基于AT89C52的備料機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：結(jié)合自動(dòng)裝配教學(xué)生產(chǎn)線(xiàn)中備料機(jī)械手的動(dòng)作控制要求，實(shí)現(xiàn)了基于AT89C52單片機(jī)的備料機(jī)械手控制。先進(jìn)行了主控芯片和并行接口8255的地址定義，然后進(jìn)行輸入／輸出接口電路及電機(jī)控制電路等系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并給出了軟件的設(shè)計(jì)思路和流程圖。系統(tǒng)采用串行通信方式，利用手動(dòng)和自動(dòng)選擇，可分別實(shí)現(xiàn)下位機(jī)和上位機(jī)控制。該系統(tǒng)展現(xiàn)了單片機(jī)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用，成為機(jī)械手的控制、機(jī)電一體化和電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)的又一平臺(tái)。
關(guān)鍵詞：機(jī)械手；控制要求；AT89C52控制系統(tǒng)；I／O接口；電機(jī)控制

0 引言
為滿(mǎn)足機(jī)電一體化專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)需要，我校2003年購(gòu)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(guò)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(cè)、電氣控制、組態(tài)控制、工業(yè)總線(xiàn)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(chǎng)總線(xiàn)、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(chǎng)控制的又一主要形式，因此，在原機(jī)械手結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)系統(tǒng)、傳感器和電機(jī)控制電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)另外的單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械手的控制，以此促進(jìn)學(xué)生對(duì)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(jiàn)的、性?xún)r(jià)比較高的一款單片機(jī)，并可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)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)即以該芯片為控制核心，進(jìn)行了接口擴(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(xiàn)模擬了一個(gè)工件在工業(yè)裝配線(xiàn)的運(yùn)行過(guò)程，分為備料、加蓋、模擬噴漆、烘干和通風(fēng)、集中檢測(cè)、分揀、升降電梯、多層貨架等8個(gè)模塊，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(xiàn)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(xiàn)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))，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(cè)以微動(dòng)開(kāi)關(guān)、舌簧繼電器、光電檢測(cè)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。該單元的控制臺(tái)可以進(jìn)行手動(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(guò)調(diào)整限位開(kāi)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(cè)平臺(tái)后，備料檢測(cè)傳感器檢測(cè)到工件，在手動(dòng)情況下，按下啟動(dòng)按鈕，備料機(jī)械手開(kāi)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(lái)，止動(dòng)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)，進(jìn)行下一步工作。
(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(pán)傳送帶方向，正轉(zhuǎn)到位信號(hào)由轉(zhuǎn)盤(pán)的檔塊碰撞微動(dòng)開(kāi)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(kāi)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(pán)傳送帶內(nèi)外側(cè)的右行到位微動(dòng)開(kāi)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)械手左行，下降、回轉(zhuǎn)到位，最后止動(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)
圖1是教學(xué)生產(chǎn)線(xiàn)氣壓系統(tǒng)和備料單元?dú)鈮褐吩韴D。空氣壓縮機(jī)將大氣壓縮后，通過(guò)油氣分離凈化干燥后，通過(guò)氣壓調(diào)節(jié)閥調(diào)整到0．4～0．6 MPa的壓力，通過(guò)干路氣管通到各個(gè)支路。備料機(jī)械手單元來(lái)自干路氣壓通過(guò)分支頭后，經(jīng)過(guò)手動(dòng)截止閥控制，再通過(guò)兩位五通電磁閥控制，YA1不通電左位時(shí)，經(jīng)過(guò)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(guò)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。