一種基于51單片機的多自由度教學機器人的制作方法
【專利摘要】一種可應(yīng)用于教學演示的多自由度工業(yè)機器人。該工業(yè)機器人價格低廉、性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)簡單，其機械手具有多個自由度并且可以由學生自己進行編程進而改變機械手的運動狀態(tài)。該工業(yè)機器人以89C51單片機為控制器，以PWM功放來驅(qū)動直流電機，控制形式簡單且易學。該機械手采用滑槽杠桿設(shè)計，控制過程中摩擦阻力大大減小。臂部伸縮采用步進電機驅(qū)動絲杠螺母傳動機構(gòu)產(chǎn)生直線運動，由螺母帶動臂部和腕部機構(gòu)伸縮是，采用普通絲杠傳動，所以使得該部分重量輕且機構(gòu)緊湊。
【專利說明】—種基于51單片機的多自由度教學機器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種可應(yīng)用于教學演示的多自由度工業(yè)機器人，具體的說就是通過51單片機的控制，以PWM控制器為核心的閉環(huán)直流電機控制系統(tǒng)完成對整個工業(yè)機器人的控制實現(xiàn)教學演示功能。
【背景技術(shù)】
[0002]采用機器人會給我們帶來很大的方便，機器人和其他自動化裝置最主要的區(qū)別在于機器人的功能和任務(wù)很容易修改或改變，僅需要改變軟件就可以了，同時機器人比一般自動化裝備更復雜，需要更多的軟件和硬件知識，故一旦大量采用機器人就需要專門的培訓使用機器人的具有較高水平和技術(shù)人員，這無疑對教育和培訓提出新的要求，大多數(shù)機器人專家都反復的強調(diào)需要制定培訓計劃以為新的工作崗位準備合格的勞動力。
[0003]在機器人的研究、制造和應(yīng)用上有七種職業(yè)，即研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、應(yīng)用、市場、服務(wù)、維修和教育，而潛在的部門是機器人制造部門，教育機構(gòu)和機器人相關(guān)部門?，F(xiàn)在國外機器人制造廠家不僅自己開設(shè)機器人課程也向?qū)W校提供資助，為學校提供機器人教學系統(tǒng)，據(jù)資料顯示，美國有很多大學開設(shè)了機器人課程。
[0004]早我國，許多大學也開設(shè)了機器人方面的課程(如上海交大，華中科技大學等)，也有很多研究開發(fā)機器人的研究機構(gòu)，但資金問題是困饒機器人發(fā)展的障礙，在教學中也面臨相同的問題。但教學課程上，只是紙上談兵，沒有一點直觀的印象，關(guān)鍵是設(shè)備問題，研制一個價格低廉、性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)簡單、能給學生以深刻印象的實驗用的教學演示系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可用于教學演示的多自由度工業(yè)機器人。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0007]步進電機驅(qū)動電路、光電碼盤、單片機控制模塊等。
[0008]它的工作原理是這樣的:
[0009]該機器人用進電機閉環(huán)控制，以光電碼盤為反饋元件，以PWM型功放電路為驅(qū)動器的直流電機閉環(huán)控制；以89C51單片機為核心，實現(xiàn)演示系統(tǒng)的鍵盤管理和LCD顯示，并以單CPU分時控制形式，實現(xiàn)機器人運動的點位控制方式。
[0010]它的動作過程是這樣的:
[0011]本系統(tǒng)采用89C51單片機控制，臂部伸縮、回轉(zhuǎn)、腕部升降、手爪開合采用步進電機開環(huán)控制；腕部回轉(zhuǎn)和手爪回轉(zhuǎn)采用直流電機閉環(huán)控制。其中步進電機采用單電壓恒流源驅(qū)動，，由單片機直接發(fā)出控制脈沖信號。腕部的閉環(huán)控制采用直流力矩電機加裝光電碼盤實現(xiàn)，顯示部分采用IXD液晶顯示模塊。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]成本低，必要時可以降低精度要求，因為是實驗演示裝置。
[0014]機械結(jié)構(gòu)簡單，便于學生掌握機器人結(jié)構(gòu)上的特點。[0015]整體尺寸不宜過大，以擺放實驗臺為準。
[0016]與結(jié)構(gòu)相匹配，為降低成本，采用開環(huán)、閉環(huán)控制相結(jié)合
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是機器人的控制框圖。
【具體實施方式】
[0018]結(jié)合圖1，使用步進電機和伺服電機驅(qū)動，采用89C51單片機控制，臂部伸縮、回轉(zhuǎn)、腕部升降、手爪開合采用步進電機開環(huán)控制；腕部回轉(zhuǎn)和手爪回轉(zhuǎn)采用直流電機閉環(huán)控制。其中步進電機采用單電壓恒流源驅(qū)動，由單片機直接發(fā)出控制脈沖信號。腕部的閉環(huán)控制采用直流力矩電機加裝光電碼盤實現(xiàn)，顯示部分采用LCD液晶顯示模塊。手部夾持器的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在本系統(tǒng)中，抓重為5N，手指開合5.10。我們決定選擇滑槽杠桿支點回轉(zhuǎn)手部。這種結(jié)構(gòu)可通過各桿之間的角度或桿長，該變握力的大小及指間的開閉角。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，動作靈活，夾持范圍大，這種手部的結(jié)構(gòu)比較簡單，工作原理清晰易懂，也是機器人較常用的結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種實驗教學為目的的機器人演示系統(tǒng)，即為一個個價格低廉、性能優(yōu)越、結(jié)構(gòu)簡單、能給學生以深刻印象的實驗用的教學演示系統(tǒng)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的基于51單片機的多自由度教學機器人，其功能是:一個小型的可以用于實驗教學的機器人，可以根據(jù)不同人群的不同的設(shè)計需求而做出不同的動作，以實現(xiàn)不同的演示功能，主要包括:以PWM型功放電路為驅(qū)動器的直流電機閉環(huán)控制；以89C51單片機為核心，實現(xiàn)演示系統(tǒng)的鍵盤管理和IXD顯示，并以單CPU分時控制形式，實現(xiàn)機器人運動的點位控制方式。
【文檔編號】G09B25/02GK103871310SQ201210525408
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月8日
【發(fā)明者】王瑛, 李忠喜 申請人:哈爾濱恒譽名翔科技有限公司