程等关键技术。形成了一批像中科院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化有限公司、清华大学、哈尔滨工业大学、北航等具有较强机器人科研实
2、力的公司和院校。在救援机器人的研究上面起步晚，大多数研究还是停留在某个单项研究阶段;2救援车救援车六自由度机械臂六自由度机械臂无线摄像头无线摄像头光控照明电路光控照明电路传感器和无线模块传感器和无线模块电机驱动电路电机驱动电路单片机单片机履带履带升降台升降台侦查车侦查车操作台操作台六自由度机械臂六自由度机械臂无线摄像头无线摄像头光控照明电路光控照明电路传感器和无线模块传感器和无线模块电机驱动电路电机驱动电路单片机单片机履带履带升降台升降台3教学机器人手臂关节自由度示意图如下:45教学机器人机械臂动作实现控制总框图：6控制臂部分的控制框图 模拟机械手部分作为主动控制实施部分，是操作者根据监控画面
3、进行实时指挥机械手动作的部分。78C8051单片机单片机（从控制系统（从控制系统）NRF905无 线 接无 线 接受 模 块受 模 块底座舵机（舵机底座舵机（舵机0）手臂舵机手臂舵机1（舵机（舵机1）手臂舵机手臂舵机2（舵机（舵机2）手臂舵机手臂舵机3（舵机（舵机3）手臂舵机手臂舵机4（舵机（舵机4）手臂舵机手臂舵机5（舵机（舵机5）六自由度机械手控制部分控制系统总体方案设计框图9教学机器人机械手臂硬件控制系统组成10 本作品机械手臂控制系统采用了STC15F2K61S2、C8051F020单片机。 主控制部分的C8051F020单片机带有8路AD转换通道，处理速度快，能准确地读取模拟机械手上
4、六个线性电阻输出地模拟量，并对数据进行处理，再经无线模块将数据传送给接收机，使机械手做出相应动作。 从控制部分STC15F2K61S2单片机，处理速度较快，能准确读取温度、湿度、煤气等传感器输出地模拟量，并对数据进行处理，再经无线模块将数据传送给接收机，使其数据显示在液晶12864上。11舵机内部结构图舵机标准接口舵机工作原理框图1213通讯模块选择：通讯模块选择：nRF905nRF905nRF905nRF905芯片功能简介芯片功能简介14该机械手控制系统中主要的编程包括对控制臂位置信息的获取，无线发射接收模块的运作控制，舵机动作的控制这几个方面。该机器人手臂自由度为6个因而的关节数也比较多，
5、其数学模型是一个非线性模型。我们的目标只是开发一个能够进行教学演示、功能简单的机器人手臂控制系统，所以采取简化的控制方法是很合适的。考虑到该项目组综合功能比较复杂，对程序的可读性和可移植性要求较高，所以在软件开发上选用了C语言来实现。 15161718192021正确的静止或保持位置22将机械手和电子控制模块安装完毕后，将控制程序编译完成烧入单片机的芯片内，开始控制机械手动作的功能验证实验准备工作。运行电机测试程序，将得到的 电机运行.hex 文件烧入到芯片中，确认所有连线正确后，观察机械手的运动情况。运行夹取物体程序，将得到的 hand.hex 文件烧入到芯片中运行程序，可以看到机械手的动作
6、是将物体从左边夹取到右边。用户可根据实际情况调整电机的运动位置达到实际应用的目的。运行从控制中的各自的程序，并将后缀为.hex 文件烧入到从控制部分的单片机芯片中，为下一步控制系统控制功能调试做准备。23操作者控制模拟机械手抓取物体动作教学机械手成功的完成模拟机械手抓取物体的动作教学机械手也能按照操作者的动作成功地抓取物体2425总结通过模拟机械手来控制机械手的动作，这种控制方式适用更广泛，也能更好的完成较复杂的动作。机械系统和控制系统开发时，谨遵了模块化、轻盈化的理念，使其在控制性能上更好。采用了面向教学的设计理念，其开发应用的语言和软件环境是教学对象较为熟悉的单片机开发环境，让学生更乐于接受。该机械手可以有效地应用于控制系统教学、计算机教学、自动检测教学、机器人教学等学科的教学中，实用性较宽泛。同时还可以根据具体的需要对相应的部件安装传感器，让其具有所需要的其它功能。展望所用的传感器比较单一，可以通过增加其它的更智能化的传感器来扩展机器人的功能，让该教学机器人真正实现智能化。本文的控制核心采用的虽然是拥有功能强大的C8051单片机，但由于时间和自己的经验、知识的限制，所编写的程序存在设计不很严密，对控制过程中更全面的细节没有很好地进行设计，因而机械手的动作控制上面存在不够精细。26谢谢！请各位老师批评指正！27
