基于单片机的机械手控制系统

文/丁红斌

基于单片机的机械手控制系统

文/丁红斌

本文在研究构造相对简单机械手系统的结构特征与系统基本性能，继而探究由单片机的机械手达到搬运物体目的所需的硬件与软件条件。希望以单片机机械手为基准构建的控制系统，在不断的改进中获得更大的应用空间，为工业企业最佳生产效益的取得做出更大的贡献。

机械手 控制系统 单机片 工业企业

新时期下，国内工业企业践行自动化发展路线，工业机械手凭借自体精准性高、在多变环境中适应能力处于较高层次以及降低人力资源投入量等方面的优势，在冶金、电子以及机械制造等领域均有应用。本文对应用MCS-51系列单片机控制机械手系统的优劣势进行分析。协助应用者对其整体构造有较为全面的认识，在维护系统运转安稳性的基础上，达到压缩设备建设成本的目标。

1 机械手的基本结构和系统功能

机械手大体上是一般由手部与肘部两个运动机构构成，手部具有抓握与把持工件（或工具）的功能，参照工件结构形态的差异性，其可以被细化为夹持型、托持型和吸附型几种机械手。手部在完成转动（摆动）、移动或复合运动环节上体现出一定的灵活性，协助系统操作实现规范性目标，从而使实体的方位与形态发生一定变动。另外，机械手自由度也是系统设计的一项重要参数。在自由度数目庞大以及机械手结构繁杂的情况下，系统的灵敏度就越好，其功能也就月强大。

该设计是由单片机控制机器手模型构成的。单片机应用了AT89C51芯片，机械手具备三个自由度，在进行上下升降、左右90°旋转、前后伸缩、夹紧松开等简易动作上体现出顺畅性。其工作程序可以做出如下阐述：首先为系统接通电源，机械手在初始位置；接下来对上料位的工件存无性进行检测，在工件存在的情况下，把信号传导至单片机中；继而以机械手为媒介，借助单片机管控的电机，进行抓握或获取、搬运与放下工件等系列性活动；上述工序的运行体现出周期性与往返性，直至系统与电源切断为止。

该机械手控制系统内采用了光电传感器去检测工件，机械手运转模式受步进电机管控，操作者可以利用调度行程开关的方式达到整改机械式运行模式的目标。采用MCS-51系列单片机控制机械手系统具备辨识与判断故障的功能，一旦系统出现短路、短路故障时，该系统以电路保护单元为媒介自行的把信号传送给单片机，从而确保系统功能维护的对应性与及时性。

2 硬件选型

机械手为该系统主要的控制对象，采用气动式动力系统。系统大体上是由采样放大单元、模数转换单元、控制单元、驱动单元和执行单元构成的。信号收集借用的是漫反射式光电传感器设备；在AD522芯片的辅助下信号达到放大目标；模数转换应用8位串行A/D转换器TLC549芯片；控制单元为AT89C51单片机；步进电机受UCN5804B集成电路芯片的掌控。

3 软件设计

机械手控制系统软件设计大体上是由主程序、A/D转换子程序、报警子程序、定时子程序构成的。

3.1 系统主程序程序

系统主程序主要功能为达到自检初始化、外部中断以及发动机械手搬运功能等目标。在其协助下系统操作者可以实现监督与管控系统运行状态的目标。

机械手运作目标的实现对4个步进电机表现出强烈的依赖性。步进电机在驱动芯片与单片机P2口的协助下有次序的衔接在一起，行程开关和单片机P0口衔接。为了强化系统程序编辑的便捷性，对机械手作业形式实施分解措施是极为必要的，具体是将其细化为11个流程，和驱动电机的工作模式相匹配，构建真值表，继而在真值表信息的帮衬下对系统控制程序进行编辑。此外，单片机不仅可以对机械手运状态进行管控，还能够对步进电机转角准确性进行把关，PWM（脉冲调制）周期信号的形成也是必然的，其具有调控脉冲信号占空比的功能。控制原理等同于定时器对初始值的设置环节，定时时间通常为20ms，在程序运行过程中借助调整定时器中断初值的方式，达到传导出出特定占空比脉冲信号的目标。该脉冲信号宽度单位为微秒级，其在维护系统运转安稳性后与精准性方面发挥的作用是极为显著的。

3.2 其它子程序

3.2.1 A/D转换子程序

该程序最大的功能为把传感器输出信号施以放大举措以后，在A/D转换器支配下被传导进单片机内部数据存储器内，参照预设格式将各类数据信息安置在相应方位上。

3.2.2 报警子程序

一旦系统收集、数字滤波后的电机温度等数据高于预设定值的的上、下限以后，系统就会自行的传达出声光报警信号，从而确保系统故障处理的时效性。

3.2.3 定时子程序

其功能为设置PWM（脉冲调制）周期信号宽度值，进而达到管控步进电机运转角度精确性的目标。

4 系统试验

采用MCS-51系列单片机控制机械手系统设计了独特控制系统动作的控制界面，可以被细化为手动与自动两种操作模式。

手动操作模式：即选定电机运转速度，借助启动与关闭动作按钮的方式，使系统处于作业或静息不同状态中的目标。

自动操作模式：该系统是借助接近开关去达到的，其量程为2mm，一旦有金属与接近开关间距小于2mm时，接近开关就会有动作信号产出，系统以信号为基准完成有关动作。

除以上论述的内容之外，本此系统试验对速度调整、方位调换等多养护功能进行科学的检测，从而验证了系统运行的精准性、安稳性。采用MCS-51系列单片机控制机械手系统，软、硬件系统在分工上体现出明确性，整个系统结构设置上体现出合理性、简易性，不同模块功能确切，在故障检测与诊断环节上体现出精确性与便捷性。

5 结束语

机械手技术属于一类跨学科综合技术。与机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域存在密切的关联性， 控制系统为重心部分，可以借用继电器、PLC和计算机等设备达到控制的目标。上述几种系统各有千秋。希望本文论述的内容，使系统操作者对其有更为全面的认识，从而使系统的实用价值充分发挥出来。

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作者单位 云南工业技师学院 云南省曲靖市 655000