机器人关节的设计与实现毕业论文.doc

河南科技学院 2011 届本科毕业论文（设计） 论文（设计）题目： 机器人关节的设计与实现 学生姓名： 周 涵 所在院系： 信息工程学院 所学专业： 计算机科学与技术 导师姓名： 曲培新 完成时间： 2011-05-25 摘 要 机器人关节是机器人的基础部件,其性能的好坏直接影响机器人的性能。随着数字伺服技术等电子技术的发展，机器人关节也在不断发展。本文主要研究基于舵机的机器人关节的设计与实现。本文主要了完成以下工作： 采用定时器控制方法产生舵机控制的脉冲信号，为了能实现活动关节根据输入角度准确定位和微调，设计加入了矩阵键盘调控系统。在硬件搭建方面，设计了基于STC89C52的2路脉冲信号的舵机硬件控制电路系统。之后对系统所使用的编辑软件和调试工具进行了简要说明，并详细介绍了软硬件的主要模块的设计和实现过程，以及重要部分的调试和仿真的具体过程。最后，根据软硬件设计结果，制作了一个极坐标结构的机器人关节，能够完成分别在水平和竖直方向的比较精确的控制。 关键词 舵机，机器人关节设计Abstract Robots joint, is a basic part of robot, whose performance will directly affect a robot. With the development of electronic technology such as digital servo, the technology of robot joint is developing continually. This paper is studying how to designed and (实现) a two-(自由度) robot joint based on digital servo. Key words cellular phone virus, ………… loopholes, Bluetooth 目 录 1. 绪 论 5 1.1. 课题背景 5 1.2. 舵机简介 5 1.3. 本文研究的工作 7 2. 系统的总体设计思路 7 3. 硬件设计与实现 8 3.1. 主要元器件介绍 8 3.1.1. 舵机 8 3.1.2. STC89C52 8 3.2. 硬件的设计过程 8 3.2.1. 工作电源控制电路 9 3.2.2. 1602显示控制电路 9 3.2.3. 矩阵键盘的设计电路 10 3.2.4. 舵机与系统接口电路 11 3.2.5. 机器人关节的外形设计 11 3.3. 硬件的实现过程 11 3.3.1. 电路板的设计过程 11 3.3.2. 硬件的组装过程 12 4. 软件的设计与实现 12 4.1. 单片机的C语言及其开发工具 12 4.2. 各模块程序设计 13 4.2.1. 脉冲信号产生模块 13 4.2.2. 矩阵键盘控制模块 14 4.3. 数据处理 15 5. 仿真与调试 16 5.1. 硬件电路的仿真设计 16 5.2. 单片机的程序调试 16 6. 总结 16 致 谢 17 附录1 17 附录2 18 附录3 19 绪 论 课题背景 从一战以来，机器人学和飞机、火箭、计算机等一样，也日益发展成为我们日常生活不可或缺的科学技术，机器人的应用广泛，从传统的自动化制造领域，到人类的日常生活，再到茫茫星系的探索，都已经离不开机器人。 机器人关节是机器人的基础部件,其性能的好坏直接影响机器人的性能。机器人关节的种类有很多，根据机器人的功能不同，关节的配置和运动系统的形式叶都各不相同。工业机器人关节根据输出运动形式的不同分为移动关节和转动关节：根据传动机构的不同可以分为齿轮传动、连杆传动和摆线针轮减速传动；根据驱动器形式的不同可以分为电驱动关节、气压驱动关节、液压驱动关节和特种驱动关节等等。仿人机器人也是当今机器人爱好者研究的热点之一，仿人机器人因为外型类人则其关节可以分为上肢关节和下肢关节。微型机器人则是利用集成电路微细加工，将驱动器，关节传动装置以及传感器控制器和电源等集成在很小的多晶硅上。总体来看机器人关节呈现出大力矩，高精度，反应灵敏，小型化，标准化和模块化的趋势和发展。 工业机器人常见的关节形式有移动关节和转动关节。应用最多的工业机器人是多关节机器人，它主要是由多个回转关节和连杆组成，模拟人的肩关节、肘关节和腕关节等的作用。其关节与仿人机器人的肩、肘、髋关节不同的是自由度的个数。通常工业机器人的肩肘髋的关节的自由度为1。 仿人机器人主要分为仿人手臂型和仿人双足型。仿人手臂型主要是研究7自由度手臂和多自由度操作臂、多指灵巧手及手臂和灵巧手的组合。仿人双足型主要研究