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1、毕业设计说明书GraduateDesign设计题目：单片机机器人限制系统设计学生姓名：专业班级：学院：机械工程学院指导老师：施釉是卫生陶瓷生产过程中的一个重要工序，它利用压缩空气将釉浆雾化喷涂于坯体表面。长期以来，我国施釉工序主要靠手工完成，其作业环境恶劣，劳动强度大，质量差，生产效率低。随这人们物质文化生活需求的日益增长，对卫生陶瓷生产提出了更高要求。用机器人代替人工施釉已成为卫生陶瓷生产的发展方向。介绍了卫生陶瓷施釉工艺和装备、运动限制的探讨现状以及单片机的发展。在所给条件下对机器人的运动限制系统进行分析。依据要求提出了一种基于PIC单片机与MCX314As运动限制芯片的一种机械手运动限制
2、系统。本设计选用了PIC16F877单片机，进行了限制系统外部接口电路设计和软件设计接受CPU对喷枪轨迹的线性插补和运动限制模块的位模式插补的并行处理方法，满足了工作需求。对MCX314As运动限制芯片的各种寄存器等进行了说明和设置。选用了光电耦合器和RC滤波器，并接受了接地线的措施，对硬件系统作了抗干扰设计,软件系统作了稳定性设计，提高了系统的稳定性和精确性。关键词：PlC单片机；MCX314As运动限制芯片；位模式插补AbstractGlazingisanimportantworkingprocedureinthemanufactureofsanitaryware,whichatomize
3、sandsprinkleglaironwaresurfacebythecompressedair.Inourcountry,glazingbythehandshasbeenthemainformforalongterm,butitsenvironmentisbad,workintensityisgreat,qualityispoorandproducingefficiencyislow.Withtheimprovementofpeopleslives,itbringshigherrequirementtothesanitaryware.Soglazingbyrobotinsteadofhand
4、workbecomesthefashiontothesanitarywareindustry.Onthesanitaryceramicsglazingtechniquesandequipment,movementcontrolofthestatusquoandthedevelopmentofSCM.Totheconditionsinwhichtherobot,smovementcontrolsystemforanalysis.AccordingtoarequestbasedonPICandmotioncontrolchipMCX314Asamanipulatormotioncontrolsys
5、tem.ThedesignselectedPIC16F877microcontroller,theexternalcontrolsysteminterfacecircuitdesignandsoftwaredesignusingtheCPULancelinearinterpolationofthetrajectoryandmovementcontrolmoduleofthemodelinterpolationofparallelprocessingmethodstomeetthedemandforwork.MCX314Asmotioncontrolchipsforthevariousregis
6、tersandothersettingsandanote.SelectionoftheoptcouplerandRCfilters,andadoptmeasurestothegroundingline,madeanti-jammingsystemhardwaredesign,softwaresystemsweredesignedstability,improvethesystemsstabilityandaccuracy.全套设计联系小企鹅：229780692KeyWords:PICmcu,MCX314Aschip,bitpatterninterpolation目录1绪论11.1 卫生陶瓷施釉
7、机器人国内外探讨综述11.2 运动限制系统的概述21.1 .1运动限制器的探讨现状21.2 运动限制器的种类31.3 PIC单片机的特点与应用31.3.1 PlC单片机的特点错误!未定义书签。1.3.2 PIC单片机的应用错误!未定义书签。2主要探讨内容及总体方案设计错误!未定义书签。2.1 主要探讨内容错误!未定义书签。2.2 喷釉机械手限制系统功能分析与方案设计错误!未定义书签。2.3 机械手的软件总体设计错误!未定义书签。2.4 本章小结错误!未定义书签。3喷釉机械手限制系统硬件设计错误!未定义书签。3.1 微处理器的选型错误!未定义书签。微机选用考虑的问题错误!未定义书签。3.1.2P
8、IC系列微限制器特点错误!未定义书签。系统电路设计原则错误!未定义书签。3.2 运动限制模块错误!未定义书签。芯片MCX314As的功能错误!未定义书签。芯片MCX314As与多轴联动限制实现错误!未定义书签。3.3 限制系统的接口设计错误!未定义书签。3.4 本章小结错误!未定义书签。4喷釉限制系统软件设计错误!未定义书签。4.1 操作空间与关节空间插补实现错误!未定义书签。4.2 管脚定义及寄存器设置错误!未定义书签。4.2.1 管脚定义错误!未定义书签。4.2.2 寄存器设置错误!未定义书签。4.3 本章小结错误!未定义书签。5系统的抗干扰设计错误!未定义书签。5.1 系统抗干扰分析错误
9、!未定义书签。5.2 运动限制系统的抗干扰设计错误!未定义书签。印刷电路板及电路的抗干扰设计错误!未定义书签。信号传输的抗干扰设计错误!未定义书签。5.3 软件牢靠性措施错误!未定义书签。结论错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。附录ABP插补轨迹程序错误!未定义书签。附录B机械手系统的程序错误!未定义书签。1绪论1.1 卫生陶瓷施釉机器人国内外探讨综述在国外，机器人施釉是一项比较成熟的技术。自二十世纪九十年头初，一些发达国家就起先探讨开发施釉机器人。到1998年底，世界上用于喷涂的机器人共有25122台，占工业机器人总数的3.6%IL早期的施釉机器人大多接受液压驱
10、动方式，这种机器人示教周期长，泄漏的液压油会污染作业环境。目前，大都接受沟通伺服电机驱动机器人，如德国Lippert公司接受ABB公司生产的5自由度关节机器人与转台结合构成喷釉工作站，美国NUtro机械公司将直角坐标喷漆机器人改造后用于喷釉生产线。目前，意大利、德国、日本等国的卫生洁具生产己经普遍运用机器人进行喷釉。据报道，意大利制造的喷釉机器人对卫生洁具进行喷釉时，每小时可喷65件左右；对洗面器喷釉，每件须要4550s;坐便器每件须要6570s;水箱或立柱每件须要15so利用手工喷釉每件标准坐便器消耗釉浆2025cm3,坯体实际附着釉浆为900cm3；而接受机器人时，消耗釉浆量1250cn,
11、坯体附着釉浆IlOOcm3o可见在生产的效率和釉料的节约上均有很大的提高。目前，我国有200多家卫生洁具生产企业，其施釉作业普遍接受人工方式，劳动强度大，工效低，产品质量不稳定。有的卫生陶瓷生产企业引进国外液压喷涂机器人，用于卫生洁具施釉，但其售价高，一套引进的机器人施釉生产线价格达300万500万元人民币，大大增加了产品成本；二是厂家难以维护，更新产品时示教过程困难。在国家“863”支配的支持下，美林公司于1997年9月研制了卫生陶瓷机器人喷釉自动化系统，其限制系统接受单片机作为限制器进行协调限制叫2000年8月，广东佛陶集团塞纳陶瓷有限公司应用佛山本地生产的FS601A型机器人进行卫生陶瓷
12、洁具的施釉，它属于6自由度，全电动连续轨迹示教空间关节型喷涂机器人，该机器人可以满足形态困难的工作表面喷涂。但是它接受手把手示教方式进行示教，示教特殊不便利且示教周期长。2002年，唐山市科技局提出了“施釉机器人系统及其配套装置研制”课题，由清华高校与唐山陶瓷集团的卫陶有限公司共同探讨开发。该系统接受引进的通用6自由度关节机器人本体，主控系统接受工控计算机，再配套周边设备，并在系统中加入了视觉传感器进行位置定位。2006年，在卫生陶瓷施釉工艺和运动分析的基础上，河北理工高校研制了卫生陶瓷专用施釉机器人，该机器人由5自由度关节机器人本体与工件转台共同构成，本体与转台间可实现插补联动，实现了坐便器
13、困难表面的匀速连续喷涂，明显提高了釉层匀整性，保证了产品质量。在施釉作业环境中，机器人限制系统稳定性至关重要。其中，机器人限制器是机器人的心脏，它是依据指令以及传感信息限制机器人完成确定动作或作业任务的装置，确定了机器人性能的优劣。应用单片机与运动限制芯片结合可以解决现场的功能需求问题，并且成本低，周期短，本文就接受它为限制器。1.2 运动限制系统的概述运动限制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的限制管理，使其依据预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动，其主要探讨内容是机械运动过程中涉及到的机械学、动力驱动、运动参数检测和限制等方面的理论和技术问题。运动限制不但在传统的机械数控行业有着广
14、泛的应用，而且在新兴的电子制造和信息产品的制造业中起着不行替代的作用。通用运动限制技术已逐步发展成为一种高度集成化的技术，不但包含通用的多轴速度、位置限制技术，而且与应用系统的工艺条件和技术要求紧密相关。事实上，应用系统的技术要求，特殊是一个行业的工艺技术要求也促进了运动限制器的功能的发展。通用运动限制器的许多功能都是同工艺技术要求密切相关的，通用运动限制器的应用不但简化了机械结构甚至简化了生产工艺。一个典型的运动限制系统主要由运动部件、传动机构、执行机构、驱动器和运动限制器构成，整个系统的运动指令有运动限制器给出，因此运动限制器是整个运动限制系统的灵魂。1.2.1 运动限制器的探讨现状运动限
15、制器是以中心逻辑单元为核心，以传感器为信号敏感元件，以电机、动力装置和执行单元为限制对象的一种限制装置，它在开放式数控系统中占有特殊重要的地位。它不仅具有信息处理实力强、开放程度高、运动轨迹限制精确、通用性好等特点，而且还从很大程度上提高了现有加工制造的精度、柔性和应付市场需求的实力。同传统的数控装置相比，运动限制器具有以下特点：1 .技术更新颖，功能更加强大，可以实现多种运动轨迹的限制和插补算法限制，是传统数控装置的换代产品；2 .结构形式模块化，可以便利地相互进行组合，以建立适用于不同场合、不同功能需求的限制系统；3 .操作便利，在不运用专用的数控软件状况下，在通用的PC机上经简洁编程即可
16、实现运动限制功能。1.2.2 运动限制器的种类运动限制器种类许多，大体分为三类：1 .基于在板微处理器的运动伺服限制器这类限制卡选用微处理器为核心构成运动伺服系统。利用微处理器的强大功能，系统可进行插补运算，位置限制，速度限制等，插补的算法与速度限制可编程实现，增加了开发的灵敏性，易于限制多轴联动，可以实现困难的插补算法。2.S0FT型运动伺服限制器此种限制器CNC软件全部装在计算机中，而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部I/O之间的标准化通用接口。用户可以在计算机平台上开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。与前几种数控系统相比，SOFT型开放式数控系统完全开放，全部的限制方法和插
17、补算法都由开发者实现。其典型产品有美国Mnsl公司的OPeneNC、德国PowerAutomation公司的PA8000NT等。3.专用运动限制芯片伺服限制器这类限制卡以运动限制芯片为核心构成运动伺服系统。此类芯片有日本NoVA公司产的Mcx系列，美国TI公司生产的LM629等。其插补的算法与速度限制一般集成于芯片内，且可以同时限制多轴。芯片限制便利，对开发者来讲，不须要考虑具体的插补，只要正确引入位置速度反馈信号和输入正确的位置指令即可。其缺点是受限于芯片的功能，开发者无法引入困难的限制和插补算法，而且运动芯片的价格很高，此类限制卡应用面较窄，多用于直线运动和圆弧运动。1.3PIC单片机的特点与应用MiCroChiP公司的PlC系列单片机具有好用、低价、易学、省电、高速和体积小等特点。该系列单片机不是单纯的功能积累，而是以多型号来满足不同层次的须要，并可供应低价的OTP芯片。另外，该系列单片机还具有低功耗睡眠功能、掉电复位锁定、上电复位电路、看门狗电路等功能，而且外围器件少、占用空间小；成本低，保密技术也特殊牢靠，可最大限度地爱惜开发者的利益，因此，在工业、仪器仪表、计算机、家电等诸多领域具有极其广袤的发展前景“叫
