以AT89C52單片機(jī)控制系統(tǒng)為的備料機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 以AT89C52單片機(jī)控制系統(tǒng)為的備料機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 引言 為滿足機(jī)電一體化的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)需要，購置了機(jī)電一體化自動(dòng)裝配教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一套完整、靈活、模塊化、易擴(kuò)展的教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，包含多種機(jī)械、氣壓傳動(dòng)方式，模擬現(xiàn)代化裝配過程的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要采用PLC控制，展現(xiàn)了實(shí)際生產(chǎn)中的傳感器檢測、電氣控制、組態(tài)控制、工業(yè)總線控制等技術(shù)應(yīng)用。學(xué)生可以借助該系統(tǒng)，學(xué)習(xí)理解機(jī)械傳動(dòng)、液壓與氣動(dòng)、電氣傳動(dòng)與PLC控制、工業(yè)現(xiàn)場總線、傳感器及多種技術(shù)的綜合應(yīng)用。但隨著技術(shù)的發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)也日益成為工業(yè)現(xiàn)場控制的又一主要形式，因此，在原機(jī)械手構(gòu)造、氣動(dòng)系統(tǒng)、

2、傳感器和電機(jī)控制電路的根底上，設(shè)計(jì)另外的單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的控制，以此促進(jìn)學(xué)生對單片機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用的感性認(rèn)識(shí)、培養(yǎng)其單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、綜合分析與故障診斷與排除的能力就日顯迫切。 目前市售的單片機(jī)產(chǎn)品繁多，功能各異，而AT89C52為較為常見的、性價(jià)比較高的一款單片機(jī)，并可實(shí)現(xiàn)在線燒結(jié)編程，使用方便。為不失一般性，機(jī)械手的單片機(jī)控制系統(tǒng)即以該芯片為控制，開展了接口擴(kuò)展，軟件設(shè)計(jì)，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的接口電路及外部電路。 1 備料機(jī)械手單元 機(jī)電一體化自動(dòng)裝配教學(xué)生產(chǎn)線模擬了一個(gè)工件在工業(yè)裝配線的運(yùn)行過程，分為備料、加蓋、模擬噴漆、烘干和通風(fēng)、集中檢測、分揀、升降電梯、多層貨架等8個(gè)模塊

3、，其中備料、加蓋和分檢單元采用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求。整個(gè)生產(chǎn)線的控制由各單元控制模塊和一個(gè)總 控平臺(tái)構(gòu)成，可分別實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行，自動(dòng)時(shí)用Profibus總線連接總控和各分站的通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配。 備料機(jī)械手單元的作用是將放在工件平臺(tái)上的工件主體搬運(yùn)到下料單元的料斗中。 運(yùn)動(dòng)方式包括：機(jī)械手臂的上、下（用上、下動(dòng)作的雙作用氣缸）；工件的吸放（氣缸桿頂端裝有電磁鐵）；機(jī)械手回轉(zhuǎn)90（直流電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)內(nèi)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)機(jī)械手回轉(zhuǎn)）；機(jī)械手臂的抬起和降落（直流電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)后驅(qū)動(dòng)齒條和齒輪機(jī)構(gòu)經(jīng)杠桿機(jī)構(gòu)抬起工件）；工件的前進(jìn)和后退（右移和左移也是直流電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)后驅(qū)動(dòng)齒輪齒條使整個(gè)機(jī)械手移動(dòng)），

4、該單元使用PLC驅(qū)動(dòng)6個(gè)繼電器（實(shí)現(xiàn)3個(gè)直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制），驅(qū)動(dòng)電磁閥控制雙作用氣缸和直流電磁鐵實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)的控制，位置的檢測以微動(dòng)開關(guān)、舌簧繼電器、光電檢測開關(guān)實(shí)現(xiàn)。該單元的控制臺(tái)可以開展手動(dòng)、自動(dòng)、急停等功能控制。 該機(jī)械化手相當(dāng)于具有5自由度的機(jī)械手，通過調(diào)整限位開關(guān)或傳感器的位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的位置控制。 1.1 備料機(jī)械手的動(dòng)作控制要求 （1）置工件與工件檢測平臺(tái)后，備料檢測傳感器檢測到工件，在手動(dòng)情況下，按下啟動(dòng)按鈕，備料機(jī)械手開始準(zhǔn)備工作，延時(shí)1 s后，止動(dòng)氣缸下移，同時(shí)直流電磁吸鐵得電。 （2）止動(dòng)氣缸下移到位后，氣缸上的磁感應(yīng)傳感器得到信號(hào)，直流電磁吸鐵將工件吸起來，止動(dòng)

5、氣缸上移到位（復(fù)位），氣缸上的另一磁感應(yīng)傳感器得到信號(hào)，開展下一步工作。 （3）止動(dòng)氣缸復(fù)位后，正行電機(jī)正轉(zhuǎn)，使備料機(jī)械手轉(zhuǎn)向底盤傳送帶方向，正轉(zhuǎn)到位信號(hào)由轉(zhuǎn)盤的檔塊碰撞微動(dòng)開關(guān)發(fā)出，并將信號(hào)傳送到PLC。 （4）正行電機(jī)正轉(zhuǎn)到位后，上行電機(jī)得電，機(jī)械手提升工件向上移動(dòng)，當(dāng)杠桿機(jī)構(gòu)的撞塊碰到上行到位微動(dòng)開關(guān)時(shí)，上行完畢。 （5）上行到位后，PLC控制右行電機(jī)，使機(jī)械手向右移動(dòng)，由機(jī)械手撞塊碰撞底盤傳送帶內(nèi)外側(cè)的右行到位微動(dòng)開關(guān)，右行結(jié)束，這時(shí)機(jī)械手的電磁鐵已經(jīng)將工件搬運(yùn)到下一工作站料斗的上方。 （6）止動(dòng)氣缸再次下移，將工件準(zhǔn)確放到料斗內(nèi)側(cè)的齒形槽內(nèi)，直流電磁斷電。 （7）止動(dòng)氣缸復(fù)位，機(jī)械手

6、左行，下降、回轉(zhuǎn)到位，止動(dòng)氣缸上限位，回轉(zhuǎn)復(fù)位、左行復(fù)位，這就是備料機(jī)械手的初始位置。 （8）備料機(jī)械手因?yàn)槟撤N原因，急停后上電啟動(dòng)后應(yīng)回到初始位置。 1.2 氣動(dòng)系統(tǒng) 空氣壓縮機(jī)將大氣壓縮后，通過油氣分離凈化干燥后，通過氣壓調(diào)節(jié)閥調(diào)整到0.40.6 MPa的壓力，通過干路氣管通到各個(gè)支路。備料機(jī)械手單元來自干路氣壓通過分支頭后，經(jīng)過手動(dòng)截止閥控制，再通過兩位五通電磁閥控制，YA1不通電左位時(shí)，經(jīng)過單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)氣流控制流量，使氣缸復(fù)位，止動(dòng)氣缸下降時(shí)，YA1得電，電磁閥右位通（如圖示位置），通過單向節(jié)流閥4推動(dòng)氣缸下降?；貧饣芈芳佑邢羝饕苑乐归y的回氣引起的噪聲。 2 AT89C52控制系統(tǒng)

7、設(shè)計(jì) 2.1 接口與內(nèi)存地址的映像關(guān)系 備料單元PLC-IO接口與AT89C52控制系統(tǒng)的并行8255地址及內(nèi)存輸入輸出映像關(guān)系見表1。 2.2 AT89C52控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 從IO接口表可知，該備料機(jī)械手的輸入有15點(diǎn)，輸出有9點(diǎn)，所以系統(tǒng)要擴(kuò)展1片8255，并定義PA口，PB口為輸入，PC口為輸出，利用P1.0作為輸出接口作為輸出指示燈?？紤]到上位機(jī)的控制需要，設(shè)計(jì)了由MAX 232組成的串行通信電路，AT89C52內(nèi)部有8 KB的ROM，地址范圍由0000H1FFFH，可以滿足控制的需要，故外部不再擴(kuò)大存儲(chǔ)器。電路如圖2所示。設(shè)計(jì)8255的CS、P2.7端為邏輯零，其他未用到的地址線為

8、邏輯1，則8255的PA口地址為7FFC，8255的PB口地址為7FFD，8255的PC口地址為7FFE，8255的控制存放器地址為7FFF。 2.3 系統(tǒng)IO接口電路設(shè)計(jì) 原系統(tǒng)由PLC作為控制器，故其信號(hào)均為24 V直流電壓信號(hào)。為適應(yīng)單片機(jī)控制系統(tǒng)的需要，需將機(jī)械手側(cè)的24 V信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠承受的TTL電平，同時(shí)能夠消除傳感器、開關(guān)的突動(dòng)干擾的影響。所以設(shè)置光電隔離器件實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換和消除干擾。光電隔離器件采用TLP521-4，輸入由LED指示電路反映輸入的實(shí)際情況，以檢測輸入故障。輸入接口電路如圖3所示。 輸出接口電路的作用主要是開展功率驅(qū)動(dòng)和消除干擾和電平轉(zhuǎn)換，電路如圖4所示，由

9、TLP521-4開展光電隔離，將計(jì)算機(jī)與機(jī)械手電路側(cè)隔離，經(jīng)功率驅(qū)動(dòng)集成電路ULN20*A和達(dá)林頓晶體管驅(qū)動(dòng)后，分別驅(qū)動(dòng)繼電器或指示燈，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的動(dòng)作控制。 2.4 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 直流電機(jī)的工作電流比較大，輸出接口電路不能直接驅(qū)動(dòng)，需要用繼電器開展功率放大，即先驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，再由繼電器觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的24 V供電。對于永磁式直流電機(jī)，可利用改變電樞繞組的電流方向?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)和停的控制，如機(jī)械手上升，KA0通電、KA1斷電，這時(shí)24 V通過KA0常開（閉合）通過上下限位開關(guān)到電機(jī)電樞繞組，從另一對常開回到24 V地。機(jī)械手下降時(shí)KA0斷電，KA1通電，其過程類似于機(jī)械手上升，直

10、流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路見圖5所示。電樞回路串聯(lián)了兩個(gè)方向的超程限位開關(guān)，當(dāng)由于軟件或其他故障引起限位開關(guān)動(dòng)作，將切斷電樞回路電源，電機(jī)停止，實(shí)現(xiàn)了電氣保護(hù)。 2.5 軟件設(shè)計(jì) 利用串行通信，將目前機(jī)械手狀態(tài)（單片機(jī)內(nèi)存26H，27H，28H的內(nèi)容）發(fā)送到上位機(jī)，并將上位機(jī)的命令承受后，存儲(chǔ)到25H單元。 初始化串行通信異步、雙工，8255初始化PA，PB和P1.0為0，機(jī)械手處于停止?fàn)顟B(tài)。 機(jī)械手的工作方式分為手動(dòng)或自動(dòng)狀態(tài)。手動(dòng)由本工作站的控制按鈕控制，自動(dòng)采用串行通信接收上位機(jī)命令，并控制本位的機(jī)械手動(dòng)作。若起動(dòng)后機(jī)械手沒有在初始位置，則機(jī)械手應(yīng)先回到初始位置，系統(tǒng)初始化見圖6所示。隨后，系統(tǒng)承受

11、指令，按照指令要求運(yùn)行，程序流程見圖7所示。 因?yàn)槌绦蛞煌５恼{(diào)用輸入和輸出程序，故將8255的輸入采樣和輸出編寫專門的子程序： 8255INPUT：MOV DPTR#7FFCH； MOVX A，DPTR； MOV 20H，A INC DPTR MOVX A，DPTR； MOV 21H，A RET 8255OUT： MOV DPTR#7FFEH MOV A，23H MOVXDPTR，A MOOV P1.0，24.0 RET 驅(qū)動(dòng)機(jī)械手動(dòng)作的電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)開展了互鎖設(shè)計(jì)，以免短路電源。順序動(dòng)作程序略。 3 調(diào)試 為保證機(jī)械手的安全運(yùn)行，調(diào)試時(shí)用開關(guān)模擬機(jī)械手的狀態(tài)信號(hào)，按機(jī)械手的動(dòng)作控制模擬輸入，觀察輸入接口板的狀態(tài)指示和輸出接口板的繼電器動(dòng)作情況，待控制功能與機(jī)械手的控制要求吻合時(shí)，再連接機(jī)械手的實(shí)際輸入和輸出信號(hào)。配備開關(guān)型穩(wěn)壓電源輸出24 V20 A，5 V2 A。急停信號(hào)要對電源開展控制。設(shè)計(jì)一個(gè)專門的轉(zhuǎn)接板，將機(jī)械手和本位操作臺(tái)上的輸入和輸出信號(hào)分離，然