【基于51单片机的机械臂控制系统设计（附代码）9400字（论文）】

[在此处键入][在此处键入]20基于51单片机的机械臂控制系统设计摘要机械臂是一种机械驱动器，可以手动替换特定空间中的往复运动。本文研究机械臂的结构并分析机械臂的运动特性。结合现场应用的实际需求，开发了一种满足柔性生产需求的控制系统，最后对机械臂稳定性控制算法进行了理论验证。本文利用单片机、Arduino和机械臂的知识，开发了基于单片机的机械手，并详细介绍了其控制系统的软硬件设计。机械臂可以模仿人类上肢进行简单的动作，这就是为什么它对实验训练演示平台、生产或生活都非常重要的原因。关键词：机械臂硬件软件目录TOC\o"1-3"\h\u绪论 结论本文将研究对象视为四级自由度的混合算子，具体工作如下：（1）根据特殊的操作机构，分析其力学性能，通过正、反运动学解进行齐次变换，建立操作机构运动学模型，确定每个操作机构运动轴的空间坐标位置，并通过建立坐标测量了理论的正确性价值观一阶和二阶导数为速度和加速度提供正向和反向运动学解决方案。考虑到机械手的唯一性，使用矩阵结合机械手的机械约束进行分析，采用数字方法计算了机械手理论工作空间的具体参数和比值。（2）根据四包围结构并联机器人的特点，分别采用采用空间坐标系和空间几何的方法，建立运动学模型。在此基础上，通过软件编程控制验证了机械手模型的正确性。得到了加速度位置的正解和负解。通过软件模拟了机械臂的运行空间，并用雅可比矩阵法分析了机械臂的运动奇异性。参考文献[1]翟红艺，司夏岩．单片机原理与应用[M]．北京：北京邮电大学出版社，2019.[2]李萍,祁鲲,李萱.单片机课程实践教学模式改革探讨[J].中国现代教育装备,2020(07):63-65+68.[3]李懿,秦鹏,杨会丰.悬挂式协作机器人设计与分析[J].重庆理工大学学报(自然科学),2020,34(04):130-135.[4]巢惠世,梁宏斌,蔡土淇.基于Linux的机械臂实时控制系统研究[J].信息技术与网络安全,2020,39(04):81-85.[5]蔡东伟,田金柱,秦方玮,陈赋秋.新型智能铺路机路径规划及控制系统设计[J].中国设备工程,2020(07):31-33.[6]荆泓玮,朱延河,赵思恺,张清华,赵杰.外肢体机器人研究现状及发展趋势[J].机械工程学报,2020,56(07):1-9.[7]方五益,郭晛,黎亮,章定国.柔性铰柔性杆机器人动力学建模、仿真和控制[J].力学学报:1-9[2020-05-19].[8]张玉玲,谷勇霞,赵杰亮,阎绍泽.机械臂臂杆刚度主动控制下的末端振动特性研究[J].力学学报:1-14[2020-05-19].[9]牛晋栋.基于单片机的货物抓取机械手设计[J].工程技术研究,2019(07):190-191.[10]郭俊卿.基于单片机的4R机械手运动轨迹规划及运动控制[D].沈阳工业大学,2019：2-9.[11]YunAlchan,LeeWoosub,KimSoonkyum,KimJongHo,YoonHyungseok.DevelopmentofaRobotArmLinkSystemEmbeddedwithaThree-AxisSensorwithaSimpleStructureCapableofExcellentExternalCollisionDetection[J].Sensors,2022,22(3).[12]KojimaAkimichi,TranDinhTuan,LeeJooHo.InvestigationoftheMountingPositionofaWearableRobotArm[J].Robotics,2022,11(1).[13]AnalyzetheReliabilityofCapacityMicro-accelerometer.HuHongge,ZhaoQiang,HuangDagui.ICEMI.2018(9):3-6.

附录主程序：#include<Servo.h>#include<SoftwareSerial.h>SoftwareSerialmySerial(12,13);//可以接蓝牙，型号为hc06bluetoothrx/txconstintSERVOS=4,MAXSPEED=10;//定义舵机数量和最大速度。舵机分别接数字输入输出口pin11/10/9/5base/left/right/gripperintPIN[SERVOS],value[SERVOS],currentAngle[SERVOS],MIN[SERVOS],MAX[SERVOS],INITANGLE[SERVOS];Servomyservo[SERVOS];intaOrg[]={90,90,90};//舵机初始位置为90度，针对base/left/right这三个舵机intdemoActions[9][4]={{90,55,165,30},//启动时按右键开启演示模式{45,145,90,0},{90,55,165,0},{135,145,90,30},{90,55,165,30},{135,145,90,0},{90,55,165,0},{45,145,90,30},{90,55,165,30}};intDELAYTIME=200;intservo_moving[SERVOS]={0,0,0,0};booleanstringComplete=false;intbt_servo=0;intbt_move=0;intidle[]={0,0,0,0};booleanlearningMode=false,autoPlayMode=false,autoDemoMode=false;booleanclawClosed=false,bootbuttonPressed=false;intconstmaxAutoActions=100;intautoAction[maxAutoActions][SERVOS];//最多记忆20个动作intactionIndex=0;//运动时的总步数intbuttonPreState=0;intbuttonL=2,buttonR=4;intthreshL=300,threshR=700;intclawOpenangle=10,clawCloseangle=102;intdemospeed=1;//速度voidsetup(){Serial.begin(9600);//RX/TX=D0/D1pinMode(2,INPUT_PULLUP);//摇杆按钮1pinMode(4,INPUT_PULLUP);//摇杆按钮2pinMode(3,OUTPUT);digitalWrite(3,HIGH);Serial.print(digitalRead(buttonL));//串口用来测试时显示Serial.print(",");Serial.println(digitalRead(buttonR));mySerial.begin(38400);//RX/TX=D12/D13蓝牙用init_Pins();cutcut();//长按左键进入录制模式if(!digitalRead(buttonL)){learningMode=true;buttonPreState=1;delay(1000);digitalWrite(3,LOW);Serial.println("learningMode!!");}//长按右键进入演示模式if(!digitalRead(buttonR)){autoDemoMode=true;buttonPreState=1;auto_mode();}}voidloop(){move_bt();//根据蓝牙指令移动move_joy();//根据摇杆盾板移动move_mem();//根据录制的操作移动}voidinit_Pins(){PIN[0]=11;//连接舵机的针脚MIN[0]=10;//舵机的最小角度MAX[0]=179;//舵机的最大角度INITANGLE[0]=90;//舵机的初始角度PIN[1]=10;MIN[1]=10;MAX[1]=140;INITANGLE[1]=90;PIN[2]=9;MIN[2]=40;MAX[2]=170;INITANGLE[2]=90;PIN[3]=5;MIN[3]=10;MAX[3]=102;INITANGLE[3]=60;//设置舵机的初始角度initMotors();//重置自动操作for(inti=0;i<maxAutoActions;i++){for(intj=0;j<SERVOS;j++){autoAction[i][j]=0;}}for(inti=0;i<SERVOS-1;i++){autoAction[0][i]=aOrg[i];}autoAction[0][SERVOS-1]=clawOpenangle;}voidmove_bt(){checkSoftSerial();//蓝牙移动，每个角度为变量ifor(inti=0;i<SERVOS;i++){currentAngle[i]=myservo[i].read();//获取现有的舵机角度if(servo_moving[i]!=0){currentAngle[i]+=servo_moving[i];currentAngle[i]=currentAngle[i]>MAX[i]?--currentAngle[i]:currentAngle[i];currentAngle[i]=currentAngle[i]<MIN[i]?++currentAngle[i]:currentAngle[i];myservo[i].write(currentAngle[i]);delay(20);}}}voidcheckSoftSerial(){Stringstr="";if(mySerial.available()){for(inti=0;i<2;i++){str+=(ch