at89c51单片机的分布式控制系统.doc
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at89c51单片机的分布式控制系统,at89c51单片机的分布式控制系统毕业论文论文共计49页，24845字。摘要铝垛的搬运和堆垛是电解铝行业中常见的一种作业方式。传统的铝锭堆垛作业方式工序流程长，所需使用的设备多，且占用空间大，堆垛效率低。有必要研制出一种集多种功能于一身的机械手进行搬运与堆垛作业。本文建立了铝锭堆垛机械手的运动系统，对它进行了运动学分...
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AT89C51单片机的分布式控制系统毕业论文
论文共计49页，24845字。
摘 要
铝垛的搬运和堆垛是电解铝行业中常见的一种作业方式。传统的铝锭堆垛作业方式工序流程长，所需使用的设备多，且占用空间大，堆垛效率低。有必要研制出一种集多种功能于一身的机械手进行搬运与堆垛作业。
本文建立了铝锭堆垛机械手的运动系统，对它进行了运动学分析和仿真，建立了末端件的位移方程、速度方程、加速度方程和姿态方程。在铝锭堆垛机械手模型控制系统的硬件设计方面，采用主从混合多点串行通讯方式，设计了基于AT89C51单片机的分布式控制系统、机械手示教盒、机械手控制器和系统抗干扰设计。在软件设计方面采用了模块化编程方法，编制了PC机及示教盒与关节控制单片机之间的通讯程序、机械手手动操作程序、示教程序和软件抗干扰设计。
本人在此次设计中的专题为铝锭堆垛机械手模型控制系统的前向通道设计，即人机通道配置与接口设计及示教盒单片机系统资源扩展。
本文对于研制一种实用化、低成本、灵活性强、操作方便、具有一定自动化程度和占地面积小、作业范围大、堆垛效率高的铝锭堆垛机械手具有十分积极的意义。
【关键词】：堆垛,机械手,运动学分析,计算机仿真,控制系统。
目 录
摘要 ……………………………………………………………………………………………………
第一章 绪论 ……………………………………………………………………………………… 1
§1.1 铝锭的生产及应用综述 ……………………………………………………… 1
§1.2 工业机器人综述 ………………………………………………………………… 1
1.2.1 国外机器人进展、现状和发展趋势 ……………………………… 1
1.2.2 国内机器人进展、现状和趋势 ……………………………………… 2
§1.3 铝锭传统堆垛方法及设备综述 …………………………………………… 2
1.3.1 铝锭堆垛要求 ……………………………………………………………… 2
1.3.2 铝锭堆垛作业流水线介绍 …………………………………………… 3
§1.4 铝锭堆垛机械手工作站介绍 ……………………………………………… 3
1.4.1 使用铝锭堆垛机械手的生产流程简介 …………………………… 3
1.4.2 铝锭堆垛机械手的组成 ………………………………………………… 3
1.4.3 末端执行器 …………………………………………………………………… 3
§1.5 选题意义及研究重点 ………………………………………………………… 4
第二章 铝锭堆垛机械手运动学分析及其仿真 …………………………………… 5
§2.1 铝锭堆垛机械手运动学分析 ……………………………………………… 5
§2.2 铝锭堆垛机械手运动方程的建立 ……………………………………… 6
2.2.1 D-H方法概述 ………………………………………………………………… 6
2.2.2 极坐标变换及运动方程的建立 ……………………………………… 7
§2.3 速度方程和加速度方程的建立 …………………………………………… 8
2.3.1 雅可比矩阵 ………………………………………………………………… 8
2.3.2 速度方程的建立 …………………………………………………………… 9
2.3.3 加速度方程的建立 ……………………………………………………… 9
§2.4 铝锭堆垛机械手运动学仿真 ……………………………………………… 10
2.4.1 概述 …………………………………………………………………………… 10
2.4.2 铝锭堆垛机械手系统的模型 ………………………………………… 10
2.4.3 机械手轨迹规划 …………………………………………………………… 10
2.4.4 仿真程序设计 ……………………………………………………………… 11
第三章 铝锭堆垛机械手模型控制系统的硬件设计 …………………………… 13
§3.1 控制系统的总体设计 ………………………………………………………… 13
3.1.1 堆垛机械手的堆垛作业流程 ………………………………………… 13
3.1.2 控制系统的组成和工作原理 ………………………………………… 13
3.1.3 单片机的选择 ……………………………………………………………… 13
3.1.4 系统监控电路 ……………………………………………………………… 15
3.1.5 晶振电路 ……………………………………………………………………… 16
§3.2 控制系统通讯电路设计 ……………………………………………………… 16
§3.3 前向通道设计（专题部分） ………………………………………………… 17
3.3.1 人机通道配置与接口设计………………………………………………… 17
3.3.2 示教盒单片机系统资源扩展 ………………………………………… 19
§3.4 后向通道设计 …………………………………………………………………… 28
3.4.1 驱动电路设计 ……………………………………………………………… 28
3.4.2 关节控制单片机系统资源扩展 ……………………………………… 30
§3.5 系统抗干扰设计 ………………………………………………………………… 31
3.5.1 概述 …………………………………………………………………………… 31
3.5.2 供电系统抗干扰设计 …………………………………………………… 31
3.5.3 过程通道抗干扰设计 …………………………………………………… 32
3.5.4 接地技术 ……………………………………………………………………… 33
第四章 模型控制系统的软件设计 ……………………………………………………… 34
§4.1 应用软件的设计特点 ………………………………………………………… 34
§4.2 软件设计 ………………………………………………………………………… 34
4.2.1通讯程序设计 ………………………………………………………………… 35
4.2.2手动控制程序设计 ………………………………………………………… 39
4.2.3示教控制程序设计 ………………………………………………………… 42
4.2.4软件抗干扰设计 …………………………………………………………… 44
结论 …………………………………………………………………………………………………… 45
参考文献 ……………………………………………………
部分参考文献
[1] 李兰友 王勇才 傅景义 《单片机开发应用十例》 电子工业出版社
[2] 余永权 《ATMEL89系列单片机应用技术》 北京航空航天大学出版社 2002
[3] 李伯成 侯伯亨 张毅坤 《微型计算机原理及应用》 西安电子科技大学出版社
[4] 丁元杰 《单片微机原理及应用》 机械工业出版社
[5] 吴金戌 沈庆阳 郭庭吉 《8051单片机实践与应用》 清华大学出版社
[6] 陈光东 《单片微型计算机原理与接口技术》 华中理工大学出版社
论文共计49页，24845字。
摘 要
铝垛的搬运和堆垛是电解铝行业中常见的一种作业方式。传统的铝锭堆垛作业方式工序流程长，所需使用的设备多，且占用空间大，堆垛效率低。有必要研制出一种集多种功能于一身的机械手进行搬运与堆垛作业。
本文建立了铝锭堆垛机械手的运动系统，对它进行了运动学分析和仿真，建立了末端件的位移方程、速度方程、加速度方程和姿态方程。在铝锭堆垛机械手模型控制系统的硬件设计方面，采用主从混合多点串行通讯方式，设计了基于AT89C51单片机的分布式控制系统、机械手示教盒、机械手控制器和系统抗干扰设计。在软件设计方面采用了模块化编程方法，编制了PC机及示教盒与关节控制单片机之间的通讯程序、机械手手动操作程序、示教程序和软件抗干扰设计。
本人在此次设计中的专题为铝锭堆垛机械手模型控制系统的前向通道设计，即人机通道配置与接口设计及示教盒单片机系统资源扩展。
本文对于研制一种实用化、低成本、灵活性强、操作方便、具有一定自动化程度和占地面积小、作业范围大、堆垛效率高的铝锭堆垛机械手具有十分积极的意义。
【关键词】：堆垛,机械手,运动学分析,计算机仿真,控制系统。
目 录
摘要 ……………………………………………………………………………………………………
第一章 绪论 ……………………………………………………………………………………… 1
§1.1 铝锭的生产及应用综述 ……………………………………………………… 1
§1.2 工业机器人综述 ………………………………………………………………… 1
1.2.1 国外机器人进展、现状和发展趋势 ……………………………… 1
1.2.2 国内机器人进展、现状和趋势 ……………………………………… 2
§1.3 铝锭传统堆垛方法及设备综述 …………………………………………… 2
1.3.1 铝锭堆垛要求 ……………………………………………………………… 2
1.3.2 铝锭堆垛作业流水线介绍 …………………………………………… 3
§1.4 铝锭堆垛机械手工作站介绍 ……………………………………………… 3
1.4.1 使用铝锭堆垛机械手的生产流程简介 …………………………… 3
1.4.2 铝锭堆垛机械手的组成 ………………………………………………… 3
1.4.3 末端执行器 …………………………………………………………………… 3
§1.5 选题意义及研究重点 ………………………………………………………… 4
第二章 铝锭堆垛机械手运动学分析及其仿真 …………………………………… 5
§2.1 铝锭堆垛机械手运动学分析 ……………………………………………… 5
§2.2 铝锭堆垛机械手运动方程的建立 ……………………………………… 6
2.2.1 D-H方法概述 ………………………………………………………………… 6
2.2.2 极坐标变换及运动方程的建立 ……………………………………… 7
§2.3 速度方程和加速度方程的建立 …………………………………………… 8
2.3.1 雅可比矩阵 ………………………………………………………………… 8
2.3.2 速度方程的建立 …………………………………………………………… 9
2.3.3 加速度方程的建立 ……………………………………………………… 9
§2.4 铝锭堆垛机械手运动学仿真 ……………………………………………… 10
2.4.1 概述 …………………………………………………………………………… 10
2.4.2 铝锭堆垛机械手系统的模型 ………………………………………… 10
2.4.3 机械手轨迹规划 …………………………………………………………… 10
2.4.4 仿真程序设计 ……………………………………………………………… 11
第三章 铝锭堆垛机械手模型控制系统的硬件设计 …………………………… 13
§3.1 控制系统的总体设计 ………………………………………………………… 13
3.1.1 堆垛机械手的堆垛作业流程 ………………………………………… 13
3.1.2 控制系统的组成和工作原理 ………………………………………… 13
3.1.3 单片机的选择 ……………………………………………………………… 13
3.1.4 系统监控电路 ……………………………………………………………… 15
3.1.5 晶振电路 ……………………………………………………………………… 16
§3.2 控制系统通讯电路设计 ……………………………………………………… 16
§3.3 前向通道设计（专题部分） ………………………………………………… 17
3.3.1 人机通道配置与接口设计………………………………………………… 17
3.3.2 示教盒单片机系统资源扩展 ………………………………………… 19
§3.4 后向通道设计 …………………………………………………………………… 28
3.4.1 驱动电路设计 ……………………………………………………………… 28
3.4.2 关节控制单片机系统资源扩展 ……………………………………… 30
§3.5 系统抗干扰设计 ………………………………………………………………… 31
3.5.1 概述 …………………………………………………………………………… 31
3.5.2 供电系统抗干扰设计 …………………………………………………… 31
3.5.3 过程通道抗干扰设计 …………………………………………………… 32
3.5.4 接地技术 ……………………………………………………………………… 33
第四章 模型控制系统的软件设计 ……………………………………………………… 34
§4.1 应用软件的设计特点 ………………………………………………………… 34
§4.2 软件设计 ………………………………………………………………………… 34
4.2.1通讯程序设计 ………………………………………………………………… 35
4.2.2手动控制程序设计 ………………………………………………………… 39
4.2.3示教控制程序设计 ………………………………………………………… 42
4.2.4软件抗干扰设计 …………………………………………………………… 44
结论 …………………………………………………………………………………………………… 45
参考文献 ……………………………………………………
部分参考文献
[1] 李兰友 王勇才 傅景义 《单片机开发应用十例》 电子工业出版社
[2] 余永权 《ATMEL89系列单片机应用技术》 北京航空航天大学出版社 2002
[3] 李伯成 侯伯亨 张毅坤 《微型计算机原理及应用》 西安电子科技大学出版社
[4] 丁元杰 《单片微机原理及应用》 机械工业出版社
[5] 吴金戌 沈庆阳 郭庭吉 《8051单片机实践与应用》 清华大学出版社
[6] 陈光东 《单片微型计算机原理与接口技术》 华中理工大学出版社
