基于ATmega168的六自由度机械手控制系统的设计.docx

    基于ATmega168的六自由度机械手控制系统的设计    陈 步（齐齐哈尔工程学院，黑龙江　齐齐哈尔　161005）　　【摘 要】本文介绍了基于AVR系列单片机-ATmega168的控制器的设计，以及机械手整体结构的组成设计机械系统的设计采用模块化的设计方案，即将功能分解，降低模块之间的耦合性控制系统分为硬件控制系统和软件控制系统硬件控制系统主要是由6路伺服电机、金属支架组件以及控制器构成软件控制系统采用VB编写的上位机软件进行实时控制　　【Keys】ATmega168；伺服电机；自由度；模块化一、机械系统的设计系统的设计采用模块化的方法，模块式机械手是将一些通用部件，根据作业的要求，选择必要的功能完成预定机能的单元部件，以基座为基础进行组合，配上与其相适应的控制部分，即成为能完成特殊要求的机械手1）机器人手部设计机器人的手爪又称为末端执行器，是直接用于抓取和握紧专用工具（如喷枪、扳手、焊具等）并进行操作的部件，大致可分为夹钳式、吸附式考虑到机器人主要抓取工件，因此采用夹钳式手爪手爪的电机采用Micro STD伺服电机，电机尺寸：28x14x29.8mm，重量：18g，速度：0.13sec/60°，输出力矩：1.8kg·cm。

2）机器人手臂设计手臂的由4个伺服电机组成，通过对伺服电机的控制，实现手臂在各个方向上不同位置的变化手臂电机采用金属齿轮伺服电机，电机尺寸为：40.4×19.8×36mm，重量：48g，速度：0.22sec/60°，输出力矩：13kg·cm3）机器人手腕设计为了方便对工件的夹持，手腕部的回转设计能够更好的完成对工件的夹持手腕的电机采用Micro STD 伺服电机，电机尺寸：28x14x29.8mm，重量：18g，速度：0.13sec/60°，输出力矩：1.8kg·cm4）机器人底座设计底座采用合金压铸，为整个手臂配重，从而保证其运行的必需的稳定性，底座下圆直径为220mm，上圆直径为170mm5）机械手相关参数工作电压：电机4.8V～6V，控制器6V～12V，工作电流：1.2A～3A，搬运负载：200g～500g6）舵机的控制原理舵机英文称servo，也称伺服机，标准舵机有三条引线，分别为电源线VCC、地线GND和控制信号线，舵机的控制信号也是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的[来自WwW.lw5u.Com]位置，舵机输出转角与输入信号脉冲宽度的关系为：其脉冲宽度在0.5ms～2.5ms变化时，舵机输出轴转角在0°～180°变化。

二、控制器的设计控制器以ATmega168单片机为主控制器，采用双电源供电（6V～12V单片机供电，4.8V～6V伺服电机供电）通过串口和电脑或其他单片机进行通讯单片机电源：电路板正面设计了三个电源输入口，中间的为单片机的电源输入伺服电机电源：两侧分别供应16路伺服电机输入电压在4.8V～6V之间上侧的伺服电机电源为1～16路伺服电机供电；下侧的伺服电机电源为17～32路电机供电，6自由度机械手只使用6路，故单侧电源便可满足供电需求本设计使用1～6路便足以实现对机械手的控制硬件连接为：ATmega128控制芯片连接到74HC595，74hc595可以实现串行到并行数据的转换，经过并行输出端Q0-Q5实现对伺服电机M0-M5的控制三、VB控制软件的设计（1）端口的连接和设置选择使用的串口，电脑将通过设置好的端口与控制器通讯设置界面如下：可以对端口、比特率、数据位、停止位、奇偶校验、流控制进行选择设置2）通道的控制设计了多路伺服电机控制器，机器手臂从上向下6个伺服电机按顺序编号为1～6分别对应从手爪到底盘的6个伺服电机，拖动1～6的任一个数值拖动条这个数值的变化规律就是500～2500之间。

数值1500是归零的状态最小值是500，则为0度，最大值为2500，此时为180度精度为180/（2500-500）=0.09度复选框选中时，数值条为有效状态，否则为禁止状态3）速度调节速度调节控制着每个伺服电机的转动速度系统默认为300为佳，数值调太大会影响机器手臂的使用寿命根据任务拟定了机器人的技术参数、运动形式、驱动方案、传动方案、控制系统方案等并且按照模块化的设计方法，将机器人分为基座、手臂、手腕和手部四个模块，并且通过数次实验验证了方案的可[来自Www.L]行性对机械手控制器进行设计通过AVR单片机-ATmega168，实现对伺服电机的控制，进而实现关节的控制，完成了在6个自由度上产生位移量的实现设计了控制系统的软件方案，监控软件采用图形化语言软件VB，实现了上位机对伺服电机以及金属支架组成的机械手的控制参 考 文 献[1]孟庆新，王晓东．机器人技术基础[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2006：22～47[2]丹尼斯，欧文斯，张慧慧．机器人设计与控制[M]．北京：科学出版社，2004：93～117[3]霍宏伟，牛延超，黄吉莹．ATmega128单片机原理与高级应用[M]．北京：中国林业出版社，2006：353～390  -全文完-。