Design, implementation and control of a robotic arm using PIC 16F877A microcontroller

Abstract

ABSTRACT: This thesis focuses on design, implementation and control of a five degree of freedom (DoF) robotic arm using servo motors. The control of robotic arm is achieved by a PIC 16F877A microcontroller. The main duty of microcontroller is to generate pulse width modulation (PWM) signals which are applied to servo motors for achieving the desired rotation. Each servo has a different specification. Therefore, a PWM pulse could have a different effect on servos. Most of the time, it is crucial to apply the exact PWM pulses for achieving the desired rotation. The main advantage of controlling the servo motors with PWM signals is that they can be programmed to have an initial position and to rotate with an exact degree with respect to the requirements. In this study, six servo motors are employed to realize the robotic arm. Four servos are utilized to control the body motion including base, shoulder and elbow and two smaller servos are employed for the motion of end effector. In this thesis, a general formula is derived for finding the pulse duration (pulse width) so as to achieve the desired rotation in each servo motor. The main advantage of this formula is that it can be used for any servo motor with different specification. The operation of designed robotic arm has been experimentally verified. Simulation and experimental results are presented and discussed. Keywords: Microcontroller, Servo Motor, PWM, Roboticiv.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: Bu tez serbestlik derecesi beş olan robot kolunun servo motorlar kullanılmak suretiyle tasarımı, uygulaması ve denetimi üzerine odaklanmıştır. Robot kolunun denetimi PIC 16F877A mikroişlemcisi tarafından başarılmıştır. Mikroişlemcinin esas görevi istenen dönme hareketinin gerçekleştirilmesi için servo motorlara uygulanacak olan darbe genişlik modülasyonlu (DGM) sinyalleri üretmektir. Her servo motorun farklı bir çalışması vardır. Dolayısıyla, bir DGM darbesinin servo motorun üzerinde farklı bir etkisi olabilir. Çoğu zaman, istenen dönme hareketini gerçekleştirmek için, doğru DGM darbelerini uygulamak çok önemlidir. Servo motorların DGM sinyalleri ile control edilmesinin esas avantajı, servo motorların programlama yardımıyla başlangıç pozisyonunu elde etmesi ve istenen açı ile dönmelerinin gerçekleştirebilmesidir. Bu çalışmada, robot kolunun gerçekleştirilmesinde toplam altı servo motor kullanılmıştır. Bunlardan, dört servo motor taban, omuz ve dirsek hareketlerini içeren gövde hareketinin kontrolünü sağlamak için kullanılmıştır. Geriye kalan iki küçük servo motor ise sondaki efektör hareketinin denetimi için kullanılmıştır. Bu tezde, servo motorlar için istenen dönme hareketini yapacak olan darbe süresinin bulunmasını sağlayan genel bir formül türetilmiştir. Bu formülün esas avantajı, farklı özelliklere sahip servo motorlara uygulanabilir olmasıdır. Tasarlanan robot kolunun çalışması deneysel olarak yapılmıştır. Benzetim ve deneysel sonuçlar sunulmuş ve tartışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Mikroişlemci, Servo Motor, DGM, Robotik.