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南京林业大学单片机控制的球坐标机器人设计,毕业设计

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编号 南京林业大学 题 目： 单片机控制的球坐标机器人设计 学生姓名： 王明军 类 别：本科毕业设计 本科毕业论文 专科毕业设计 专科毕业论文 材料目录 序号 材料名称 数量 1 优秀毕业设计（论文） 推 荐表 1 2 毕业设计（论文） 1 3 评阅教师评语 1 4 答辩小组意见 1 5 其它相关材料 1 nts附件二： 江苏省普通高等学校本专科 优秀毕业设计（论文）推荐表 学校名称：南京林业大学 填表日期： 2005年 8月 24日 学生 姓名 王明军 性别 男 民族 汉 出生 年月 1984年 3月 入学 年级 2001级 专业名称 机械设计制造及其自动化 专业所属 一级门类 工学 专业所属 二级类 机械类 指导教师 毕业设计（论文）总周数 16 姓名 专业技术职务 年龄 所在单位 袁成荣 副教授 41 机械电子工程学院 毕业设计（论文）题目 单片机控制的球坐标机器人设计 毕业设计（论文）主要涉及研究方向 工业机器人结构设计、工业机器人单片机控制系统设计 毕业设计（论文）选题依据及背景 目前，国民经济高速发展，工业机械人满足了社会生产的需要，在某种程度上也实现了生产自动化。工业机械人动作准确，因此可以稳定和提高产品质量，同时也可避免人为的操作错误。此外，机械人能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。工业机械人的 通用性、灵活性好，能较好地适应产品品种的不断变化，以满足柔性生产的需要。 学校中期检查情况 中期检查时，进度较计划慢。一 方面是去外地进行研究生面试，另一方面机械部分的方案花费了较长时间查资料、画草图并进行比较。 毕业设计（论文）的水平与特色 在机械结构的设计上采用了直线导轨，大导程滚珠丝杠等结构。在控制系统设计上，力求控制系统的简单，完整合理，人性化设计。采用了74LS148八三路优先编码器连接键盘和单片机。独立编写了具有速度设置，手动运行，给定量精确运行，自动运行四大功能的控制程序。进行了多种方案的比较分析。 nts毕业设计（论文）有何实验、实践或实习基础 在自动化实验室进行了一些 单片机控制 实验，在先进制造实验室进行 了多关节机器人的编程与操作实验，到南京理工大学参观了机器人研究所 学生毕业设计（论文）期间的研读书目 焦恩璋 经济型模块化工业机器人的前期研究 .制造业自动化， 2002.2 周伯英编著 .工业机器人设计 .机械工业出版社， 1995 熊有伦主编 .机器人技术基础 .华中理工大学版社， 1996 朱世强编著 . 机器人技术及其应用 . 浙江大学出版社， 2001 陈哲等编著 .机器人技术基础 .机械工业出版社， 1997 孙迪生 .机器人控制技术 .机械工业出版社， 1997 指导教师评语及推荐意见（包括学生的工作态度、知识与能力、成果与水平、设计（论文）质量等几方面） 该生的工作态度特别好，具有很强的求知欲望。具有较广的知识面，较强的 分析问题的 能力，较强的 独立工作 能力。 能按任务书的要求全面完成了设计任务。能综合应用所学的机电知识。设计方案正确，图纸与说明等均论述有据， 设计有一定的创新， 质量高。说明书 有条理、层次清楚，对设计方案有分析比较。 指导教师签字： 袁成荣 2005年 8月 24日 指导教师对申报材料真实性的意见 申报材料可靠 指导教师签字： 袁成荣 2005年 8月 24日 学校推荐意见 同意推荐 （学校公章） ：南京林业大学 2005年 8月 30日 注：专业名称和所属门类请按教育部公布的专业目录填写。 其中专科专业请对照教育部 印发的普通高等学校高职高专教育指导性专业目录 (试行 ) ， 可从以下网址下载： /info/edu/poli/8586.shtml。 nts 设计总说明书 摘要：针对单片机控制的球坐标机器人设计， 介绍了机器人技术的发展现状以及发展趋势，球坐标机器人的机械部分的设计，着重 介绍了机器人控制系统的设计流程，提供了一个完整的能实现速度设置 、 手动运行 、 给定量精确运行 、 自动运行 4 个功能的参考程序。最后对机器人处理器的选择和无线机器人做了简单的探讨。 关键词：球坐标 ； 机器人 ； 步进电机 ； 谐波减速器 Abstract This disquisition aims at the design of the sphere coordinates robot. Introduces the actuality and trend of the development of the robot , the design of the mechanism part of the sphere coordinates robot simply, and gives emphasis to the design flow of the control system. This paper have offered a unabridged program which can achieve four functions :the setting of the speed, manual operation, accurate ration operation and automation. This paper also discussed the selection of the processor as well as the wireless robot simply at last. Keywords: Sphere coordinates ; Robot ; Step electromotor ; Harmonic decelerator nts nts 目 录 前言 1 1 机器人概述 2 2 手部的设计和计算 4 2.1 有关此机器人能实现的功能的构想 4 2.2 机器人机械结构初步构想 4 2.3 机器人控制系统初步构想 4 2.4 所用器材、 器件的初步拟订 5 3 机器人设计及计算 6 3.1 手部设计 6 3.2 手腕设计 8 3.3 手臂设计 9 3.3 机身设计 9 3.5 电机选择 9 4 控制系统的设计 12 4.1 电路原理图的绘制 12 4.2 PCB 图绘制 12 4.3 程序设计 12 4.3.1 机器人使用说明 12 4.3.2 端子分配表 13 4.3.3 各输入输出及状态缓存分配情况 16 4.3.4 参考程序 19 5 有关机器人设计的两个探讨 45 5.1 处理器的选择 45 5.1 无线实时控制的探讨研究 45 设计总结 47 致 谢 48 参考文献 49 nts nts 1 前 言 机器人设计是我们学完技术基础课及有关专业课后的一次专业课程内容的综合设计。所学 通过设计，把 所学 课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与气动技术、自动控制理论、测试技术、数控技术、单片机原理及应用，自 动机械设计等）中所获得的理论知识在实际中综合地加以运用，使这些知识得到巩固和发展，并使理论知识和生产密切地结合起来。 目前，国民经济高速发 展 ，工业机械手满足了社会生产的需要，在某种程度上也实现了生产自动化。它在工业生产中的应用也极为广泛。工业机械手操作动作准确，因此可以稳定和提高产品质量，同时也可避免人为的操作错误。此外，机械手能持久、耐劳，可以把人从繁重单调的劳动中解放出来，并能扩大和延伸人的功能。工业机械手的通用性、灵活性好，能较好地适应产品品种的不断变化，以满足柔性生产的需要。 本次设计着重点在控制系 统的设计。在机械结构的设计上我大胆采用了直线导轨，大导程滚珠丝杠等结构。在控制系统设计上，我力求控制系统的简单 、 完整 、 合理 、 人性化设计。采用了 74LS148 八 三路优先编码器连接键盘和单片机。独立编写了具有速度设置 、手动运行 、 给定量精确运行 、 自动运行四大功能的控制程序。 nts 2 1. 机器人概述 工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它 对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。 机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。 机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也 是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。 国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势： 1工业机器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降，平均单机价格从 1991年的 10 3万美元降至 1997 年的 6 5万美元。 2机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机；国外已有模块化装配机器人产品问市。 3工业机器人控制系统向基于 PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高，控制柜日见小巧，且采用模块化结构；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。 4机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，装配、焊接机器人还应用了视觉、力觉等传感器，而遥控机器人则采用视觉、声觉、力觉、触觉等多传感器的融合技术来进行环境建模及决策控制；多传感器融合配置技术在产品化系统中已有成熟应用。 5虚拟现实技术在机器人中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制， 如使遥控机器人操作者产生置身于远端作业环境中的感觉来操纵机器人。 6当代遥控机器人系统的发展特点不是追求全自治系统，而是致力于操作者与机nts 3 器人的人机交互控制，即遥控加局部自主系统构成完整的监控遥控操作系统，使智能机器人走出实验室进入实用化阶段。美国发射到火星上的“索杰纳”机器人就是这种系统成功应用的最著名实例。 7机器人化机械开始兴起。从 1994 年美国开发出“虚拟轴机床”以来，这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。 我国的工业机器人从 20世纪 80年代 “七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”、“八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有 130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近 30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。但总的来看，我国的工业机器人技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，如：可靠性低于国外产品；机器人应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统 技术与国外比有差距；在应用规模上，我国已安装的国产工业机器人约 200 台，约占全球已安装台数的万分之四。以上原因主要是没有形成机器人产业，当前我国的机器人生产都是应用户的要求，“一客户，一次重新设计”，品种规格多、批量小、零部件通用化程度低、供货周期长、成本也不低，而且质量、可靠性不稳定。因此迫切需要解决产业化前期的关键技术，对产品进行全面规划，搞好系列化、通用化、模化设计，积极推进产业化进程。 我国的智能机器人和特种机器人在“ 863”计划的支持下，也取得了不少成果。其中最为突出的是水下机器人， 6000米水下无缆机器人的成果居世界领先水平，还开发出直接遥控机器人、双臂协调控制机器人、爬壁机器人、管道机器人等机种；在机器人视觉、力觉、触觉、声觉等基础技术的开发应用上开展了不少工作，有了一定的发展基础。但是在多传感器信息融合控制技术、遥控加局部自主系统遥控机器人、智能装配机器人、机器人化机械等的开发应用方面则刚刚起步，与国外先进水平差距较大，需要在原有成绩的基础上，有重点地系统攻关，才能形成系统配套可供实用的技术和产品，以期在“十五”后期立于世界先进行列。 nts 4 2. 总体设计 2.1 有关此机器人能实现 的功能的构想： 1 实现老师的要求。 2 能够实现现场调试，控制，近程无线控制。运动可以实现给定量的精确运动。 在电脑上能利用机器人上的摄像头进行无线近程实时监控。 2.2 机器人机械结构初步构想： 可实现： 手臂俯仰 手臂回转 手腕伸缩 手腕回转 机器人采用电机驱动，初步估计要用到 4个不同型号的电机， 手臂俯仰电机 ,带谐波减速 手臂 回转电机 ， 带谐波减速 手腕伸缩电机 ,与滚珠丝杠直连 手腕回转电机 ， 带谐波减速 2.3 机器人控制系统初步构想： 控制系统采用单片机及电脑控制 机器人控制系统可分为现场工作控制系统和近程监视控制系统。 本设计只详细设计现场工作控制系统 .对于近程监视控制系统只做研究性探讨 . 现场工作控制系统是利用机器人的操作面板实现对机器人的初始化，调试，运作等功能。 近程监视控制系统由两部分组成： （ 1）电脑无线近程监控系统。 电脑无线近程监控系统可 实现对机器人的实时监控，从电脑的视频窗口可以看到机器人的实时动作。用鼠标或者键盘输入参数可使机器人实现预定动作一套，实时动作，以及精确实现给定参数运动。 （ 2）近程无线控制器。 nts 5 近程无线控制器实质是现场工作控制系统的无线化。主要是可以方便的进行操作。 2.4 所用器材，器件的初步拟订： 单片机 至少两片 型号： 89C51 驱动，功放电路元件若干 电脑 一台 无线收发器件 一对 摄像头 一台 其他 必需 的电子元件等。 nts 6 3. 机器人设计及计算 3.1 手部设计 手部（亦称抓取机构）结构是根据特定的工件要求而设计的。常用的手部按其握持原理可以分为夹持和吸附两大类。吸附类中，有气吸式和磁吸式；夹持类中，主要有夹钳式。夹持类手部按其手指夹持工件时的运动方式，可分为回转型和手指平移型两种。本设计采用夹钳式的手部。 夹钳式手部是由手指、传动机构和驱动装置三部分组成的，它对抓取各种各样的工具具有很大的适应性，可以抓取轴、盘、套类零件。一般情况下，多采用两个手指，少数采用三指或多指。驱 动装置为传动机构提供动力，驱动源有液压、气动和电动等几种形式。 平移型手指的张开闭合靠手指的平行移动，适于夹持平板、方料。在夹持直径不同的圆棒时，不会引起中心位置的偏移。但这种手指结构比较复杂、体积大，要求加工精度高。 本设计初选方案为平行型手指 ,如图 :该手部可以更换手指 ,其驱动采用电机驱动滚珠丝杠 ,然后驱动齿轮齿条 ,最终驱动两手指做平行相对移动 .由于驱动的中间传动环节较多 ,机构复杂 ,加上平行型的手指本来体积就比较大 ,使得整个手部比较笨重 ,而且电机控制手部夹紧时 ,夹紧力不容易控制。最后放弃该方案。 回转型 手指的张开闭合靠手指根部（以枢轴支点为中心）的回转运动来完成。枢轴支点为一个的，称为单支点回转型；为两个的，称为双支点回转型。这种手指结构简单，形式小巧，但夹持不同工件会产生夹持定位偏差。 本设计根据导师的要求和手指应该简单小巧，容易控制的要求，最终确定手部方案为双支点回转型手指，液压驱动。如图： nts 7 有关手部驱动的讨论： 手部驱动有气动、液动、电动和机械四种形式气动速度快，结构简单，成本低。采用点位控制或机械挡块定位时，有较高的重复定位精度。液压式手部臂力较大，且可用电液伺服机构，可实现连续控制。使工业机 械手的用途和通用性更广。电动式用于小型。机械式只用于动作简单的场合。 本设计夹紧采用液压夹紧，但个人认为采用气动会使得动力机构更简单，成本也会降低。 夹紧力计算： N 1 2 3F K K K G 2 . 0 1 . 4 3 4 4 2 5 0 N 2 8 6 8 N 1K：安全系数，取 2.0 2K：工作情况系数： 22 2a 4 . 2 5 m / sK 1 1 1 . 1 3 4g 9 . 8 m / s 其中2m a xv 0 . 8 5 m / sa 4 . 2 5 m / st 0 . 2 s 响取手臂长 l臂为 500mm，根据手臂回转 90/s。 可知 m a xv l 0 . 5 0 . 8 5 m / s2 臂取 t 0.2s响nts 8 3K： 方位系数 因为手腕具有回转功能，故夹紧方式为：手指水平放置夹垂直放置的工件。 3K取 4 液压缸直径的选择： (1) 根据手部形状： NNcF c t g F2b2 b 2 3 0F F t g 2 8 6 8 t g 3 6 2 4 8 2 Nc 4 4 b=30mm, b=44mm, =360 (2)取 =0.85 F F 2 4 8 2 N 0 . 8 5 4 0 9 6 N 计算实际(3)确定液压缸的直径 D 2DP 4F 实际选取压力油工作压力 p=20 105Pa D=4 F实际 / P0.5 =4 4096/( 20 105)0.5 =51mm 根据液压缸内径系列 JB826-66,选取 D=50mm, d=26mm 3.2 手腕设计 : 本设计手腕起到连接手部和手臂的作用。手腕上装有手部回转步进电机。步进电机，步距角 1.8带谐波减速器，减速比为 100。通过对步进电机的控制可以实现对手部回转角度的精确控制，可以让手部在行程范围内的实现任意角度的回转。本设计中步进电机的控制系统允许输入最小为单位为 1的数值。当然还可以是更小的数值。只要在控制系统的设计上做一些改动就能实 现。理论上最小回转角度应该是 1.8/100=0.018。 手腕座在两平行的直线导轨的滑块上。手腕的直线运动是靠手臂上滚珠丝杠螺母的螺母推动实现的。由于直线导轨和滑块之间是滚动摩擦，摩擦力远比滑动摩擦小的多。所以该结构比用直线光轴导柱要好。而且直线导轨安装方便。本设计采用 MSB15E 型直线导轨，nts 9 如图： 3.3 手臂设计 设计要求手臂能实现俯仰运动。并且要支撑手部和腕部。 手臂上装有两平行直线导轨。两导轨的滑块用连接板，螺栓连在一起。连接板上用螺栓将手腕和手部固定。 手臂后端有步进电机，驱动丝杠螺母，螺 母推动连接板使手部直线运动。 手臂的俯仰也是用步进电机，通过谐波减速带动的。步进电机固定在机身上。 3.4 机身设计： 机身要实现回转功能，考虑到整个机身重量会很大，为了保持机身的稳定性，其回转支承采用止推轴承和深沟球轴承的组合来提高稳定性。这种组合可以在底座尺寸较小的情况下得到较好的稳定性。 底座设计：底座固定在地面，上面装有机身回转电机，提供对机身的支承和回转的驱动。 具体形状见图纸。 3.5 电机的选择： 考虑到要尽量使控制系统设计简单，这里使用同一型号的步进电机，这样会使得控制电路简单，编程也容 易。 这里要说明为什么选择减速比为 100，而滚珠丝杠导程为 16mm且不用减速器。 设计要求最大的回转角速度 =90 /s，最大的直线速度为 250mm/s，两数值比为 1： 2.777 为使控制简单，各电机采用相同的频率这就要求在这频率下角速度和直线速应该大致nts 10 满足两个最大值之间的比例关系。 假设脉冲频率为 f 则角速度 =f 1.8/100 v=f 1.8 16/360 二者之比为 1： 4.444 由此可以看出二者相差不是很大。故选择合理。 电机的选择： 步进电动机又称脉冲电动机，是一种把电脉冲信号转换 成与脉冲数成正比的角位移或直线位移的执行元件。其转速具有三个特点：转速 (或线速度 )与脉冲频率成正比；在负载能力允许的范围内，不因电源电压、负载、环境条件的波动而变化；速度可调，能够快速起动、制动和反转。同时，步进电动机还具有定位精度高、同步运行特性好的特点，广泛应用于数控机床、绘图机、卫星天线、自动记录仪及数 模转换器等设备上。百格拉三相混合式步进电机，具备上述步进电动机的一切特点，一般用于数控开环系统中作执行元件或驱动元件。 由于各电机型号相同 ,因此以负载最大的机身回转电机为标准进行电机的选择计算 . 整个机器人可以简化为如上图的模型 . 根据机器人的机械图 ,机身对回转轴的转动惯量大致估计为 : 2 2 2J 0 . 1 4 0 . 1 2 4 0 . 3 6 0 . 1 4 机身 20 .7 3K g m 2 2 21J 2 0 . 0 6 0 . 6 0 . 3 1 . 0 1 K g m3 手臂 2 2 2J M 0 . 6 2 5 2 5 0 . 6 2 5 9 . 7 6 K g m 棒料 棒料 nts 11 如此估计都是按照偏大 ,偏安全估计的 . 2J J J J 1 1 . 5 K g m 总 机身 手臂 棒料 根据控制部分可知 :机身的最大回转角速度为 36 /s 取 t 0.2s响则 机身角加速度为 236 3 . 1 4 r a d s0 . 2180 机身 驱动机身所需转距 : T J 1 1 . 5 3 . 1 4 3 6 . 1 1 N m 机身 机身 减速器减速比为 100,因此要求电机的输出转距为 : 3 6 . 1 1T 0 . 3 6 1 1 N m100 电机 根据此值选百格拉 VRDM397,其额定扭矩为 1.7Nm,保持扭矩为 1.92Nm。 nts 12 4 控制系统的设计 4.1 电路原理图的绘制：见图纸 4.2 PCB 图绘制：见图纸 4.3 程序设计： 4.3.1 机器人使用说明： 开机： 机器人 进入速度设置模式，该模式有低、中、高三种选择，分别对应数字键 0、1、 2。程序中已设定了速度的大小。按下数字键 0、 1、 2， LED 上可以显示所按的数字，按确定键就可以保存速度模式。重新按数字键，再按回车键将会使新的数据替代原有的数据。按下数字键后，如果想取消，则按退格键 C ，如果按下其他数字键或功能键，都不会产生什么影响， LED也不会亮。 系统默认的速度为中速。不按下任何键或按按键后没有回车，都不会更改默认值。 按下回车键大于 3秒的时间，则退出速度设置模式。进入手动模式。 手动模式： 在 此模式下，按下对应的按键就会执行相应的动作。一直按下按钮，则电机会一直运转，松开按钮，电机停转。因此可以实现点动和连续运动。 如果想反转，先按下反向键 S15，再按运转键，就可以使对应的电机实现反转。 按下回车键大于 3秒的时间，则退出手动模式，进入给定量进给模式。 给定量进给模式： 先按下要使之运动的电机按键，再输入要运动的位移或角度，按回车就可以使机器人动作，反转也时先按反向键，再按运行键。可以同时选择几个电机动作，数据输入后电机同时运转，所以不可能有一个电机的两个方向都有动作。 数据输入可以是一 位，也可以是两位，三位但要注意不能超过运行距离的上限，碰到行程开关会自动停止。 按下回车键大于 3秒的时间，则退出给定量进给模式，进入自动运行模式。 自动运行模式 ：按下回车键后开始自动运行。 运行时先回到初始位置再开始运动，运动路线已由程序给出。运行已此完毕，如果不按回车键，则不会运动，按下回车键，会重复运行一次同样的路线。 按下回车键大于 3秒的时间，则退出自动运行模式。进入速度设置模式。 如此循环。附 :程序流程图 nts 13 4.3.2 端子分配表 : 开始 初始化 速度设置 手动运行 定量运动 自动运行 定时中断程序 给电机发脉冲 定时中断程序 给电机发脉冲 定时中断程序 给电机发脉冲 nts 14 1输入端子 : 键盘 : S0-S17 S0-S7 为数字键 0-7， 其值可以直接读入，然后取反就是对应的键值了 S8-S9 为数字键 8-9， 其值要读入后取反，并且要调整才能得到对应的键值。调整方法：先判断键是在第二区，然后读入，取反，将取反后的值右移三次然后加 8就得到对应的键值了。这使得读键稍微有点麻烦，但比起矩阵式键盘以及其他方式的键盘方便了很多，可以不用花费时间和精力在键值的判断上，大大节省了，编程的时间 ，提高了编程的效率。 S10-S15 对应为功能键二部分。具体分配如下： S10 ： 手部夹紧和放松按键。 S11 ： 手部回转按键 S12 ： 手臂伸缩按键 S13 ： 手臂俯仰按键 S14 ： 机身回转按键 S15 ： 反向控制按键，先按下此键，然后再按 S10-S14中的任何键，就会使得运动方向为反向，程序默认运转方向为正向。如果部按反向键直接按 S10-S14，则运转方向为正转，这种键盘功能模式可以 节省键盘的数目。而且实际操作也很方便。 S16-S17 对应为功能键一部分。 S16 ： 回车键 A，用于确定输入的数据，启动运行的动作，以及在各个运行模式之间切换。按键时间大于 3秒则使程序自动切换到下一运行模式，小于 3秒则起回车键的作用，具体的使用方法在各个子程序里面会有所不同。 S17 ： 退格键 C ，用于取消数据的输入，暂停 /停止运行的动作，取消当前的活动状态等，在不同的子程序里面使用方法也有所不同。 说明：键盘电路采用三片 74LS148 输入 P1口的， 74LS148是 8-3优先 编码器，其输入具有不同的优先级，可以防止串键。本设计中采用三片串联，优先级 从 S0 S17依次增加。 S17优先级最高。当两键或多键同时按下去的时候，只能检测到优先级最高的那个键。不必再使用软件方法防止串键。简化了编程。 键盘码值表： 说明 P17 P16 P15 P14 P13 P12 P11 P10 PC2 PC1 PC0 无 无键按下 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 第三键盘区 S0 数字键 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 S1 数字键 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 S2 数字键 2 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 S3 数字键 3 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 S4 数字键 4 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 S5 数字键 5 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 S6 数字键 6 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 S7 数字键 7 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 S8 数字键 8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 第二键盘区 S9 数字键 9 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 S10 手转 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 S11 手伸缩 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 nts 15 S12 臂俯仰 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 S13 机身转 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 S14 夹紧放松 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 S15 反向控制 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 S16 回车键 A 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 一区 S17 退格键 C 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 键盘码值表取反值： 说明 P17 P16 P15 P14 P13 P12 P11 P10 值 无 无键按下 0 0 0 0 0 0 0 0 00H S0 数字键 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00H S1 数字键 1 0 0 0 0 0 0 0 1 01H S2 数字键 2 0 0 0 0 0 0 1 0 02H S3 数字键 3 0 0 0 0 0 0 1 1 03H S4 数字键 4 0 0 0 0 0 1 0 0 04H S5 数字键 5 0 0 0 0 0 1 0 1 05H S6 数字键 6 0 0 0 0 0 1 1 0 06H S7 数字键 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H S8 数字键 8 0 0 0 0 0 0 0 0 00H S9 数字键 9 0 0 0 0 1 0 0 0 08H S10 手转 0 0 0 1 0 0 0 0 10H S11 手伸缩 0 0 0 1 1 0 0 0 18H S12 臂俯仰 0 0 1 0 0 0 0 0 20H S13 机身转 0 0 1 0 1 0 0 0 28H S14 夹紧放松 0 0 1 1 0 0 0 0 30H S15 反向控制 0 0 1 1 1 0 0 0 38H S16 回车键 A 1 0 0 0 0 0 0 0 80H S17 退格键 C 1 1 0 0 0 0 0 0 0C0H 行程开关： K0-K7 说明 P23 P22 P21 P20 取反 P22 P21 P20 K0 手正转限位 1 1 1 1 0 0 0 K1 手反转限位 1 1 1 0 0 0 1 K2 手伸限位 1 1 0 1 0 1 0 K3 手缩限位 1 1 0 0 0 1 1 K4 臂仰限位 1 0 1 1 1 0 0 K5 臂俯限位 1 0 1 0 1 0 1 K6 机身正转限位 1 0 0 1 1 1 0 K7 机身反转限位 1 0 0 0 1 1 1 无到位 无开关闭和 0 1 1 1 0 0 0 根据行程开关的码值表可以看出，如果想检测是否有行程开关到位，只需检测 P23是否为 1即可，为 1则有行程开关闭和，为 0 则没有，如果想知道是哪个行程开关到位，则读 P2口，查一下 P22P21P20 的取反值就行了。 2.输出端子 nts 16 状态显示灯 : 3BH D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 速度设置模式 手动模式 给定量进给模式 自动模式 手腕正转灯 手腕反转灯 手臂伸长灯 手臂缩短灯 3AH D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 手臂上仰灯 手臂下俯灯 机身正回转灯 机身反转灯 手夹紧灯 手放松灯 故障显示灯 数据显示 LED 个位 :LED3 缓存地址 3CH 十位 :LED2 缓存地址 3DH 百位 :LED1 缓存地址 3EH LED显示码： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 灭 03H 9FH 25H 0DH 99H 45H 41H 19H 01H 09H 0FFH 4.3.3 各输入输出及状态缓存分配情况： 30H：机器人运行 状态标志字节。编程时根据此字节的值来判断机器人要执行什么子程序具体规定如下： 00H 01H 02H 03H 其他值 速度设置模式 手动运行模式 给定量进给模式 自动运行模式 跳到手动模式 3AH-3EH ：显示缓存区 具体分配如下： 3AH 3BH 3CH 3DH 3EH D8-D15 D0-D7 LED3 LED2 LED1 5AH-5BH ：电机输出缓存 5AH： PA口数据 5BH： PB口数据 58H ：电机的转速状态 低速 中速 高速 00H 01H 02H 注：默认值为中速 01H 4AH-4FH：电机低、中、高各转速对应的定时器的值，通过速度设置程序可以选择其中的一组来作为定时值来提供不同的转速。 定时器定时值： nts 17 4AH 4BH 4CH 4DH 4EH 4FH #08H #1FH #14H #0FH #19H #07H TL0 TH0 TL0 TH0 TL0 TH0 500HZ 1000HZ 2000HZ 低速 中速 高速 = 9 /s v=40mm/s =18 /s v=80mm/s =36 /s v=160mm/s 注：速度的计算方法 以中速的为例：由 TL0和 TH0的值可以算出脉冲时间间隔为 1ms，即脉冲频率为 1Khz 回转电机所用的谐波减速器减速比为 100，丝杠螺母的导程为 16mm 电机的步距角为 1.8 所以有 回转角速度 =1 1000 1.8 100=18 /s 伸缩速度 v=1 1000 1.8 360 16=80mm/s 中、高速计算方法相同。 50H-57H ：各电机的脉冲数，每个电机占两个字节 50H-51H 52H-53H 54H-55H 56H-57H 机身回转电机脉冲数 臂俯仰电机脉冲数 手臂伸缩电机脉冲数 手腕回转电机脉冲数 40H-42H ：数据输入缓存 在给定量进给程序中，需要输入进给的角度或 直线位移，由于输入的值不是一个确定的数，有可能是三位的，两位的，也有可能是一位的，但这些数都是有效且合理的，所以都要处理好。办法就是建立一个三字节的输入缓冲区（本设计中最多只能输入三位），同时用一个寄存器来记录已经输入数据的个数（本设计中采用 R5），输入数据的时候，从缓冲区的低字节开始保存，同时寄存器的值要加 1。以保证记录的准确性。当数据输入完毕，不管输入了几位，只要从 40H开始，按照寄存器标明的个数，计算并存入相应的单元即可。本设计中 COUNT 子程序就是针对此的专门计算程序，它把输入的不确定位数的位移或 角度（十进制）转化成相应电机的脉冲目，并存入该电机的脉冲数目存储单元。 43H-44H ：上面 CONUT 程序的中间缓存，里面存的是转化后的十六进制的数据。 45H ：给定量进给程序中标明当前输入数据对应电机的字节。其规定如下： 00H 01H 02H 03H 04H 无有效电机 机身回转电机 臂俯仰电机 手伸缩电机 手回转电机 注：初始化应为 00H。 状态标志位： 70H 行程开关到位状态标志位，未到为 1，到位为 0 71H 手腕正转为 1，反转为 0 72H 手臂伸为 1，缩为 0 73H 手臂 仰为 1，俯为 0 74H 手松开为 1，夹紧为 0 75H 机身正转为 1，反转为 0 60H 是否有有效数据输入 61H 电机正反转标志位，通过此位来判断要设置的电机的转向。 nts 18 50H 手回转电机是否选定 给定量进给中用到 51H 手伸缩电机是否选定 52H 臂俯仰电机是否选定 53H 手松 /夹 54H 机身回转电机是否选定 55H 是否在运行 运行为 1，暂停或没运行为 0 56H 是否在运行的暂停状态，暂停状态为 1，运行为 0 有关状态位使用的说明： 70H-75H为给电机发脉冲时的 转向的判断依据，行程开关如果到位还要根据到位电机的转向来判断是否要停止电机的运行。如果电机的转向是背离行程开关，则即使行程开关还在按下的状态，电机也能运行，并且应该运行。这在行程开关到位，电机必须转向的时候是尤其要注意的。 50H-56H 主要给给定量进给程序中，退格键 C 按下后要执行的动作提供依据， 如果数据输入完毕，电机已经运行，按下 C 键则暂停 如果是在输入数据，则按下 C键后输入的数据要减少一位，并且要使在 LED上显示的数据也相应的减少一位。 如果输入的数据全部删除了 ，再按下 C键，就会取消当前电机的选定状态。同时在显示发光二极管上也要相应的做调整。 LED 全灭， 如果当前电机选定状态被取消，再按下 C 键，就显示前面已经存好数据的电机，有几个显示几个。表示已经有几个动作定下来了。 在这个基础上，选定电机都显示过后再按下 C 键，就清除所有的设定值，回到程序的初始状态。 以上各种情况的判别标志就是 50H-56H 。 8255各口的地址及状态字： A口 B 口 C口 初始化状态字 0FFFH 1FFFH 2FFFH 3FFFH 输出 输出 输入 89H A口数据来源 5AH PA0 PA1 PA2 PA3 PA4 PA5 PA6 PA7 机身回转电机 手臂俯仰电机 U V W U V W B口数据来源 5BH PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 PB5 PB6 PB7 手伸缩电机 手腕回转电机 夹紧放松 U V W U V W 注： 8255工作方式 0，地址的选择必须使 P27 为 0，因为 P27另有用处，它是串行显示输出的移位脉冲信号输出端，脉冲升沿开始传送数据，所以一定不能使在不传送数据的时候，P27出现升沿，如果在其他地方使得 P27为 0，这里使 P27为 1，会出现升沿，传输一位数据，使显示变为乱码。使其为 0即可避免问题的发生。 nts 19 4.3.4 参考程序： ORG 00H AJMP MAIN ORG 000BH ;定时器 0中断入口 LJMP TIME ;定时程序 ORG 0030H MAIN: MOV SP ,#65H ;设置堆栈 MOV 3AH,#0FFH ;显示初始化 MOV 3BH,#7FH ;只显示运行在速度设置状态灯 MOV 3CH,#0FFH ;LED全灭 MOV 3DH,#0FFH MOV 3EH,#0FFH MOV 2EH,#0FFH ;置各电机正转 ,手放松状态 MOV 58H,#02H ;电机默认中速 MOV 4AH,#08H ;低速对应的定时值 MOV 4BH,#1FH MOV 4CH,#14H ;中速对应的定时值 MOV 4DH,#0FH MOV 4EH,#19H ;高速对应的定时值 MOV 4FH,#07H MOV 5AH,#6FH ;电机输出初始化 MOV 5BH,#93H MOV R0 ,#08H MOV R1 ,#50H CL1: MOV R1,#00H ;各电机的脉冲数清 0 INC R1 DJNZ R0 ,CL1 MOV TMOD,#00H MOV TH0,#07H MOV TL0,#19H SETB EA SETB ET0 ;暂不开中断 MOV DPTR,#03FFH MOV A ,#89H ;8255初始化 MOVX DPTR,A ;输出一次脉冲 ,使电机一相通电 MOV DPTR,#01FFH MOV A ,5AH MOVX DPTR,A MOV A ,5BH MOV DPTR,#02FFH MOVX DPTR,A nts 20 NOP KS: MOV A, #00H ;检测程序运行状态 SUBB A, 30H JZ SHZH ;速度设置 MOV A, #01H SUBB A, 30H JZ SHD ;手动运行 MOV A, #02H SUBB A, 30H JZ JQ ;精确进给 MOV A, #03H SUBB A, 30H JZ ZD ;自动运行 MOV 30H,#01H ;其他值跳到手动运行 LJMP KS ;循环检测 SHZH: LCALL SHZHF ;调速度设置函数 LJMP KS SHD: LCALL SHDF ;调手