课 程 设 计
设计题目： 三度微型直角坐标工业机器模型设计
系 控系 班级 测
学生姓名 学号
指导教师 职称 讲师
起止日期：2012年 1 月 2 日起—— 2012 年 1 月13 日止
沈阳工程学院
课程设计务书
课程设计题目：三度直角坐标工业机器设计
系 动控制工程系 班 级
学生姓名 学 号
指导教师 职 称 讲师
课程设计进行点： F430
务 达 时 间： 2011年 12月31日
起止日期：2012 年 1 月2日起—— 2012 年 1 月13日止
教研室 年 月 日批准
三度直角坐标工业机器设计
1 设计容求
11 设计目：
1解工业机器技术基知识单片机机械设计传感器等相关技术
2初步掌握工业机器运动学原理传动机构驱动系统控制系统应工业机器设计中
3通学掌握工业机器驱动机构控制技术机器独立执行定务
12 基求
1求设计微型三度直角坐标工业机器
2求设计机器机械机构（示意图）传动机构控制系统必需外部传感器种类数量布局
3控制系统硬件设计电路
13 发挥部分
发挥
2 设计程文基求：
21 设计程基求
（1）基部分必须完成发挥部分选
（2）符合设计求报告份中包括总体设计框图电路原理图份
（3）设计程资料保留设计报告起交报告电子档需全班统存盘交
22 课程设计文基求
（1）参毕业设计文规范印包括附录中图纸项目齐全许涂改少3000字图纸A4插图允许复印
（2）装订序：封面务书成绩评审意见表中文摘关键词目录正文（设计题目设计务设计思路设计框图部分电路相应详细功分析重参数计算工作程分析元器件清单器件介绍）结参考文献附录（总体设计框图电路原理图）
3 时间进度安排
序
阶段日期
计 划 完 成 容
备注
1
201212
讲解设计容布置务
分
2
201213
检查框图初步原理图完成情况讲解纠正错误
分
3
201214
检查机械结构设计指出错误纠正
分
4
201215
继续机械机构传动机构设计
分
5
201216
进行控制系统设计
分
6
201219
检查控制系统原理图设计草图
分
7
2012110
完善确定控制系统
分
8
2012111
指导学生进行驱动机构选择
分
9
2012112
进行传感器选择软件流程设计
分
10
2012113
检查务完成情况答辩
分
2011
XX 学 院
工业机器 课程设计成绩评定表
系（部）： 班级： 学生姓名：
指 导 教 师 评 审 意 见
评价
容
具 体 求
权重
评 分
加权分
调研
证
独立查阅文献收集资料制定课程设计方案日程安排
01
5
4
3
2
工作力
态度
工作态度认真遵守纪律出勤情况否良够独立完成设计工作
02
5
4
3
2
工作量
期圆满完成规定设计务工作量饱满难度适宜
02
5
4
3
2
说明书质量
说明书立正确述充分结严谨合理文字通技术语准确符号统编号齐全图表完备书写工整规范
05
5
4
3
2
指导教师评审成绩
（加权分合计12）
分
加权分合计
指 导 教 师 签 名：
年 月 日
评 阅 教 师 评 审 意 见
评价
容
具 体 求
权重
评 分
加权分
查阅
文献
查阅文献定广泛性综合纳资料力
02
5
4
3
2
工作量
工作量饱满难度适中
05
5
4
3
2
说明书质量
说明书立正确述充分结严谨合理文字通技术语准确符号统编号齐全图表完备书写工整规范
03
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
（加权分合计8）
分
加权分合计
评 阅 教 师 签 名：
年 月 日
课 程 设 计 总 评 成 绩
分
中 文 摘
直角坐标机器具空间相互垂直两根三根直线移动轴通直角坐标方3独立度确定手部空间位置动作空间长方体直角坐标机器结构简单定位精度高空间轨迹易求解动作范围相较设备空间数较低实现相动作空间求时机体身体积较
型直角坐标机器称桁架机器龙门式机器够实现动控制重复编程度运动度建成空间直角关系途操作机工作行方式通完成着XYZ轴线性运动年着工业机器断发展工业机器断工业领域广泛应尤结构简单直角坐标机器次设计三度直角坐标机器进行设计完成概设计设计中采种光电传感器采C8051F系列单片机作次设计控芯片种算法实现款芯片实现着直角坐标机器应越越广泛直角坐标机器设计工作日益显重成功设计台直角坐标机器涉方面工作包括机械结构动力驱动伺服控制等等
关键词：三度 直角坐标 机器 单片机 硬件 软件
目 录
中 文 摘 V
目 录 VI
1设计务描述 1
2 设计思路 2
21系统总体结构设计 2
22系统环节设计 2
3 设计方框图 3
4 直角坐标机器硬件设计 4
41单片机系统电路设计 错误未定义书签
42单片机稳压电源设计 错误未定义书签
43直流电机驱动设计 错误未定义书签
44步进电机驱动设计 6
45机械结构部分 7
46传感器选择 8
5直角坐标机器控制设计 10
51 示教现功 10
52运动控制功 10
6 元器件介绍 11
7 结 12
8 致谢 13
9参考文献 14
附录 15
1设计务描述
11 设计题目：三度直角坐标工业机器设计
12 设计求
121 设计目：
1）解工业机器技术基知识单片机机械设计传感器等相关技术
2）初步掌握工业机器运动学原理传动机构驱动系统控制系统应工业机器设计中
3）通学掌握工业机器驱动机构控制技术机器独立执行定务
122 基求：
1）求设计微型三度直角坐标工业机器
2）求设计机器机械机构（示意图）传动机构控制系统必需外部传感器种类数量布局
3）控制系统硬件设计电路
123发挥部分：
发挥
2 设计思路
21系统总体结构设计
次设计题目三度直角坐标机器直角坐标机器具空间相互垂直两根三根直线移动轴通直角坐标方3独立度确定手部空间位置动作空间长方体直角坐标机器结构简单定位精度高空间轨迹易求解动作范围相较设备空间数较低实现相动作空间求时机体身体积较
22系统环节设计
直角坐标机器水轴(X轴Y轴)垂直轴Z轴驱动电机组成
外完整机器系统需控制系统手抓面分予介绍
直线运动轴
直线运动单元独立运动轴支撑载体铝型材钢型材安装型材部直线导轨运动滑块作带动滑块做高速运动步带组成
运动轴驱动系统
直角坐标机器传动通驱动电机转动带动步带运动步带带动直线导轨滑块运动驱动轴高转速低60Ormin时通常选步进电机否选交流伺服电机
直角坐标机器控制系统
机器定时间完成特定务完成抓取加速运动高速运动减速运动释放工件等时相关设备通通讯IO口实现时序协调步外涂胶应运动轴完成直线圆弧插补运动数控系统具体应求选定控制轴数IO口数量软件功通常选数控系统PLC工控机加运动控制卡带轴卡功IO口驱动电机做控制系统
直角坐标机器末端操作器—手爪系统
根具体应情况手爪系统气动吸盘气动夹取手爪电动夹取手爪电磁吸取手爪焊枪胶枪专工具检测仪器等场合次抓取工件
3 设计方框图
接觉传感器
转速传感器
传感器信号调理电路
AD转换器
计算机
机
交
互
系
统
机器控制器
PID控制算法
距离控制算法
电动马达
图3—1程序方框图
4 直角坐标机器硬件设计
41单片机系统电路设计
系统指保证系统正常工作基电路软件部分单片机系统电路包括外部晶振电路电源电路复位电路图43示
（a） 外部晶振电路 (b) 电源电路
（c）外部复位电路
图41 单片机系统电路
时钟基脉CPU工作基础C8051F020单片机系统时钟信号时钟振荡电路专时序脉信号提供C8051F020部集成完整振荡电路XTAL1XTAL2分振荡器输出输入XTAL1XTAL2引脚接入石英陶瓷振荡器图41（a）示图中电阻R2避免外接晶体振荡器驱动电容C提高振荡器稳定性
单片机提供电源单片机正常工作基操作电源通电容单片机联相连避免出现耦合单片机造成损伤
外部复位电路通外部引脚提供外部电路强制MCU进入复位状态手段引脚加低电效信号导致进入复位状态提供外部拉引脚耦防止噪声引起复位图41（c）示低效信号撤出MCU保持复位状态少12时钟周期外部复位状态推出PINRSF标志（RSTSRCO）置位
42单片机稳压电源电路设计
单片机提供稳定33伏电源设计直流稳压电路变压器整流电路滤波电路三端稳压器件组成保证单片机提供稳定直流电源集成稳压器具输出电流输出电压高体积性高等优点电子电路中应广泛 分类： 外部结构：三端端输出电压调输出电压固定输出正电压输出负电压三端固定输出集成稳压器固定输出标准电压值稳压电源中然通外接电路元件构成种形式调稳压电源稳压性指标降低集成三端调稳压器性指标优良设计LM7805优点7805 系列 3 端正稳压电路TO220 封装提供种固定输出电压应范围广含流热载保护电路带散热片时输出电流达 1A然固定稳压电路外接元件获电压电流电路图：
图
42直流稳压电源电路
该电路市电380伏通变压器转化220伏电压通桥式电路进行整流交流转化直流中电容C1滤波作滤纹波干扰C2作防止激振荡C3作减高频干扰1117LM7805作基相5伏电压33伏
43直流电机驱动电路设计
次设计直流电机模拟风机进行散热驱动三极输出输入直流电旋转电机称直流电机实现直流电机械互相转换电机作电动机运行时直流电动机电转换机械作发电机运行时直流发电机机械转换电P口高电时电机转动低电时电机停止电路图连接：
图43直流电机驱动电路图
44步进电机驱动电路设计
步进电机电脉信号转变角位移线位移开环控制元件非超载情况电机转速停止位置取决脉信号频率脉数受负载变化影响电机加脉信号电机转步距角线关系存加步进电机周期误差累积误差等特点速度位置等控制领域步进电机控制变非常简单电路图：
图44步进电机驱动电路
步进电机四相电机通控制P10P11P12P13高低电控制电机正反装中二极保护作电机通电时电流逐渐增电机断电时电流正逐渐减果逐渐减电流时流走器件造成损坏接二极保护单片机免受损坏
45机械机构设计
工业机器机械结构系统基座手臂末端操作器三件组成件干度构成度机械结构
基座具备行走机构构成行走机器基座具备行走腰转机构构成单机器臂（Single Robot Arm）手臂般臂臂手腕组成末端操作器直接装手腕重部件二手指手指手抓喷漆枪焊具等作业工具
工业机器坐标形式种样坐标形式分话：直角坐标型圆柱坐标型球坐标型关节坐标型面关节型
次设计中设计机器三坐标直角坐标机器种机器三线性关节组成三关节确定末端操作器位置通常带附加旋转关节确定末端操作器姿态种机器想xyz轴运动时独立运动方程独立处理方程式线性容易通计算机控制实现两端支撑定结构长度刚性精度位置分辨率工作场合变化容易达高精度图45工作空间示意图
图45
图机器具三度参考坐标系xyz度指机器具独立坐标轴运动数目理度越机器越灵活躲避障碍物改善动力性会提高
451 传动机构设计
传动机构指轴传递运动动力实现轴间相移动三度直角坐标机器中传动机构移型传动机构表中种传动方式
机械传动机构动力提供运动方式方速度加改变目加利国古代传动机构类型应广面介绍外动仪鼓风机等等机械传动机构产物国古代传动机构齿轮传动绳带传动链传动
452 驱动方式选择
机器运动起需关节运动度安置传动装置驱动系统驱动系统液压驱动气动驱动电动驱动者结合起应综合系统直接驱动者通步带链条轮系谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动次设计综合较电力驱动
分类：
电机工作原理分步进电机直流伺服电机刷电机等
控制水高低分分开环控制系统闭环控制系统
适范围：
适合中等负载特适合动作复杂运动轨迹严格类机器
考虑体积精度较三种驱动方式终选择电力驱动电力驱动体积容易组成闭环控制系统控制精度高方便算法稍微复杂克服实现起时选择电力驱动更
46传感器模块
传感器整机器准确循迹核心部件传感器采集外界信息机器身处环境进行识机器根轨迹运动传感器种类繁测距传感器视觉传感器接触觉等等类型传感器次设计运传感器检测路线检测障碍物测距
461物体检测运动控制
机器搬运物体检测设计中红外传感器红外光发送接收选型号ST168 车白色面行驶时装车红外发射发射红外线信号白色反射接收接收旦接收接收信号光敏三极导通较器输出低电机器监测物体时红外线信号黑色吸收光敏三极截止较器输出高电实现通红外线检测信号功检测信号送单片机IO口IO口检测信号高电时表明红外光物体吸收表明处存物体
否
动监测程序
否检测物体
左
右
夹走
探测物体
判断处理程序
图46 黑线检测流程图
电路原理图图461示
图461 检测原理图
5直角坐标机器控制设计
51 示教现功
示教现功指控制系统通坐示教盒手手进行示教动作序运动速度位置等信息定方法预先教工业机器工业机器记忆装置教操作程动记录存储器中需现操作时重放存储器中存储容需更改操作容时需重新示教遍
52运动控制功
运动控制功指工业机器末端操作器位置速度加速度等项目控制
次设计中采示教现控制方式机器进行控制控芯片熟悉C8051F020单片机款单片机配合外围电路集成实现电动机控制加软件编写配合光电编码器实现PID算法组成简单闭环系统
图51机交互模块
52控芯片
6 元器件介绍
C8051F020系列单片机高集成度混合信号系统级MCU芯片片集成通道ADC两电压较器五通十六位定时器UARTSPI总线接口部振荡器64通数字IO引脚64KBFLASH程序寄存器8051兼容高速微控制器核
C8051F020特点：
1模拟外设
( 1 )逐次逼型ADC
●12位分辨率8位分辨率
●编程转换速率100kps
●达32外部输入引脚配置ADC输入
( 2 )两模拟较器
●16编程回差电压值
●产生中断复位
( 3 )VDD监视器降压检测器
2片JTAG调试
●片调试电路提供提供全速非侵入式系统调试
●支持断点单步观察点堆栈监视器支持观察修改存储器寄存器
3高速8051微控制器核
●流水线指令结构
●70指令执行时间12系统时钟周期
●速度达25MIPS
●扩展中断处理系统
4存储器
●256B部数RAM
●1024B XRAM
●64KB系统编程FLASH存储器
5数字外设
●88位端口IO口线均耐压5V电压
●时硬件SPIUART串口
●5通16位计数器定时器
●专门狗定时器
6时钟源
●部编程振荡器：216MHz
●外部振荡器：晶体RCC外部时钟
7封装
●100脚TQFP
7 结
通次工业机器课程设计机器工作原理设计方法更掌握理解次时通次课程设计充分认识学门课程中存足处通次课程设计学时课学东西知道方面薄弱环节需方面功夫更重次实验熟练掌握程序调试知道果程序运进时候出现问题应该样找错误改正知道该利图书馆网络资源课程设计学帮助
两周工业机器设计茫然毫头绪开始体研究部件选择工业机器学更深步解设计程中想法增加学兴趣然设计时间紧迫设计程中学少东西知识学样查找资料程中学更东西觉课程设计更帮助时学应实际中更加注重元器件实际应中应该注意事项工作学基础
庆幸样次课设机会学尝试理实际结合学知识认识足知道光掌握理知识代表什必须实际结合更理解知道掌握更牢学生涯中会断完善更知识丰富充实生道路坚实基础
8 致谢
短暂课程设计结束组全体成员紧张充实努力终利完成设计务收获成功喜悦回顾周设计程开始毫头绪逐渐进入状态理实现起解决难题突破重重阻碍硬件接线图出时候欢呼起未成感充满心想课程设计魅力吧务越难完成程越复杂艰难成功刻喜悦成感越刻相前努力值天难事怕心次课程设计句古语更深理解
理实现程中遇困难学知识达想结果种方式搜集资料寻求学帮助家起探讨研究终成功完成次设计达够实现求功目
次机器设计重点理实际相结合单单书传感器机器介绍通次设计传感器机器学更进步加深理学理解时够较应知识设计方案明白理实际联系起重性时通学锻炼组员交流沟通相互学设计成果相信通次设计会更加努力更加积极学专业知识争取方面创出更优秀成绩
非常感谢耐心指导问少问题耐心解答厌烦讲解果没老师帮助鼓励利完成次课程设计发心感谢老师您遇问题时予指导谢谢您老师
9参考文献
[1]谢存喜机器技术应第版北京机械工业出版社2008年
[2]刘广瑞 机器创新制作第版西安西北工业学出版社2007年
[3]方建军智机器第版北京化学工业出版社2004年
[4]罗均等特种机器第版北京化学工业出版社2006年
[5]王志良竞赛机器制作技术第版北京机械工业出版社2007年
附录
沈yang 工 程 学 院
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课 程 设 计
设计题目： 三度微型直角坐标工业机器模型设计
系 控系 班级 测
学生姓名 学号
指导教师 职称 讲师
起止日期：2012年 1 月 2 日起—— 2012 年 1 月13 日止
沈阳工程学院
课程设计务书
课程设计题目：三度直角坐标工业机器设计
系 动控制工程系 班 级
学生姓名 学 号
指导教师 职 称 讲师
课程设计进行点： F430
务 达 时 间： 2011年 12月31日
起止日期：2012 年 1 月2日起—— 2012 年 1 月13日止
教研室 年 月 日批准
三度直角坐标工业机器设计
1 设计容求
11 设计目：
1解工业机器技术基知识单片机机械设计传感器等相关技术
2初步掌握工业机器运动学原理传动机构驱动系统控制系统应工业机器设计中
3通学掌握工业机器驱动机构控制技术机器独立执行定务
12 基求
1求设计微型三度直角坐标工业机器
2求设计机器机械机构（示意图）传动机构控制系统必需外部传感器种类数量布局
3控制系统硬件设计电路
13 发挥部分
发挥
2 设计程文基求：
21 设计程基求
（1）基部分必须完成发挥部分选
（2）符合设计求报告份中包括总体设计框图电路原理图份
（3）设计程资料保留设计报告起交报告电子档需全班统存盘交
22 课程设计文基求
（1）参毕业设计文规范印包括附录中图纸项目齐全许涂改少3000字图纸A4插图允许复印
（2）装订序：封面务书成绩评审意见表中文摘关键词目录正文（设计题目设计务设计思路设计框图部分电路相应详细功分析重参数计算工作程分析元器件清单器件介绍）结参考文献附录（总体设计框图电路原理图）
3 时间进度安排
序
阶段日期
计 划 完 成 容
备注
1
201212
讲解设计容布置务
分
2
201213
检查框图初步原理图完成情况讲解纠正错误
分
3
201214
检查机械结构设计指出错误纠正
分
4
201215
继续机械机构传动机构设计
分
5
201216
进行控制系统设计
分
6
201219
检查控制系统原理图设计草图
分
7
2012110
完善确定控制系统
分
8
2012111
指导学生进行驱动机构选择
分
9
2012112
进行传感器选择软件流程设计
分
10
2012113
检查务完成情况答辩
分
2011
XX 学 院
工业机器 课程设计成绩评定表
系（部）： 班级： 学生姓名：
指 导 教 师 评 审 意 见
评价
容
具 体 求
权重
评 分
加权分
调研
证
独立查阅文献收集资料制定课程设计方案日程安排
01
5
4
3
2
工作力
态度
工作态度认真遵守纪律出勤情况否良够独立完成设计工作
02
5
4
3
2
工作量
期圆满完成规定设计务工作量饱满难度适宜
02
5
4
3
2
说明书质量
说明书立正确述充分结严谨合理文字通技术语准确符号统编号齐全图表完备书写工整规范
05
5
4
3
2
指导教师评审成绩
（加权分合计12）
分
加权分合计
指 导 教 师 签 名：
年 月 日
评 阅 教 师 评 审 意 见
评价
容
具 体 求
权重
评 分
加权分
查阅
文献
查阅文献定广泛性综合纳资料力
02
5
4
3
2
工作量
工作量饱满难度适中
05
5
4
3
2
说明书质量
说明书立正确述充分结严谨合理文字通技术语准确符号统编号齐全图表完备书写工整规范
03
5
4
3
2
评阅教师评审成绩
（加权分合计8）
分
加权分合计
评 阅 教 师 签 名：
年 月 日
课 程 设 计 总 评 成 绩
分
中 文 摘
直角坐标机器具空间相互垂直两根三根直线移动轴通直角坐标方3独立度确定手部空间位置动作空间长方体直角坐标机器结构简单定位精度高空间轨迹易求解动作范围相较设备空间数较低实现相动作空间求时机体身体积较
型直角坐标机器称桁架机器龙门式机器够实现动控制重复编程度运动度建成空间直角关系途操作机工作行方式通完成着XYZ轴线性运动年着工业机器断发展工业机器断工业领域广泛应尤结构简单直角坐标机器次设计三度直角坐标机器进行设计完成概设计设计中采种光电传感器采C8051F系列单片机作次设计控芯片种算法实现款芯片实现着直角坐标机器应越越广泛直角坐标机器设计工作日益显重成功设计台直角坐标机器涉方面工作包括机械结构动力驱动伺服控制等等
关键词：三度 直角坐标 机器 单片机 硬件 软件
目 录
中 文 摘 V
目 录 VI
1设计务描述 1
2 设计思路 2
21系统总体结构设计 2
22系统环节设计 2
3 设计方框图 3
4 直角坐标机器硬件设计 4
41单片机系统电路设计 错误未定义书签
42单片机稳压电源设计 错误未定义书签
43直流电机驱动设计 错误未定义书签
44步进电机驱动设计 6
45机械结构部分 7
46传感器选择 8
5直角坐标机器控制设计 10
51 示教现功 10
52运动控制功 10
6 元器件介绍 11
7 结 12
8 致谢 13
9参考文献 14
附录 15
1设计务描述
11 设计题目：三度直角坐标工业机器设计
12 设计求
121 设计目：
1）解工业机器技术基知识单片机机械设计传感器等相关技术
2）初步掌握工业机器运动学原理传动机构驱动系统控制系统应工业机器设计中
3）通学掌握工业机器驱动机构控制技术机器独立执行定务
122 基求：
1）求设计微型三度直角坐标工业机器
2）求设计机器机械机构（示意图）传动机构控制系统必需外部传感器种类数量布局
3）控制系统硬件设计电路
123发挥部分：
发挥
2 设计思路
21系统总体结构设计
次设计题目三度直角坐标机器直角坐标机器具空间相互垂直两根三根直线移动轴通直角坐标方3独立度确定手部空间位置动作空间长方体直角坐标机器结构简单定位精度高空间轨迹易求解动作范围相较设备空间数较低实现相动作空间求时机体身体积较
22系统环节设计
直角坐标机器水轴(X轴Y轴)垂直轴Z轴驱动电机组成
外完整机器系统需控制系统手抓面分予介绍
直线运动轴
直线运动单元独立运动轴支撑载体铝型材钢型材安装型材部直线导轨运动滑块作带动滑块做高速运动步带组成
运动轴驱动系统
直角坐标机器传动通驱动电机转动带动步带运动步带带动直线导轨滑块运动驱动轴高转速低60Ormin时通常选步进电机否选交流伺服电机
直角坐标机器控制系统
机器定时间完成特定务完成抓取加速运动高速运动减速运动释放工件等时相关设备通通讯IO口实现时序协调步外涂胶应运动轴完成直线圆弧插补运动数控系统具体应求选定控制轴数IO口数量软件功通常选数控系统PLC工控机加运动控制卡带轴卡功IO口驱动电机做控制系统
直角坐标机器末端操作器—手爪系统
根具体应情况手爪系统气动吸盘气动夹取手爪电动夹取手爪电磁吸取手爪焊枪胶枪专工具检测仪器等场合次抓取工件
3 设计方框图
接觉传感器
转速传感器
传感器信号调理电路
AD转换器
计算机
机
交
互
系
统
机器控制器
PID控制算法
距离控制算法
电动马达
图3—1程序方框图
4 直角坐标机器硬件设计
41单片机系统电路设计
系统指保证系统正常工作基电路软件部分单片机系统电路包括外部晶振电路电源电路复位电路图43示
（a） 外部晶振电路 (b) 电源电路
（c）外部复位电路
图41 单片机系统电路
时钟基脉CPU工作基础C8051F020单片机系统时钟信号时钟振荡电路专时序脉信号提供C8051F020部集成完整振荡电路XTAL1XTAL2分振荡器输出输入XTAL1XTAL2引脚接入石英陶瓷振荡器图41（a）示图中电阻R2避免外接晶体振荡器驱动电容C提高振荡器稳定性
单片机提供电源单片机正常工作基操作电源通电容单片机联相连避免出现耦合单片机造成损伤
外部复位电路通外部引脚提供外部电路强制MCU进入复位状态手段引脚加低电效信号导致进入复位状态提供外部拉引脚耦防止噪声引起复位图41（c）示低效信号撤出MCU保持复位状态少12时钟周期外部复位状态推出PINRSF标志（RSTSRCO）置位
42单片机稳压电源电路设计
单片机提供稳定33伏电源设计直流稳压电路变压器整流电路滤波电路三端稳压器件组成保证单片机提供稳定直流电源集成稳压器具输出电流输出电压高体积性高等优点电子电路中应广泛 分类： 外部结构：三端端输出电压调输出电压固定输出正电压输出负电压三端固定输出集成稳压器固定输出标准电压值稳压电源中然通外接电路元件构成种形式调稳压电源稳压性指标降低集成三端调稳压器性指标优良设计LM7805优点7805 系列 3 端正稳压电路TO220 封装提供种固定输出电压应范围广含流热载保护电路带散热片时输出电流达 1A然固定稳压电路外接元件获电压电流电路图：
图
42直流稳压电源电路
该电路市电380伏通变压器转化220伏电压通桥式电路进行整流交流转化直流中电容C1滤波作滤纹波干扰C2作防止激振荡C3作减高频干扰1117LM7805作基相5伏电压33伏
43直流电机驱动电路设计
次设计直流电机模拟风机进行散热驱动三极输出输入直流电旋转电机称直流电机实现直流电机械互相转换电机作电动机运行时直流电动机电转换机械作发电机运行时直流发电机机械转换电P口高电时电机转动低电时电机停止电路图连接：
图43直流电机驱动电路图
44步进电机驱动电路设计
步进电机电脉信号转变角位移线位移开环控制元件非超载情况电机转速停止位置取决脉信号频率脉数受负载变化影响电机加脉信号电机转步距角线关系存加步进电机周期误差累积误差等特点速度位置等控制领域步进电机控制变非常简单电路图：
图44步进电机驱动电路
步进电机四相电机通控制P10P11P12P13高低电控制电机正反装中二极保护作电机通电时电流逐渐增电机断电时电流正逐渐减果逐渐减电流时流走器件造成损坏接二极保护单片机免受损坏
45机械机构设计
工业机器机械结构系统基座手臂末端操作器三件组成件干度构成度机械结构
基座具备行走机构构成行走机器基座具备行走腰转机构构成单机器臂（Single Robot Arm）手臂般臂臂手腕组成末端操作器直接装手腕重部件二手指手指手抓喷漆枪焊具等作业工具
工业机器坐标形式种样坐标形式分话：直角坐标型圆柱坐标型球坐标型关节坐标型面关节型
次设计中设计机器三坐标直角坐标机器种机器三线性关节组成三关节确定末端操作器位置通常带附加旋转关节确定末端操作器姿态种机器想xyz轴运动时独立运动方程独立处理方程式线性容易通计算机控制实现两端支撑定结构长度刚性精度位置分辨率工作场合变化容易达高精度图45工作空间示意图
图45
图机器具三度参考坐标系xyz度指机器具独立坐标轴运动数目理度越机器越灵活躲避障碍物改善动力性会提高
451 传动机构设计
传动机构指轴传递运动动力实现轴间相移动三度直角坐标机器中传动机构移型传动机构表中种传动方式
机械传动机构动力提供运动方式方速度加改变目加利国古代传动机构类型应广面介绍外动仪鼓风机等等机械传动机构产物国古代传动机构齿轮传动绳带传动链传动
452 驱动方式选择
机器运动起需关节运动度安置传动装置驱动系统驱动系统液压驱动气动驱动电动驱动者结合起应综合系统直接驱动者通步带链条轮系谐波齿轮等机械传动机构进行间接驱动次设计综合较电力驱动
分类：
电机工作原理分步进电机直流伺服电机刷电机等
控制水高低分分开环控制系统闭环控制系统
适范围：
适合中等负载特适合动作复杂运动轨迹严格类机器
考虑体积精度较三种驱动方式终选择电力驱动电力驱动体积容易组成闭环控制系统控制精度高方便算法稍微复杂克服实现起时选择电力驱动更
46传感器模块
传感器整机器准确循迹核心部件传感器采集外界信息机器身处环境进行识机器根轨迹运动传感器种类繁测距传感器视觉传感器接触觉等等类型传感器次设计运传感器检测路线检测障碍物测距
461物体检测运动控制
机器搬运物体检测设计中红外传感器红外光发送接收选型号ST168 车白色面行驶时装车红外发射发射红外线信号白色反射接收接收旦接收接收信号光敏三极导通较器输出低电机器监测物体时红外线信号黑色吸收光敏三极截止较器输出高电实现通红外线检测信号功检测信号送单片机IO口IO口检测信号高电时表明红外光物体吸收表明处存物体
否
动监测程序
否检测物体
左
右
夹走
探测物体
判断处理程序
图46 黑线检测流程图
电路原理图图461示
图461 检测原理图
5直角坐标机器控制设计
51 示教现功
示教现功指控制系统通坐示教盒手手进行示教动作序运动速度位置等信息定方法预先教工业机器工业机器记忆装置教操作程动记录存储器中需现操作时重放存储器中存储容需更改操作容时需重新示教遍
52运动控制功
运动控制功指工业机器末端操作器位置速度加速度等项目控制
次设计中采示教现控制方式机器进行控制控芯片熟悉C8051F020单片机款单片机配合外围电路集成实现电动机控制加软件编写配合光电编码器实现PID算法组成简单闭环系统
图51机交互模块
52控芯片
6 元器件介绍
C8051F020系列单片机高集成度混合信号系统级MCU芯片片集成通道ADC两电压较器五通十六位定时器UARTSPI总线接口部振荡器64通数字IO引脚64KBFLASH程序寄存器8051兼容高速微控制器核
C8051F020特点：
1模拟外设
( 1 )逐次逼型ADC
●12位分辨率8位分辨率
●编程转换速率100kps
●达32外部输入引脚配置ADC输入
( 2 )两模拟较器
●16编程回差电压值
●产生中断复位
( 3 )VDD监视器降压检测器
2片JTAG调试
●片调试电路提供提供全速非侵入式系统调试
●支持断点单步观察点堆栈监视器支持观察修改存储器寄存器
3高速8051微控制器核
●流水线指令结构
●70指令执行时间12系统时钟周期
●速度达25MIPS
●扩展中断处理系统
4存储器
●256B部数RAM
●1024B XRAM
●64KB系统编程FLASH存储器
5数字外设
●88位端口IO口线均耐压5V电压
●时硬件SPIUART串口
●5通16位计数器定时器
●专门狗定时器
6时钟源
●部编程振荡器：216MHz
●外部振荡器：晶体RCC外部时钟
7封装
●100脚TQFP
7 结
通次工业机器课程设计机器工作原理设计方法更掌握理解次时通次课程设计充分认识学门课程中存足处通次课程设计学时课学东西知道方面薄弱环节需方面功夫更重次实验熟练掌握程序调试知道果程序运进时候出现问题应该样找错误改正知道该利图书馆网络资源课程设计学帮助
两周工业机器设计茫然毫头绪开始体研究部件选择工业机器学更深步解设计程中想法增加学兴趣然设计时间紧迫设计程中学少东西知识学样查找资料程中学更东西觉课程设计更帮助时学应实际中更加注重元器件实际应中应该注意事项工作学基础
庆幸样次课设机会学尝试理实际结合学知识认识足知道光掌握理知识代表什必须实际结合更理解知道掌握更牢学生涯中会断完善更知识丰富充实生道路坚实基础
8 致谢
短暂课程设计结束组全体成员紧张充实努力终利完成设计务收获成功喜悦回顾周设计程开始毫头绪逐渐进入状态理实现起解决难题突破重重阻碍硬件接线图出时候欢呼起未成感充满心想课程设计魅力吧务越难完成程越复杂艰难成功刻喜悦成感越刻相前努力值天难事怕心次课程设计句古语更深理解
理实现程中遇困难学知识达想结果种方式搜集资料寻求学帮助家起探讨研究终成功完成次设计达够实现求功目
次机器设计重点理实际相结合单单书传感器机器介绍通次设计传感器机器学更进步加深理学理解时够较应知识设计方案明白理实际联系起重性时通学锻炼组员交流沟通相互学设计成果相信通次设计会更加努力更加积极学专业知识争取方面创出更优秀成绩
非常感谢耐心指导问少问题耐心解答厌烦讲解果没老师帮助鼓励利完成次课程设计发心感谢老师您遇问题时予指导谢谢您老师
9参考文献
[1]谢存喜机器技术应第版北京机械工业出版社2008年
[2]刘广瑞 机器创新制作第版西安西北工业学出版社2007年
[3]方建军智机器第版北京化学工业出版社2004年
[4]罗均等特种机器第版北京化学工业出版社2006年
[5]王志良竞赛机器制作技术第版北京机械工业出版社2007年
附录
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