基于现场总线的机械手控制系统的设计.docVIP

1 绪论 课题研究的目的及意义 机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。 机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度 。为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。自由度是机 械手设计的关 键参数。自由 度越多，机械手的灵活性越大，通用性越广，其结构也越复杂。一般专用机械手有2～3个自由度。机械手的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。PIC16F877单片机简介PIC16F877是由Microchip公司所生产开发的新产品，属于PICmicro系列单片微机，具有Flash program程序内存功能，可以重复烧录程序，适合教学、开发新产品等用途；而其内建ICD(In Circuit Debug)功能，可以让使用者直接在单片机电路或产品上，进行如暂停微处理器执行、观看缓存器内容等，让使用者能快速地进行程序除错与开发。如图1为PIC16F877的40根接脚图，PDIP是指一般最常见的DIP(Dual In Line Package)包装，而PIC单片机也有PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)与QFP(Quad Flat Package)两种形式的包装，依照不同的需求，寻找不同的包装形式。如图所示，每根接脚都有其特定功能，例如Pin11与Pin32(VDD)为正电源接脚，Pin12与Pin31(VSS)为地线接脚；而有些接脚有两种甚至三种以上功能，例如Pin2(RA0/AN0)代表PORTA的第一支接脚，在系统重置(Reset)后，可自动成为模拟输入接脚，接收模拟讯号，也可经由程序规划为数字输出输入接脚。 图1-1. PIC16F877接脚说明（图片来源：Microchip PIC16F87X Data Sheet） PIC16F877属于闪控式(Flash)单片机，可以重复烧录，其ROM的容量总共是8K words，以2K为一个page，区分为4个pages；内部RAM总共有512个字节(00f~1FFh)，以128个字节为一个Bank，共区分为4个Bank，如图所示，每个Bank的前半段都有其特殊用途，分别连接到其特殊功能模块，例如I/O、CCP、Timer、USART、MSSP等。图. PIC16F877的RAM配置图（图片来源：Microchip PIC16F87X Data Sheet）特殊内嵌功能PIC16F877属于内嵌功能较多的单片机，除了CPU、POM、RAM、I/O等基本构造外，还包括以下各种功能，简介如下： A/D converter：模拟数字转换器，最多可以读取8组模拟输入讯号。 CCP：Capture、Compare、PWM，用于控制直流马达。?Timer，内部定时器，有Timer0、Timer1、Timer2等。 USART：Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter，同步/异步串行传输，如RS232、RS485等。 MSSP；Master Synchronous Serial Port，两线式(I2C)与三线式(SPI)标准同步串行传输协定，常用于EEPROM内存资料的烧录与读取，或是与其它集成电路沟通与联系，形成多芯片网络。PIC16F877基本电路 PIC振荡频率电路单片机振荡电路与整体系统工作速度有直接的关系，例如同步∕异步串行传输、定时器等，都与振荡频率有关，不同系列单片机有不同振荡频率，根据产品资料手册，PIC16F877振荡频率最高可到20MHz；在图1中，振荡电路接于Pin13(OSC1/CLKIN)与Pin14(OSC2/CLKOUT)，而振荡电路有以下四种形式： LP：使用低功率振荡晶体(Low Power Crystal) XT：使用振荡器∕谐振器(Crystal/Reson