基于C控制的智能機械手無線控制系統(tǒng)

基于PC控制的智能機械手無線控制系統(tǒng)卓樹峰黃凈晴程智賓福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福州350003摘要：在現(xiàn)在生產(chǎn)過程中，許多生產(chǎn)環(huán)境和工藝都要求機械手應(yīng)具有無線控制和準(zhǔn)確定位的能力。為此我們研究和開發(fā)了以單片機為核心的下位機底層控制系統(tǒng)和用VB開發(fā)的上位機（PC機）軟件，兩者之間的數(shù)據(jù)傳送是利用以NRF9E5為核心的傳輸模塊來實現(xiàn)。同時設(shè)計了直流電機定位系統(tǒng)以解決機械手的定位問題，提高了機械手的可靠性、智能性和控制精度。關(guān)鍵詞：上位機；無線通信；下位機；定位系統(tǒng)；機械手引言隨著科技的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)和工藝的不斷發(fā)展和改進，在某些方面，機械手已經(jīng)逐漸取代了人類勞動，它既可以用于實際生產(chǎn)，滿足裝配作業(yè)內(nèi)容改變頻繁的重復(fù)操作，又可以用于教學(xué)實驗和科學(xué)研究，使人直觀地了解機器人結(jié)構(gòu)組成、動作原理等，所以開發(fā)設(shè)計和研究機械手具有比較廣泛的實際意義和應(yīng)用前景。一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)由上位機軟件、無線通信模塊和下位機執(zhí)行模塊構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：上位機上位機（PC機）無線傳輸模塊無線傳輸模塊單片機最小系統(tǒng)顯示模板圖1 .系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1．上位機軟件該機械手操作控制軟件是采用高級語言VisualBasic（VB）編寫的。主要完成兩部分：一是機械手操作界面，通過對該界面的操作，可以實現(xiàn)上位機向無線通信模塊傳輸指令和數(shù)據(jù)；二是數(shù)據(jù)串行通信，利用VB的串行控件Mscomm實現(xiàn)系統(tǒng)的串行通訊。該控件屏蔽了通信過程中的底層操作，通過設(shè)置、監(jiān)視Mscomm控件的屬性和事件，再結(jié)合Timer控件即可完成對串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入、輸出工作。Mscomm控件的主要屬性如下：焦（1趙）C潮om瘦mp館or舅t書設(shè)置太并返呢回通凈訊端刊口號絮。端費口號底可以憶設(shè)置纏為1唱～1獵6的默任何槳數(shù)晉。棚（2度）S控et美ti塵ng味設(shè)扒置并圣返回沃波特概率、絹奇偶脊校驗番、數(shù)煩據(jù)位段、停孟止位怒。五（3灘）P取or逆to筐pe蟲n伐設(shè)置談并返險回通毀訊端尖口的凝狀態(tài)壺，也晃可以耽打開疏和關(guān)拐閉端嫩口。鞭（4趟）I乖np佩ut侵從均接收僅緩沖耀區(qū)返湊回和身刪除澆字符迫。該免屬性催在運叮行時雖為只違讀。匙（5手）I貴np侮ut來Le木n恰設(shè)置陸并返此回每眼次I千np兄ut精屬性敘從接獎收緩絮沖區(qū)題中讀來取的斃字符煩數(shù)。躺（6岸）O術(shù)ut請pu痕t置向傳循送緩奸沖區(qū)暫寫數(shù)啟據(jù)。風(fēng)要傳祥送的務(wù)數(shù)據(jù)壁可以屢是文松本數(shù)兇據(jù)或點二進氏制數(shù)斗據(jù)。妥（7泄）C測om土mE倚ve諷nt共返曉回最熄近的吳通訊茂事件煌或錯才誤。凝只要女有通相訊錯始誤或老事件蠻發(fā)生稈錯誤池時就橡會產(chǎn)撿生定On址co均mm務(wù)事件獻。C半om朽mE龍ve圣nt姓屬性換中存宏有該害錯誤響或事蜜件的蔽數(shù)值銀代碼日。乏2．據(jù)無線號通信叛模塊澇本系銷統(tǒng)采遣用了尖以N漲RF堵9E糞5為嚷核心貿(mào)的無準(zhǔn)線傳掠輸模翅塊，索該模愚塊是藏一塊紐具有綱43扣3/慌86緩8/寧91竊5M抹Hz奶高性坑能嵌壁入式舞無線鐵模塊半，惰其特說點是劣：別多頻常道多蝕頻段訴，低遵工作應(yīng)電壓臺（稈只有袍1桂.9尤～3怕.6偉V積）支，曬最大君發(fā)射幣功率襯+1斬0d導(dǎo)Bm查，述高抗似干擾蘭GF強SK居調(diào)制擱，可欠跳頻貸，數(shù)獲據(jù)速宮率5丹0k遍bp歡s,秩眨有悶獨特昆的載脫波監(jiān)覽測輸止出忍、拴地址蛇匹配詢輸出蝴、旅數(shù)據(jù)敢就緒贈輸出寧，推有彼完整緊的多鞠址通南信協(xié)抹議和瞧CR獲C校勢驗，山同時核內(nèi)置炊高性餐能5廳1單旋片機濕（速發(fā)度三秀倍于植同主哲頻的炕標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)51景單片趟機）決，被誓廣泛浪地網(wǎng)應(yīng)用堆在無眾線遙線控系忠統(tǒng)、蕩機器省人控鉆制、應(yīng)工業(yè)辭數(shù)據(jù)踏采集欄系統(tǒng)府等。紅該無漠線傳謠輸模奸塊的眾功能漁是與強PC款機串荒口通您信接脹收數(shù)貝據(jù)，畏接收揉到的封數(shù)據(jù)更經(jīng)處憂理后疫，摘以無沸線的鄉(xiāng)方式士發(fā)射紋到下恰位機本。其薪中核難心芯夢片N穩(wěn)RF龍9E酬5屬定于可壁編程恭器件渠，在剝硬件戀電路獸設(shè)計綠時，時主要架完成布內(nèi)部巴的U鏟AR撈T串遇口與沿上位文機通英信的吃串口員電路影，由跡于該敬芯片目內(nèi)部撤沒有振RO虹M，蜜因腐此在穗外部券擴展愉了一狡片M終IC暴RO湖CH愁I(lǐng)P蠻公司插的3爸2K恰容量畏的S細PI安總線包接口蕉的2錫5A衛(wèi)A3丸20福程序朗存儲句器來替存儲格程序君。在佳上電箏時，砌NR捎F9撓E5子通過辛內(nèi)部來SP陷I接淡口把負25川AA殊32桃0中智的程奉序自第動的始讀到誓NR渴F9釘E5微內(nèi)部較4K竊B的瘋專用凡RA科M中殼并旬開始賓執(zhí)行吸。在廣軟件疫設(shè)計不時主舉要考站慮有階線和冠無線如通信評的協(xié)侄議和貓工作拖時序棚，這旅就要臨求在騰配置狡各個求定時帥器和拌寄存曠器時葛，要寧保證拉傳輸嘉時波查特率窄和數(shù)對據(jù)格資式紙的浮一致額，否顫則灑將接堡收到虹亂碼賤或錯句誤數(shù)斤據(jù)，狗影響僅下位陷機的萌動作漏。軟蓮件流蜓程文如馳圖2衰：開始開始無線傳輸模塊初始化判斷是否接收到上位機數(shù)據(jù)否是關(guān)閉串口，處理接收到的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)無線發(fā)射判斷發(fā)射是否完成否是圖2.無線發(fā)射程序流程圖打開串口，等待接收數(shù)據(jù)多3．仙下位閃機執(zhí)晶行模信塊治該模夢塊主齡要是喘以無饅線方緞式接任收P健C機嚇發(fā)射友的數(shù)播據(jù)，半同時額將無杜線接盲收的荒數(shù)據(jù)縣通過抬串口嚇傳送方給下心位機鄭系統(tǒng)尤執(zhí)行腳，其珍原理貨框圖脊如圖坊3：圖3.下位機執(zhí)行模塊原理框圖圖3.下位機執(zhí)行模塊原理框圖串口通信發(fā)射模塊接收模塊下位機系統(tǒng)控制電機執(zhí)行奧下位途機執(zhí)戀行模植塊是刑由單泄片機款為核赴心的失控制熔系統(tǒng)停構(gòu)成拳，以無有線侄方式畫將單求片機購與無槍線通嬌信模廈塊聯(lián)滾系起胖來接宅收P梨C機琴發(fā)出筍的指膨令和龜數(shù)據(jù)仗。為竿了提煩高通州信的悔距離傾和數(shù)房據(jù)傳駐輸?shù)钠鄯€(wěn)定取，有敬線串琴行通澤信采夢用電吳平轉(zhuǎn)叫換芯湊片M隱AX鮮23疲2，秤使數(shù)招據(jù)以刑RS鄭-2撫32茅電平容方式麗進行隊傳輸瀉。遼在編滿寫軟傘件時慶，將達無線若通信無模塊茫中的沫NR醉F9亡E5飄工作絡(luò)頻率炭設(shè)置望為國搭際通考用的耗數(shù)傳漁頻段員43圾3M跨H餃z，吸其串某口與劫單片饞機串展口通疾信波刊特率捎設(shè)置線為1肺92槍00篩bi度t/爛s?；钤谙潞挝粰C繁模塊林接收搖到數(shù)漿據(jù)后指進行硬處理允，院確定撕機械右手的緞運動郊方向李和運被動位指移，深再根穩(wěn)據(jù)接定收的盛控制崇指令夜去控坦制各易部分紗電機長的驅(qū)凈動控喂制系亡統(tǒng)。發(fā)軟件參流程程如透圖4瘋、圖踐5：關(guān)閉串口，打開無線收發(fā)器關(guān)閉串口，打開無線收發(fā)器開始無線接收模塊初始化判斷是否接收到無線數(shù)據(jù)否是關(guān)閉無線收發(fā)器，處理接收到的數(shù)據(jù)打開串口發(fā)送判斷傳送是否完成否是圖4.無線接收程序流程圖開始開始單片機初始化和打開串口判斷串口是否接收到數(shù)據(jù)否是關(guān)閉串口，處理顯示數(shù)據(jù)判斷顯示是否完成否是圖5.單片機處理流程圖打開串口息二、寇直流木電機通定位爪系統(tǒng)貢該定仆位系繪統(tǒng)主容要由某單片欺機最洞小系斥統(tǒng)、焦功率絹放大陽模塊至、脈煩沖合尚成和化原點常處理浙電路略、光鏟電編蠢碼器躁等組剪成半桃閉環(huán)爛控制遼系統(tǒng)蒜。著其統(tǒng)功能葉是將燃接收倆的數(shù)埋據(jù)轉(zhuǎn)敘換成烤控制油信號嶄來驅(qū)砍動直廣流電頓動機僅旋轉(zhuǎn)瓜，并宣且使僻電機赴能夠戒定位艦在指敞定的痕位置糧。系飛統(tǒng)結(jié)顫構(gòu)框環(huán)圖如宵下圖事6所辰示：圖6.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖6.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖單片機最小系統(tǒng)功率放大模塊直流電動機增量式光電編碼器位置反饋IN，A，B脈沖合成電路計數(shù)脈沖、原點信號研系統(tǒng)翠以A免T仔89珠C制52含單片遞機最盆小系急統(tǒng)為梯核心陸，當(dāng)逃接收解到P火C機墨發(fā)送狡的數(shù)趟據(jù)時騎，單販片機鹽將把辛數(shù)據(jù)猜轉(zhuǎn)換號成控廳制信冤號來牲控制公功率朵放大處模塊匪，驅(qū)院動直產(chǎn)流電端動機汁旋轉(zhuǎn)噴。功辰率放抽大模茄塊至由舉L2蔽98理N和請數(shù)字崖邏輯獄芯片棄組成霸，L塘29痕8N妙是房雙極沸性H黑橋功壺率放班大電率路，胖輸入澤信號滿IN盆1~智IN泰4在江電路莊中淚與答單片確機I觸/O墻口萍相連傅，幟通過危軟件企對接吸收數(shù)隔據(jù)的皆處理礎(chǔ)，封決定匪I/魔O的塘輸出章信號弟，最混終稻控制爆直流船電壤動啦機的鮮正、達反轉(zhuǎn)梯或紐停止唱。在玉L2迷98西N張內(nèi)部蔬有兩緩個H籍橋電銀路，省EN夏A和份EN侍B是蛙用來遲控制絡(luò)兩路墊H橋持是否墾工作頓的控御制信庭號，頌為銀“紗1累”款，病表示腥H橋徒開始伙工作淚；叛為客“懂0革”泡，摘表示車H橋蹈停止伙工作奧。僑同時敗芯片蠢在供火電時談采用續(xù)兩種呢電壓舅，其若中V叢SS冠為芯護片工塘作時繼本身貿(mào)的電旗壓，介VS英為H漆橋驅(qū)亡動電堡機的丘工作渡電壓翅。拆為了醋能夠父使直津流電輩動機帆更加魯準(zhǔn)確判定位類，設(shè)答計時霞增加埋了閉掛環(huán)反盛饋環(huán)夕節(jié)，絕由光霸電編漠碼器橋和脈噸沖合奮成電蠻路構(gòu)在成。坦單片擾機在控驅(qū)動理直流陜電動雀機之民前要敬將P愈C機狠發(fā)送害的數(shù)腿據(jù)根爛據(jù)電線機和嗚編碼谷器的念實際干情況扯進行味計算著，處際理完灘的數(shù)瓣據(jù)作犁為單盞片機校內(nèi)部集的計浙數(shù)值鍬。列當(dāng)計掏數(shù)器址接收響到反昨饋的確脈沖孔信號派時開然始計修數(shù)，錘并且待實時沉與先星前計駝算的學(xué)計數(shù)耽值比吸較堡，晝判斷脈是否乳相同巨，若仆相同透即暑表示干電機淘現(xiàn)在扯的位吼置為好PC翻機指間定位齊置。螺在瓜單片忍機訊和L耽29扔8N焦之間痰增加念光電呆耦合府器4阻N2冊5，譽進行斷電氣貌隔離奧，保惑護單稍片機竭并汁減少掃強電葡干擾親。由礎(chǔ)于直為流電塘動跟機是姓感性扶負載獸，因床此選短用功腫率二爬極管爭DI碼N5廢39竭1組翁成電峽流泄租放回勝路，智以保絕護功壽率芯緞片L蒜29息8N競。中結(jié)艙束五語液本文句介紹服了?；诖蜳C洪機控土制的核智能啦機械滔手無引線控白制系類統(tǒng)的煩實現(xiàn)宇方法囑，提棗出了吹以無有線控退制方無式來的實現(xiàn)唱機械已手的性智能敘控制恨，解耍決了考有線疊控制西方式掏下出黑現(xiàn)機再械手駝移動莊范圍沙較小居、連到線復(fù)節(jié)雜等寶問題魔。同兵時在才機械鑼手的權(quán)定位扇方面輸采用球了閉窮環(huán)反廳饋方既式系倦統(tǒng)，押確保很了機衣械手卵在各娛個位意置上炮的準(zhǔn)暈確定襯位。橋采用德這種慎系統(tǒng)漏比直坑接用許單片庭機來碗控制吧機械乖手更蛛加可謀靠，雷更加逆方便盈，同避時這萌也將純促進岡機械貞手智矮能化啦的發(fā)睡展。精參考餅文獻偵：銅王建唉校.棚5辮1系披列單甲片機冬及C熔51碑程序贈設(shè)計錫[M災(zāi)].感北笛京：伐科學(xué)苦出版扯社，創(chuàng)20式02襯.制王曉擔(dān)明.器電廈動機志的單湖片機陽控制少[M燒].臟北積京：爹北京賽航空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