系统框图
摘要
三自由度机械手能够在三维空间中完成升降、平移等基本指令，而二自由度机械手仅能在一个平面内动作，所以把三自由度机械手作为学校机器人类课程的教学中能够具有典型性。我校现在没有成型的、可以直接应用的机器人方面的教学设备，只有一些慧鱼机器人组件和未来伙伴机器人组件。
本设计目的是在慧鱼组件的基础上设计出下位机控制系统，起到开发、拓展慧鱼机器人组件的功能。这样，在以后的机器人实践教学和学生的创新等活动中，可以应用自己开发的机器人运动控制系统，实现机器人单关节运动控制、多关节运动控制和示教再现等功能，并具有开放性，使学生可以自己根据任务编辑、修改程序，实现不同的工作。
关键词：三自由度；机械手；机器人；单片机控制；控制程序
目录
摘要I
ABSTRACT II
第1章绪论1
1.1概述1
1.2文献综述1
1.2.1工业机器人1
1.2.2工业机器人的国内外形势2
1.3基本内容和拟解决的问题4
1.3.1基本内容4
1.3.2拟解决的问题4
第2章三自由度机械手运动控制下位机系统总体方案设计5
2.1三自由度机械手运动控制下位机系统的设计原理5
2.2三自由度机械手运动控制下位机系统的设计方案5
2.3三自由度机械手运动控制下位机系统的工作过程概述6
2.4系统的设计要求6
2.4.1功能要求776
2.4.2控制要求7
2.5本章小结7
第3章元器件的选择8
3.1晶振模块8
3.2复位模块9
3.2.1上电复位电路…………………………………………………………….…..9
3.2.2手动复位电路……………………………………………….………………..9
3.2.3混合复位电路………………………….……………………………………..9
3.3电源供电模块10
3.4串口下载模块111110
3.5电机驱动模块11
3.6单片机主电路模块13
3.7本章小结15
第4章控制系统硬件设计16
4.1确定I/O点数16
4.2单片机的选择16
4.3单片机I/0分配表16
4.5本章小结17
第5章控制系统的软件设计18
5.1流程图18
5.2程序21
概述
本设计目的是在慧鱼组件的基础上设计出下位机控制系统，起到开发、拓展慧鱼机器人组件的功能。这样，在以后的机器人实践教学和学生的创新等活动中，可以应用自己开发的机器人运动控制系统，实现机器人单关节运动控制、多关节运动控制和示教再现等功能，并具有开放性，使学生可以自己根据任务编辑、修改程序，实现不同的工作。
本文主要介绍了三自由度机械手运动控制下位机系统的硬件和软件设计，以及一些调试方法。
1.3基本内容和拟解决的问题
1.3.1基本内容
1．基本方案的选择和确定；
2．设计电气控制原理图；
3．硬件电路设计；
4.控制程序的编写。
1.3.2拟解决的问题
1．拟解决实现机械手上电自动复位功能；
2．拟解决机械手在三个平面内的自由移动和到达指定坐标；
3．拟解决机械手可以按照预定位置，随意修改程序以到达目的要求；
4．拟解决机械手识别物体进行抓取和放到指定位置；
三自由度机械手运动控制下位机
系统总体方案设计
三自由度机械手运动控制下位机系统单片机控制技术、传感器技术、位置控制技术、伺服系统等内容。
要进行三自由度机械手运动控制下位机系统的设计，首先必须对控制对象进行调查，搞清楚控制对象的工作特点、工艺过程，明确控制要求以及各阶段的特点和各阶段的转换关系。
2.1三自由度机械手运动控制下位机系统的设计原理
本次设计中，三自由度机械手运动控制下位机系统使用了单片机控制技术、传感器技术、位置控制技术、伺服系统等技术，可以实现对物体的识别、抓娶通过多种控制方式使物体在三个自由度内自由移动。三自由度机械手运动控制下位机系统由底座、水平旋转装置、竖直旋转装置、水平移动装置、单片机控制装置、红外识别装置、电磁抓取装置等部分组成。
本系统采用台式结构，配有80C52单片机、传感器、直流电机、电源、机械手等。通过传感器信号采集，单片机编程，实现对单片机各个I/O接口的开关控制、逻辑控制等功能，达到最终对电机的控制。
三自由度机械手运动控制下位机系统一般由输入装置（传感器）、控制装置（单片机）、输出装置（电机）等组成。控制器采用单片机控制，它接受光电传感器、位置传感器等信号。根据要求分别控制电机，达到对机械手的控制。完成识别、抓娶移动等任务。
2.2三自由度机械手运动控制下位机系统的设计方案
该系统由以下几个部分组成：
（1）电源供电部分：通过MXS232芯片将USB电源稳定在5V电压上，为单片机工作提供持续的电源。
（2）晶振部分：单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率上。
（3）复位电路：是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。
（4）电机驱动部分：通过单片机控制电机驱动芯片L298，驱动直流电机实现正转、反转，及按照设计思路实现各个电机顺序工作。
（5）串口下载部分：通过USB串口下载模块，实现对单片机程序的更改，将最新的运行程序下载到单片机内。
（6）主控制电路：单片机单元，通过单片机将各个模块有序连接在一起，实现对电机控制，达到设计要就。
2.3三自由度机械手运动控制下位机系统的工作过程概述
本系统采用台式结构，配有80C52单片机、传感器、直流电机、电源、机械手等。可以通过三种方式控制机械手在三个自由度内进行运动。
系统上电后，进入程序选择状态，分为三种状态：手动、定点、定位。选定一种运行状态，是机械手能够识别是否能够识别物体，抓取物体并将其移动到指定的位置，系统框图如图2.31所示。
系统框图1
