摘 要

在本次设计中，硬件方面，以STM32F103RCT6最小系统为控制板，以三个模拟舵机作为被控对象。通过对STM32官方库的学习，和对STM32通用定时器的了解使开发板能够通过TIM2、TIM3、TIM4三个通用定时器输出不同的PWM信号，再通过改变PWM信号的占空比使舵机完成不同角度的改变从而完成机械臂的运动控制。为了使机械臂的运动轨迹加以控制，使用了基于逐点比较法的直线插补与圆弧插补两种插补方式。在机械臂的末端，是一个由舵机控制的夹钳，采用按键控制的方法控制它的运行。最终验证结果表明，本次设计的基于STM32的运动控制器符合设计的要求。

本次设计主要研究了STM32F103RCT6芯片通用定时器输出PWM信号的应用，PWM信号对于舵机的控制原理，以及数控插补的路径规划方法。

关键词：STM32F103；通用定时器；PWM信号；数控插补

Abstract

In this design, in terms of hardware, the STM32F103RCT6 minimum system is used as the control board, and three simulated servos are used as the controlled objects. Through the study of the STM32 official library and the understanding of the STM32 general-purpose timer, the development board can output different PWM signals through the three general-purpose timers TIM2, TIM3, and TIM4, and then complete the servo by changing the duty cycle of the PWM signal The change of different angles completes the motion control of the robot arm. In order to control the trajectory of the robotic arm, two interpolation methods, linear interpolation and circular interpolation based on the point-by-point comparison method, are used. At the end of the mechanical arm is a gripper controlled by the steering gear, which is controlled by the button control method. The final verification results show that the motion controller based on STM32 designed this time meets the design requirements.

This design mainly studies the application of the PWM signal output by the general timer of the STM32F103RCT6 chip, the control principle of the PWM signal to the steering gear, and the path planning method of CNC interpolation.

Key Words：STM32F103；General Purpose Timer；PWM signal; CNC interpolation

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 2

第2章 系统总体设计 3

2.1 系统总体框架 3

2.2系统工作流程 4

2.3系统用品清单 5

2.3.1 硬件清单 5

2.3.2 设计软件以及其它物品 6

2.4本章小结 6

第3章 硬件设计 7

3.1 供电模块 7

3.2 主控芯片模块 8

3.2.1 主控芯片引脚连接 8

3.2.2 启动模式选择 8

3.2.3 外部时钟 9

3.2.4 复位电路 10

3.2.5 ST-LINK下载端口 10

3.3 按键模块 11

3.4 舵机模块 11

3.5本章小结 12

第4章 软件设计 13

4.1 PWM输出 13

4.1.1 PWM输出原理 13

4.1.2 定时器参数初始化设定 13

4.1.3 PWM输出周期与占空比 14

4.2 插补控制 15

4.2.1 插补原理 15

4.2.2 直线插补 15

4.2.3 圆弧插补 17

4.3 坐标变换 19

4.3.1 建立坐标系 19

4.3.2 坐标反推PWM参数 20

4.4 按键控制 21

4.4.1 按键控制原理 21

4.4.2 按键控制端口初始化 21

4.4.3 按键控制结果 21

4.5本章小结 21

第5章 设计验证 22

5.1 直线插补程序验证 22

5.2 圆弧插补程序验证 22

5.3 坐标转换程序验证 24

5.4 按键控制程序验证 24

5.5 机械臂控制程序验证 25

5.6本章小结 25

第6章 结论 26

参考文献 27

附 录 28

附录A 28

附录B 29

附B1 29

附B2 30

附录C 31

附C1 31

附C2 33

附录D 36

致 谢 42

第1章 绪论

1.1 研究背景

现在世界已经进入工业4.0的时代，国内也在努力加强与其它工业强国的合作希望能够在工业建设方面取得优越的成绩。国务院再2015年出本了《中国制造2025》，也验证了中国希望能够走向制造强国的意愿。在现代的工业化进程中，对于机械臂的研究创造已经成为一个必修科目，许多公司的大型生产线已经都由机械臂所承包，而机械臂相较于人们手工所表现的高效率，高质量，适用于多种环境等优点也表明了机械臂逐渐替代人力进行部分工作是一个极为可行的发展道路。中国的工业发展相较于西方的发达国际起步较晚，历程较短，在这个全球化的时代下，更应该把握住时机迎头赶上。在中国国内工业化程度急需快速发展的这段时间里，大力发展机械臂相关的研究也成了我国现在的一个当务之急。

1.2 目的及意义