机械臂系统设计论文

2022-04-18

摘要：该文主要对四自由度机械臂控制系统进行了研究与设计，用于识别物体并抓取运输。以下是小编精心整理的《机械臂系统设计论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

机械臂系统设计论文篇1：

一种四自由度串联采摘机械臂系统设计

摘要：為提高番茄采摘效率，降低番茄生产成本，本文设计了一种四自由度串联采摘机械臂系统。在设计过程中，笔者首先确定关节型机械臂构型，分析机械臂各杆长和工作负载，完后各关节电机选型;然后设计控制系统以及无刷电机控制流程;最后搭建实物样机，控制各关节的电机将末端执行器送到成熟番茄的位置完成采摘任务。

关键词：番茄采摘;四自由度;串联机械臂;无刷电机

番茄可用于鲜食和深加工，在中国鲜食番茄产量占比高达90%[1]。其中，用于深加工的番茄采摘已经实现了机械化，而用于鲜食的番茄由于采摘难度大仍未实现机械化。目前，在中国参加鲜食番茄生产的劳动力主要是老人和妇女，工作效率较低。由于番茄采摘期较短，采摘作业效率不高，会导致部分番茄腐烂，影响番茄产量和质量。鲜食番茄采摘费时费力，其投入的劳动力占整个番茄生产环节劳动力投入的50%～70%[2]。随着社会的进步，人工采摘成本不断提高，而采摘成本则会在更大程度上影响鲜食番茄的市场价值。本文主要基于农业机器人技术，针对标准化温室番茄采摘自动化问题，设计一种四自由度串联采摘机械臂系统。

1 机械系统设计

关节型机械臂灵活性强，结构紧凑，工作范围大且占用空间小[3-5]，因此本文采用关节型机械臂。自由度数是机械臂的一个重要技术指标。自由度减少可简化机械系统和控制系统设计，但会降低机械臂灵活性;反之，将提高机械系统和控制系统的复杂性[6]。本文研究的番茄温室空间较为狭窄，故确定四自由度的串联机械臂结构，其结构如图1所示。

谐波减速器具有体积小、质量轻、传动比大和运动精度高等特点。同时，交流电机、步进电机和无刷电机目前被广泛应用于机器人设计制造。其中，交流电机扭矩大但需要交流电源，不适用于农业机器人;步进电机精度高，但不能对其进行力矩控制;无刷电机寿命长、噪声低、调速性能好。因此，本文设计的四自由度的串联机械臂的腰部关节电机、肩部关节电机、肘部关节电机均使用无刷电机加谐波减速器驱动。舵机具有体积小、扭矩大、易于控制的特点，广泛应用于机器人控制。因此，本文设计的四自由度的串联机械臂的腕部关节和末端执行器电机使用舵机驱动。

机械臂的受力分析图如图2所示。

根据实际温室番茄生长空间，设计机械臂大臂杆长[a2]=32cm，小臂杆长[a3]=39cm，机械臂末端点到腕部距离[a4]=13cm。末端执行器上安装3个中等尺寸的舵机，舵机质量在55～65g，选取最大值65g作为设计质量，预估末端执行器上其他部件质量150g，番茄单果质量在100～170g[7]，取单果质量为170g，则

（1）

则腕部关节所受扭矩为

（2）

根据腕部关节所受扭矩选取LOBOT生产的LD-220MG数字舵机。

舵机[m2]的质量为65g，估计小臂臂杆[m3]的质量为200g，则肘部关节所受扭矩为

（3）

根据肘部关节所受力矩，选用北京时代超群42BL80S09-230无刷电机和日本东方ASM46AA2-H50谐波减速器。

无刷电机和谐波减速器[m4]的质量为820g，估计小臂臂杆[m5]的质量为200g，则肩部关节所受扭矩为

（4）

根据肩部关节所受力矩，选用无刷电机北京时代超群60BL100S15-230无刷电机和东方ASM66MC-H100谐波减速器。腰部关节承受的转矩主要和机械臂的转动惯量和沿腰部转动的角加速度大小有关，该关节电机选用与肘部关节同型号的无刷电机和谐波减速器。

2 运动控制系统设计

机械臂腰部关节、肩部关节和肘部关节均由无刷电机驱动，腕部关节和末端执行器上的3个电机均由舵机驱动。根据机械系统特性与采摘要求，设计的运动控制模块整体框架如图3所示。该模块主要包括主控制器、电机控制器和传感器。其中，主控制器通过指令完成对电机运动的控制;各电机控制器的驱动程序以及视觉伺服控制的控制程序均在STM32单片机中运行。

STM32单片机作为主控制器，其串口3通过一个TTL to485模块将电平转换至485电平，进而作为485总线上的主机控制3个无刷电机控制器，驱动3个无刷电机。STM32单片机通过串口2与16路舵机控制器通信，进而控制手爪及腕部的4个舵机运动。另外，用于机械臂复位的3个红外光电开关以及手爪上的1个红外光电开关与主控制器的IO口直接相连。

控制机械臂完成采摘动作的关键在于无刷电机的控制，由此，设计单个无刷电机转速控制的程序流程，如图4所示。首先创建一个一维数组存放一帧数据。为避免电机因速度过大而发生意外，控制电机速度在-700～700Hz/s。其次，根据所控无刷电机控制器地址、电机速度配置数组前六位，通过CRC校验函数返回值配置数组后两位。再次，将配置好信息的数组通过串口发送到485总线上。最后，等待接收控制命令，当接收到从机回传码时，程序运行结束。

3 样机及效果

根据温室大棚番茄采摘的实际需要，搭建的番茄采摘机械臂样机如图5所示。在设计过程中，首先确定关节型机械臂构型;其次，以STM32为控制器，基于总线设计了控制系统硬件组成，通过无刷电机控制算法使机械臂更具稳定性。

本文所设计的机械臂基本能完成自动化采摘的任务，但由于时间、实验设备等方面的限制，还需要对采摘机械臂进行进一步研究、设计及优化。

参考文献：

[1]刘继展.温室采摘机器人技术研究进展分析[J].农业机械学报，2017（12）：1-18.

[2]赵德安，姬伟，陈玉，等.果樹采摘机器人研制与设计[J].机器人技术与应用，2014（5）：16-20.

[3]蒲筠果，王志刚，朱良.基于农业采摘的机械臂结构设计研究[J].农机化研究，2018（9）：39-43.

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[5]刘忠超，熊雷，翟天嵩.六自由度采摘机械臂系统设计[J].农机化研究，2015（8）：112-114，119.

[6]宋健.茄子采摘机器人结构参数的优化设计与仿真[J].机械设计与制造，2008（6）：166-168.

[7]秦利杰，焦娟，文莲莲，等.株行距对架式促成栽培番茄生长和产量的影响[J].天津农业科学，2018（10）：43-49.

作者：王勇刘群铭史颖刚

机械臂系统设计论文篇2：

基于OpenCV的机械臂驱动系统设计

摘要：该文主要对四自由度机械臂控制系统进行了研究与设计，用于识别物体并抓取运输。首先，该文先对机械臂的整体机械结构进行设计包括它的底座、躯干、以及机械爪等，然后选择合适的躯干以及钩爪的驱动方式，构建出机械臂的机械结构部分；然后，我们则对其运动方式进行设计，包括电路控制板和驱动装置的选择，数据的接收以及发送方式，以及后期图像接口的设计等；在软件系统上选择了可移植能力强大的OpenCV，其提供的视觉处理算法非常丰富强大：扫描图像对齐、图像去噪、物体分析等，从而加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性。实验表明，该机械臂控制系统采用OpenCV不仅具有很好的控制精度，还具有很好的稳定性、准确性，而且在很大程度上改善了定位精度。

关键词：六自由度机械臂；OpenCV；伺服；制动

1 机械臂控制系统软件设计

1.1 开发环境

本设计的开发环境是arduino。Arduino是一款完全开源的电子原型平台，包含了arduino板和arduino IDE。由欧洲开发团队开发，使用类似C语言的processing开发环境。Arduino可以自行设计或者购买已经焊接好的板子，程序代码写在arduino IDE上，实现对arduino板子的控制。

1.2 国内外研究现状

作为近几十年来发展起来的一种自动设备，机械臂可以通过编写软件程序来完成目标任务，它不仅大部分机械臂共同的机械有点，而且特别具有人的视觉以及判断能力。在作业过程中，机械臂控制的准确性和对环境的适应性，已经使其在各个领域有着广阔的发展前景。高级类型的机械臂，可以执行更复杂的操作。将机器臂运用于工业生产过程，除了可以提高生产率之外，还能够减弱工人的劳动强度，使生产过程实现自动控制。因此机械臂在近几年得到了愈来愈广泛的应用。

在国外，工业机器人的发展已经较为成熟，涵盖于各个行业，已经得到了非常广泛的运用，而相比国内，我国基础产业跟不上，机械设计的工艺也达不到一个极高的水平，而且部分设计不够系统科学，大多处于一个模仿的阶段。以上原因导致我国工业机器人在国际上并不能达到一个较高的水准。如今国内企业需要革新自己的技术，加强学习才能在国际市场上占有一席之地。

1.3 总体思路

1.3.1 机械臂软件设计核心思路

摄像头采集视频图像->利用OpenCV获得图像的一帧->对此帧图像进行滤波处理->将图像序列帧由RGB模型转为HSV模型->对得到的二值图像进行轮廓检测->创建回调函数并对得到的三幅图像进行合并->创建滑动条窗口->将得到的图像分为H，S，V三幅单通道图像->在目标体上绘制轮廓。

本文提到的OpenCV函数库是一个开源的跨平台的视觉图像处理库，利用此库中提供的开源算法并加以逻辑上的改进来提取摄像头中帧图像，再使用颜色阈值调节功能进行颜色识别，再对结果进行一系列的处理达到预期要求。

1.3.2 OpenCV简介

OpenCV是一个基于开源发型的跨平台计算机视觉库，可以运行在众多操作系统上，由一系列C函数和C++类构成，轻量且高效，其提供的视觉处理算法非常丰富，被大量使用于众多科学领域，卫星地图的图像整合拼凑；医学界病人器官图像的去噪处理；安全系统中的物体动态监测而预警；军事行动中代替人眼而进行众多无人操作与活动，不光如此，在图像处理能力外，还能对声谱图进行识别操作从而进行对声音的识别。

1.4 单一模块

1.4.1 颜色识别

颜色识别的首当之事应是正确选取颜色空间，常用的颜色空间有RGB、CMY、HSV、HIS等。本文采用RGB和HSV。

RGB（红、绿、蓝）可以看成一个三维的坐标系，一个坐标点表示一种颜色。HSV是颜色空间模型。表示颜色的是Hue，与坐标点不同，他使用有角度的圆形来表示相应颜色，比坐标点更加灵活。表示饱和度的是Saturation，饱和度越低，则颜色填充就越少，例如圆心处取值为0，那么颜色会非常的淡，从底部往上，圆的半径r越来越大，那么颜色就会越来越深。表示颜色的亮度的是Value，同理，也是从圆锥底端到顶端的数值渐变，底部表示为黑色，而顶端表示为白色。在实际实验环境中，RGB颜色经测验非常容易受到强光、弱光、阴影等其他因素的干扰。相比之下，HSV空间能更加稳定的处理这些光照的变化从而能更好地反应颜色本质、传达正确信息。

1.4.2 图像获取与处理

1.4.2.1 图像获取与预处理

利用体感周边外设中强大的Kinect攝像头（VideoCapture（…））获取周围环境图像，读取一张图片或视频中的一帧图像，进行两次滤波后利用cvtColor（imgOriginal， imgHSV， COLOR_BGR2HSV）函数进行RGB与HSV的转换，再在HSV空间下对彩色图像做直方图均衡化。

高斯滤波函数：cvSmooth（…CV—GAUSSIAN…）。真实图像的邻近点像素如果变化，不会十分明显，因为真实图像的像素点是缓慢迁移变化的，但是如果两个像素点倏忽变化的话，便会有很大的像素差，就是我们说的噪点，这时候便要用到广泛用于图像处理的减噪的高斯滤波，他对整幅图进行加权平均，从而能够减少噪声却又不失真（保留信号）。

中值滤波函数：cvSmooth（…CV—MEDIAN…）。有时候图像中会有孤立的噪声点从而会形成较大差异，这样会影响平均值也会产生较大噪音，所以便使用非线性平滑的中值滤波，他把图像中的孤立的噪声点用其领域中各个点值的中值代替从而有效的去噪并且能够保护信号边缘使之不模糊，其算法也十分简单。

1.4.2.2 图像细处理与生成

创建滑动条：返回所读取的颜色参数阙值。本文设定了6个参数：

[LowHue（色度下限值）HighHue（色度上限值）LowSaturation（饱和度下限值）HighSaturation（饱和度上限值）HighBrightness（亮度上限值）LowBrightness（亮度下限值）]

之后得到返回的参数阙值，便用于检查图像像素灰度是否在设置的范围内并且可以得到目标颜色的色度、饱和度和亮度单通道图像。

将得到的三个单通道图像进行按位与运算，这样便能检测其二值图像，由于此时会出现噪声，所以采用膨胀腐蚀的方法进行图像形态学处理，使得到的目标体进行最大的连通。

图像生成：查找轮廓和绘制轮廓，轮廓正确勾勒，图像便能正确显示。利用OpenCV中对灰度图像处理的Canny边缘检测法（cvCanny（…）），将试图独立的候选像素拼装成轮廓，轮廓的形成是对这些像素运用滞后性阙值，Canny边缘检测算法是高斯函数的一阶导数，是对信噪比与定位精度之乘积的最优化逼近算子。

Canny函數输入输出的都为灰度图，在边缘检测完成后，利用“cvFindContours（…）”函数得到输出的图像的轮廓函数（在二值图像中），检测轮廓个数，然后再用“cvDrawContours（…）”函数绘制检测的轮廓。

2 机械臂控制系统硬件设计

2.1 自由度及关节

本机械手臂采用4个电机实现4自由度，进行手臂的升降，转动，抓取，移动等功能。

2.2 基座及连杆

2.2.1 基座

基座是机械手臂的支撑，起到稳固的作用，为了使机械手臂更加的稳定，增大其与表面的接触面积，降低重心，提升其稳定性能。同时，基座的剩余部分，可用于防止控制的单片机及其扩展版，使空间充分利用。

2.3 机械手臂设计

机械手是机械行业中必不可少的一个部分，主要起到操作，转移等功能。根据工件的不同，机械手的精度，重量，形状，光滑程度等都会不一样，以至于达到节省成本或准确夹取工件等实际要求。一般机械手包括：1）灵巧手；2）吸附手；3）夹取手；4）专用操作器。本设计因实现的主要功能是夹取物体并转移，工件物体不确定，因此采用夹取手作为机械手臂的机械手进行操作。

2.4 驱动方式

调用Servo实现对舵机的控制，定义多个舵机，控制多个舵机，具体内容根据实际情况进行调试。采用for语句，当红外或者视觉采集到数据，给予反馈，实现舵机的停止或执行下一步。舵机的转动的角度通过脉冲宽度占空比实现。由于舵机牌子不同，舵机转动的角度也会不同。

本机械手臂通过电机的扭矩进行传动。手臂的升降，转动，抓取都是由能够承受很大力的电机进行完成。在机械手臂抓取物体时，尽量的平稳，并且力不能够过大或者过轻，移动时活动空间大。

机械行业一般常用的驱动方式有液压驱动，电机驱动和气压驱动三种方式，每种驱动方式各有优劣。本设计机械手臂中，要求驱动时满足一下条件：1）输出功率适中，效率高；2）精准度尽可能的高；3）便于维护，调试；4）安全性高；5）成本低。

综上所述，本设计采用电机驱动的方式对机械手臂进行驱动。电机参数如表所示：

本机械手臂采用控制角度的方式控制手臂。在初始位确定的情况下，通过控制角度，实现电机的转动，其优点是，能够精确控制位置，但是因为需要进行初始位置，导致运行时间过长。本文设计方案传动方式为舵机直接传动，故不多作介绍。

3 结论

机械臂控制系统是当今社会的一项非常重要的研究课题，尽管其发展已经有了一段很长的历史，但是其发展并不完全成熟。无论是学术界、工业还是在教育教学方面都一直在进行着这方面的研究，距离成熟阶段还要有一段时间。

本设计是基于OpenCV六自由度机械臂驱动系统的设计，以六自由度机械臂为控制对象，以arduino为开发环境，辅以有着丰富视觉处理算法的OpenCV软件，并在此基础上，采用先进的控制理论，以正确的控制方法为指导，进行了系统的硬件设计。

在整个系统的设计中，硬件的设计是本论文研究的重点，芯片的选型是系统硬件设计的保证，并且辅以可靠性分析为指导，保证了系统运行的可靠性和稳定性。

从实验结果中看出，我们设计制作的基于OpenCV的四自由度机械臂能够和一些中小型机器人控制器的性能要求类似，在操作灵活度、控制精度、易操作性等方面都表现出优秀的性能。然而，仍有一些不足之处需要进一步的改进。

1）机械臂的传感器提升。作为机械臂的控制对象，其结构、性能的优劣成为了机械臂的重中之重、中流砥柱，为了实际运行效果的完美，我们机械臂的手爪部分应加入压力等传感器，为控制的精准提供、保证更为完整的信息。

2）完善机械臂自动控制算法。算法的优良决定了机械臂是否能自动协调运行，特别在输入参数和机械臂抓取后的运输，需要更加优化、灵活的算法，从而将计算出的控制参数变得更加精确和一体。

3）视觉的广泛性运用。视觉不单单只作用与颜色的阈值识别，还包括如骨骼识别，轮廓识别等等，再后续的研究中，添入以上功能，可以使机械臂的作用范围变得更加的广泛。

鉴于上述情况，在以后的工作中，我们应该不断改进、完善，以提高该机械臂系统的稳定性以及可靠性。

参考文献：

[1] 方龙，陈丹，肖献保.基于单片机的机械手臂控制系统设计[J].计算机与信息技术，2012，8（8）：89-90.

[2] 任美玲.机械臂的研究与进展[J].出国与就业，2012（2）：84-85.

[3] 刘少丽.浅谈工业机械手设计[J].工业自动化，2011，40（7）：45-46.

[4] 毛星云.OpenCV3编程入门[M].电子工业出版社，2015.

[5] 程晨.自律型机器人制作入门[M].基于Arduino.北京航空航天大学出版社，2013.

[6] （美）Don.Wilcher.学ARDUINO玩转电子制作[M].翁恺，译.人民邮电出版社，2013.

[7] 孙骏荣，吴明展，卢聪勇.Arduino一试就上手[M].科学出版社，2013.

[8] （德）乌尔里希·菲舍尔.简明机械手册[M].2版.杨放琼，编.湖南科学技术出版社，2012.

[9] 陈明秋.机械制图[M].武汉理工大学出版社，2009.

[10] 冈萨雷斯.数字图像处理[M].电子工业出版社，2011.

[11] 侯宾，张文志，戴源成，等.基于OpenCV的目标物体颜色及轮廓的识别方法[J].现代电子技术，2014（24）.

作者：马超范光宇张治军黄达何群

机械臂系统设计论文篇3：

应用单片机进行多自由度机械臂控制系统设计

摘要：机器人（臂）是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。机械臂的优点众多，其中最为显著的是其精确性和高效性。而要实现这些优点，作为机械臂的大脑——机械臂的控制系统则显得尤为重要，拌随着微电子技术的日趋成熟和控制方法的不断改进，以单片机作为控制系统也变得更为简单和方便。介绍了基于单片机（STC12C5A60S2）采用脉冲调制技术（PWM）控制舵机达到控制多自由机械臂，工作原理以及控制系统的设计（包括硬件电路设计和C语言进行软件设计），为今后开发更加复杂且功能更为强大的现代机械臂奠定了基础。

关键词：单片机；机械臂；控制系统

近年来，随着人工智能技术、数字化制造技术与移动互联网之间创新融合步伐的不断加快，发达国家纷纷做出战略部署，抢占机器人产业制高点。机器人（臂）是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物，在现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术、软件编程技术以及人体仿生学技术等群体技术实现高功能、高质量、高精度、高可靠性、低能耗等诸方面实现多种技术功能复合的最佳功能价值系统工程技术的产物。它是应用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机械装置，能自动执行工作，靠自身动力和控制能力来实现设计功能的装置。它既可接受人类指挥，也可按照预先编排的指令程序运行，先进的工业机器人能够根据人工智能技术制定的原则纲领行动。

1 80C51单片机

单片机[1]是一种集成在一块电路芯片上的完整计算机系统，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。

1.1 单片机的构成

单片机是由中央处理器和内部数据存储器（8051芯片共有256个RAM单元，但能供用户使用的寄存器只有前面128个单元，简称这128个单元为内部RAM。内部ROM从功能和用途上又分为三个不同区域：工作寄存器区、位寻址区、数据缓冲区。）以及内部程序存储器（8051片内有4KB的程序储存单元（简称ROM），其地址范围为0000H～FFFFH（64KB）。用于存放程序、原始数据或表格）

1.2 单片机的优点

该单片机具有体积小、结构简单、可靠性高；控制能力强；低电压、低功耗；优异的性能/价格比等优点，所以适用于很多工作场所特别是较为恶劣的工作环境。

2 硬件电路的设计

2.1 舵机驱动电路的设计[2-3]

相对于其他元器件来说，由于舵机需要更大电流来驱动其正常运转，如果其供电电路和控制器电路共用同一个5V电源的话，则会影响控制电路单片机的正常工作，导致舵机精度缺失，达不到和PWM信号同步的效果。故舵机的驱动电路采用独立电源供电，且采用大功率开关元件，与控制器电源共地，其原理和控制电源电路基本相似，具体如图1所示。

2.2 串口通讯电路

许多外设和计算机（接口电路之间）按串行方式进行通信。STC12C5A60S2[4-5]有两个全双工的串行通讯口，但是由于计算机的串口是采用RS232电平，而单片机的串口是采用TTL电平，要使单片机和计算机之间可以方便地进行串口通讯，那么两者之間就必须有一个电平转换电路（图2），本设计采用了专用芯片MAX232进行转换。

3 控制系统软件设计

3.1 舵机PMM信号

脉冲宽度调制（PWM）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。舵机PWM格式应注意。

（1）上升沿最少为0.5ms，为0.5～2.5ms之间。

（2）PWM波形是一个周期1ms的标准方波。

（3）要求连续供给PWM信号，这样表现出来的跟随性能很好、很紧密。

通过阅读相关文献[6-7]结合本实验，得出了评价PWM信号生成是否方法的四个原则：

原则一：PWM信号周期的适应性。现实应用中，不同的控制系统需要产生不同周期的PWM信号，只有PWM信号周期具有可调性，这样，PWM信号才能被广泛应用。

原则二：实现多路PWM信号的输出。在大多数的控制系统中，往往需要的不仅仅是输出单个PWM信号控制，而是输出多个PWM信号协同控制。如果一个控制系统只能输出单一的PWM信号，那么这样的控制系统产生PWM信号的方法也就是没有任何意义。

原则三：多路PWM信号同步性。多路PWM控制信号的关键，实现多路信号输出的同时，还要多路控制信号的同步输出才能实现各个环节的协调控制，只有这样，才能实现控制多自由度机械臂的意义。

原则四：PWM信号的丰富性。对于同一种周期的PWM信号，我们往往需要通过实时的改变占空比，去实现PWM信号对平均电压的分配，才能控制系统中实现脉宽调制的控制作用，体现PWM出控制的意义。

3.2 PWM信号的输出

8951单片机其数据分辨率为256，那么经过舵机极限参数实验，得到应该将其划分为250份。那么0.5～2.5ms的宽度为2ms = 2 000us。2 000us÷250=8us则：PWM的控制精度为8us，我们可以以8us为单位递增控制舵机转动与定位。舵机可以转动180o，那么180o÷250=0.72o，则：舵机的控制精度为0.72o。控制所需的PWM宽度为0.5～2.5ms，宽度2ms。2ms÷250=8us；所以得出：PWM信号 = 1o/8us。

4 控制系统的调试

4.1 集成开发环境Keil和Protues

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列单片机C语言软件开发系统。提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具uVision3。Keil C51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境，同时，保留了汇编语言代码高效、快速的特点。Proteus和Keil uVision2俩者配合使用，通过相应的设置可实现Keil和Protues的联合调试，即在Keil平台下调试程序，在Protues平台下观看调试后的结果。

4.2 系统调试

先在KeiL中，可以发现程序在语法上的错误，进行反复修改使语句更加精简明了，然后再在Proteus观察示波器（输出的PWM波）是否为目标波形，波形是否稳定。通过仿真调试直到消除这些不利因素。

5 结语

机器人（臂）是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。本研究采用STC12C5A60S2作为主控制器系统，并针对舵机运转需要大电流维持的特性采用双电源对控制系统和舵机分别供电，很好的解决了舵机工作时而不影响控制系统工作。而C语言简单方便且可移植性强，通过Keil和Protues的联合调试实现了机械臂抓手将工件从A转移到B的简单功能。因而，本研究为今后开发更加复杂且功能更为强大的现代机械臂奠定了基础，从而为增强我国现代制造业进行了技术储备。

参考文献：

[1] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2] 马瑞卿，刘卫国，韩英桃.基于无刷直流电机的舵机试验器研制[J].电机与控制应用，2006（1）：41-47.

[3] 刘陵顺，王亭，顾文锦.IR2110集成驱动电路在舵机控制中的应用[J].海军航空工程学院学报，2002 （2）：228-230.

[4] 林跃，梁立容，王凤，等.基于STC12C5A60S2的无人机遥控器的设计与实现[J].电子测量技术，2017，40（8）：212-216.

[5] 马贝，田瑞明，周野，等.基于电感感测的自动循迹小车的设计[J].计算机与数字工程，2017，45（7）：1 422-1 425.

[6] 陈尔奎，尹晓钢，王丙辉，等.三相电压型PWM变流器在矿用电动运煤车中的应用[J].煤炭技术，2017，36（12）：192-193.

[7] 陈钊，黄凤辰，花再军，等.全数字调制技术在水文遥测终端中的应用[J].工业仪表与自动化装置，2017 （6）：78-82.

Design of Robot Arm Control System of Multiple Freedom Degrees Using Single Chip Microcomputer

WANG Qing

（Department of Economic Management，Jiangxi Youth Vocational College， Nanchang 330033， China）

Key words： SCM； robot arm； control system