2012/11/28 (三) 艾鍗學院嵌入式Linux軟韌體就業專班成果展--六軸機械手臂 http://sites.powercam.cc/board.php?courseID=143&f=doc&folderID=1685&cid=9404 瀏覽網路時、無意中發現一個RobotShop(Lynxmotion) 網站上面，有包括雙足機器人、輪族機器人、多足爬蟲機器人、還有機械手臂的demo 展示 。很有吸引力、有學者特別出專書來討論他的架構、用一般市面上的單晶片89C51來控制並完成簡易的手臂展示。我的專題就是要學習如何完成一個機械手臂的控制

1. 101年嵌入式Linux系統開發就業班
機械手臂控制VS微處理器
許原滄
11/28/2012
指導老師：Joseph

2. 簡報大綱
前言
壹、單晶片微電腦
(一).單晶片基本架構
(二).單晶片的優點
(三).MCS-51 單晶片微電腦規格
(四).使用FLASH ROM 單晶片的好處
貳、R/C 伺服馬達的介紹
(一).PWM脈波控制
(二).PWM 脈波控制示意圖
(三).單一R/C馬達接續圖
叁、機械手臂組裝及控制
(一).線路接線圖及組裝圖
(二).程式流程圖
肆、總結 (心得)

3. 前言
專題的發想來源部分是來自於，近年來娛樂用
途的機器人是一個很流行的商品、但價格動輒上
萬元起跳不等。在日本、與美國每年都有舉辦一
系列的活動或競賽，舉辦國通常會邀請同好來共
同參與盛會，剛好趁此次上課中，老師所教授的
單晶片的課程，加以實現簡易型機械手臂。

4. (一)、單晶片微電腦基本結構
1.中央處理單元(Center Processing Unit，簡稱
CPU)
2.記憶體(Memory)
3.輸入/輸出單元(input/output unit ，簡稱I/O)
將上述三者製作於同一塊矽晶片上，形成一個能
獨立運作的微型電腦系統

5. (二).單晶片的優點:
體積小
使用簡單
硬體接線容易
擴充性佳

6. (三). MCS-51 單晶片微電腦規格:
控制晶片: 8位元
內部程式記憶體:4KB
外部程式記憶體:最大可擴充至64KB
內部資料記憶體:128 bytes
外部資料記憶體:最大可擴充至64KB
I/O 埠:可位元定址，4組(P0、P1、P2、P3)
計時/計數:2組(T0、T1)
中斷源:5組(INT0、INT1、T0、T1、RXD、TXD)
串列埠:1組全雙工 UART(非同步)

7. (四).使用FLASH ROM 單晶片的好處
程式記憶體:可重複多次使用(約1000次左右)
使用電氣信號:(5V或12V)來清除資料
清除時間短:約5~10秒
內部含有ISP功能:不需使用燒錄器，即可將程式
碼下載至晶片

8. 圖片說明：
準備8051的pcb電子元件及材料 完工後的pcb

9. 貳. R/C 伺服馬達的介紹
(一).PWM 脈波控制:
PWM(Pulse Width Modulation)稱為脈波寬度調變:
用於LED調光原理
直流馬達的控制
電源變換器之穩壓控制
直流轉換交流弦波的控制
控制直流馬達轉速

10. (二).PWM 脈波控制示意圖

11. (三).單一R/C馬達接續圖:

12. 選用 廣營公司的 S03T 的 標準R/C馬達

13. 圖片說明：
R/C motor 減速機構 (搖臂)傳達動利用

14. 圖片說明：
R/C motor 細部分解圖 局部放大圖

15. 叁、機械手臂組裝及控制
(一).線路接線圖:

16. 叁、機械手臂組裝及控制
組裝圖:
資料來源出處 王允上 編著,全華書局,
機器人單晶片微電腦控制

17. 加工流程：
結構部分: 採用3mm的壓
克力板作為結構材質，利
用其透明的特性，直接等
比例繪出外形圖。搭配手
工具如、壓克力專用鋸子
裁切。3mm與9mm鑽頭、
來完成所有的螺絲孔的加
工，小型銼刀工具組來精
修組合件。壓克力是很脆
的所以會產生裂痕，必須
要很小心。

18. 圖片說明：
夾持用虎鉗
修整砂輪機

19. 圖片說明：
壓克力畫後施工 鑽頭工具組

20. 圖片說明：
未使用C型鉗固定時、所發生的
鑽孔完成 損壞裂痕

21. 圖片說明：
使用bearing作為底座 增加穩定度

22. 圖片說明：
初步完成圖

23. (二).程式流程圖:

24. 總結:
心得:
本次實作，覺得還滿有挑戰性的。因為必須在有限的時間
下，所有東西都必須按時完成。遇到的問題，遠遠超乎自
己的想像，所幸有賴指導老師的建議，完成基本的運作。
但還有很大改善的空間，也感謝同學的經驗交流，自己覺
得受益非常多。
最後此專題的延伸，有些想法，可以試著加上一熱感應
器與影像CCD，搭配的崁入式OS的GUI介面來操作，使
手臂可以隨著感應器移動傳回影像，應該會是很有趣的主
題。

25. 參考文獻:
1.王允上 編著,全華書局,機器人單晶片微電腦控制。
2.楊明豐 編著,碁峰資訊,8051單晶片C語言設計實
務第二版
3.黃嘉輝 編著,台科大出版,8051單晶片原理與運用使
用C語言
4.機械手Lynxmotion,Inc.http://www.lynxmotion.com/

26. 報告結束
敬 請 指 教