基于单片机的六自由度机械手臂控制系统设计

陈心怡 张春雨 朱丽华

（1.池州职业技术学院，安徽 池州 247000;2.安徽科技学院，安徽 滁州 239000）

一、引言

机械臂也称工业机器人，是以运动作为控制对象的智能控制装备，主要由手臂、舵机、抓手等组成[1]。机器人手臂的张开、夹紧等系列动作由电动机驱动，并准确地反馈到可编程逻辑控制器。在工业生产中控制机械臂完成我们所需要的夹取和分拣动作，本项目便是围绕六自由度机械臂控制系统展开的。通常一个52系列的单片机包含有FLASH ROM、RAM、3个16位的定时器/计数器和1个UART等，它具有性能可靠、性价比高等特点。在工业生产中，往往需要机械手臂完成一些相对复杂的控制运动，机械手臂系统中一个单片机远远不够，仍需要TK-A66自由度机械手臂、1501数字舵机等控制机械臂的运动。

本文就是用单片机作为核心控制器，LD1501-MG数字舵机作为TK-A66自由度机械手臂的运动控制单元，结合制成的6自由度机械臂的控制系统。系统采用单片机芯片STC89C52作为主控制器，A/D转换采用以双积分方式运行的ICL7135，利用定时计数器的计数功能，测量外部电压，省去很多处部电路[2]。单片机通过产生PWM信号控制机械臂的舵机，从而控制6自由度的机械手臂。

二、算法设计

（一）建立运动学模型

如图1所示，具有三维开环链结构的机械手分别由基座、增幅臂和旋转手臂组成，可通过肩部旋转和俯仰、肘部和腕部俯仰、腕部偏转和旋转6个旋转关节实现6个自由度的运动，进而保证机械手在工作空间中的所有位置状态[3]。

图1机械臂模型