基于A(yíng)T89C52的備料機械手控制系統設計

摘要：結合自動(dòng)裝配教學(xué)生產(chǎn)線(xiàn)中備料機械手的動(dòng)作控制要求，實(shí)現了基于AT89C52單片機的備料機械手控制。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控制電路等系統設計，并給出了軟件的設計思路和流程圖。系統采用串行通信方式，利用手動(dòng)和自動(dòng)選擇，可分別實(shí)現下位機和上位機控制。該系統展現了單片機在工業(yè)控制系統中的綜合應用，成為機械手的控制、機電一體化和電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生的綜合實(shí)驗實(shí)訓的又一平臺。
關(guān)鍵詞：機械手；控制要求；AT89C52控制系統；I／O接口；電機控制

0 引言
為滿(mǎn)足機電一體化專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗實(shí)訓需要，我校2003年購置了機電一體化自動(dòng)裝配教學(xué)系統。該系統是一套完整、靈活、模塊化、易擴展的教學(xué)實(shí)訓系統，包含多種機械、氣壓傳動(dòng)方式，模擬現代化裝配過(guò)程的柔性生產(chǎn)系統。該系統主要采用PLC控制，展現了實(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(xiàn)控制等技術(shù)應用。學(xué)生可以借助該系統，學(xué)習理解機械傳動(dòng)、液壓與氣動(dòng)、電氣傳動(dòng)與PLC控制、工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)、傳感器及多種技術(shù)的綜合應用。但隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，基于單片機的控制系統也日益成為工業(yè)現場(chǎng)控制的又一主要形式，因此，在原機械手結構、氣動(dòng)系統、傳感器和電機控制電路的基礎上，設計另外的單片機控制系統，實(shí)現對機械手的控制，以此促進(jìn)學(xué)生對單片機在工業(yè)生產(chǎn)上的應用的感性認識、培養其單片機系統的設計、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，并可實(shí)現在線(xiàn)燒結編程，使用方便。為不失一般性，機械手的單片機控制系統即以該芯片為控制核心，進(jìn)行了接口擴展，軟件設計，并設計了相應的接口電路及外部電路。

1 備料機械手單元
機電一體化自動(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)的運行過(guò)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，其中備料、加蓋和分檢單元采用機械手實(shí)現動(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
控平臺構成，可分別實(shí)現手動(dòng)和自動(dòng)運行，自動(dòng)時(shí)用Profibus總線(xiàn)連接總控和各分站的通信，實(shí)現自動(dòng)裝配。
備料機械手單元的作用是將放在工件平臺上的工件主體搬運到下料單元的料斗中。
運動(dòng)方式包括：機械手臂的上、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)；機械手回轉90°(直流電機經(jīng)減速機構內齒輪傳動(dòng)機構帶動(dòng)機械手回轉)；機械手臂的抬起和降落(直流電機經(jīng)減速機構后驅動(dòng)齒條和齒輪機構經(jīng)杠桿機構抬起工件)；工件的前進(jìn)和后退(右移和左移也是直流電機經(jīng)減速機構后驅動(dòng)齒輪齒條使整個(gè)機械手移動(dòng))，該單元使用PLC驅動(dòng)6個(gè)繼電器(實(shí)現3個(gè)直流電機的正、反轉控制)，驅動(dòng)電磁閥控制雙作用氣缸和直流電磁鐵實(shí)現上述運動(dòng)的控制，位置的檢測以微動(dòng)開(kāi)關(guān)、舌簧繼電器、光電檢測開(kāi)關(guān)實(shí)現。該單元的控制臺可以進(jìn)行手動(dòng)、自動(dòng)、急停等功能控制。
該機械化手相當于具有5自由度的機械手，通過(guò)調整限位開(kāi)關(guān)或傳感器的位置，實(shí)現機械手的位置控制。
1．1 備料機械手的動(dòng)作控制要求
(1)置工件與工件檢測平臺后，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，備料機械手開(kāi)始準備工作，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，氣缸上的磁感應傳感器得到信號，直流電磁吸鐵將工件吸起來(lái)，止動(dòng)氣缸上移到位(復位)，氣缸上的另一磁感應傳感器得到信號，進(jìn)行下一步工作。
(3)止動(dòng)氣缸復位后，正行電機正轉，使備料機械手轉向底盤(pán)傳送帶方向，正轉到位信號由轉盤(pán)的檔塊碰撞微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出，并將信號傳送到PLC。
(4)正行電機正轉到位后，上行電機得電，機械手提升工件向上移動(dòng)，當杠桿機構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，使機械手向右移動(dòng)，由機械手撞塊碰撞底盤(pán)傳送帶內外側的右行到位微動(dòng)開(kāi)關(guān)，右行結束，這時(shí)機械手的電磁鐵已經(jīng)將工件搬運到下一工作站料斗的上方。
(6)止動(dòng)氣缸再次下移，將工件準確放到料斗內側的齒形槽內，直流電磁斷電。
(7)止動(dòng)氣缸復位，機械手左行，下降、回轉到位，最后止動(dòng)氣缸上限位，回轉復位、左行復位，這就是備料機械手的初始位置。
(8)備料機械手因為某種原因，急停后上電啟動(dòng)后應回到初始位置。
1．2 氣動(dòng)系統
圖1是教學(xué)生產(chǎn)線(xiàn)氣壓系統和備料單元氣壓支路原理圖?？諝鈮嚎s機將大氣壓縮后，通過(guò)油氣分離凈化干燥后，通過(guò)氣壓調節閥調整到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)單向節流閥調節氣流控制流量，使氣缸復位，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。