浅析单片机的机械手控制系统

摘 要：工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。机械手技术涉机械学、电气液压技术、自动控制技术、传感器技术和计机技术等科学领域，是门跨学科综合技术。机械手作业的准确性和各种环境中完成作业的能力，在国民经济各领域有着广阔的发展前景。它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化保人身安全，因而广泛应用机械制造、冶金、电子等部门。

关键词：机械手;控制;单片机

机械手控制系统主要采用以下三种方式：一是传统的继电器控制，该方式控制系统装置，因设计复杂、接线繁杂、易受干扰，从而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题已逐步被淘汰。二是采用可编程控制器PLC，该力式的控制系统运行可靠，使用维修力便，编程简单，抗干扰性强 ，但是PL成本较高。三是采用微机控制，该力式有较强的智能性，价格便宜，但也存在小足之处，既抗干扰性差，系统设计复杂，一般维修人员难以掌握其维修技术。目前我国中小型企业发展迅猛，而该类企业需求价廉物美的生产设备，因此以单片机为控制核心的设备具有无可比拟的优势，基于单片机的机械手控制系统有着旺盛的生命力，关键是必须解决抗干扰问题。

1.取模机械手控制系统的要求

取模机械手控制系统的驱动采用气动。气动式速度快、成本低、结构相对简单而且有较高的重复定位精度。控制系统对驭动系统进行控制，使执行系统按照预定的要求而运动。控制系统包括位置检测装置和程序控制两部分。

2.控制系统的硬件设计

通过对此取模机械手的动作要求、注塑机动作要求以及机械手运动位置的研究，机械手共需有10个输出点和9个输入点。控制简单，因此选用单片机作为控制核心，且CPU具有ISP功能，负责从计算机上下载程序代码到单片机中，方便调试和软件升级。

硬件部分采用模块化设计主要山5个模块组成。①电源模块：本控制系统采用AC220V/SOHZ电源供电，中继级板对电源要求是DC+24V，控制板是DC+SV。②中继板：负责把接收接近开关的信号和来自注塑机的控制信号传输到单片，检测机械手的动作;把单片机的输出控制信号传输给机械手产生相应动作、传输给注塑机，实现机械手和注塑机的动作配合。③键盘及状态灯：相关功能设置和动作编辑等操作、示机械手和注塑机的关键信号。④液晶显示模块：显示机械手位置状态、动作、菜单显示。⑤主控模块：负载总体协调，控制功能。

硬件抗干扰设计：本控制系统传感器全部采用接近开关，其工作电源为D24V，通过光电隔离电路把接近开关的输出电压转化为TTL电平，实现与单片机的通讯、外部电路电源与控制电路电源的隔离、提高了抗干扰能力;系统控制输出通道采用数字量输出，经驱动放大控制光电隔离电路把TTL电平转化为24V，以便控制继电器的工作，提高了系统的抗干扰能力和驱动能力;主控板采用电磁屏蔽技术;根据不同的控制用继电器之间的关系，构成互锁，系统由防止于干扰误动作;在继电器和电磁阀电源线联接续流二极管，防止通断时对控制系统的干扰团;在数字芯片电源和地之间接去藕电容、旁路电容，提高了芯片抗干扰能力;在电源的输入和输出处，在电路上串接铁养体磁珠，在这样的应用中铁心能够抑制寄生振荡和衰减感应或传输到元器件引线上或与之相连的电缆的高频无用信号;主控制板有+24V和+5V两个电压值，采用多点接地可以减少接地阻抗、接地回路和信号环路。

3.控制系统软件设计

软件采用模块化的设计，模块化设计对于软件程序的调试和可重用性都有非常大的好处。在本控制系统中，在软件部分要完成的功能为：键盘扫描和键盘读取;液晶菜单显示;机械手动作控制;机械手状态检测;机械手动作示教;机械手紧急停止处理。其中机械手的操作程序和机械手的状态检测都放在了定时中断0中;在不需要机械手工作时，为配合注塑机正常工作，需发送允许关模信号，允许关模信号的发送时间周期通过定时器1设置;机械手急停信号接到外部中断。开启CPU的低电平检测中断。提高系统的实时响应能力，和突发事件的处理、响应能力。

软件抗干扰设计：主控制芯片内部有硬件看门狗，在程序中迸行响应的设置，就可以运用看门狗;在程序运行过程中，如果程序跑飞，看门狗复位，程序指钊指到OOOOH.在程序开头编程序，完成程序的出错处理，然后把系统引起正轨;输入信号的干扰是叠加在有效电平信号上的系列离散尖脉冲，作用时间很短当控制系统存在输入干扰，又不能用硬件加以有效抑制时，可以用软件重复测试的力法，对接口中的输入数据信息进行多次检测，若检测结果完全一致，则是真的输入信号：相反，如果多次检测的内容不一致，则是伪输入信号;开关量输出软件抗干扰设计，主要是采取重复输出的办法，这是一种提高输出接口抗干扰性能的有效措施，对于用锁存器输出的控制信号，这个力法很有必要在允许的情况下，输出周期尽可能短，在输出端口受到干扰而输出错误信号后，外部执行设备在还没有来得及做出有效反应，正确的信息又输出了，这就可以及时地防止错误动作的发生。

4.结束语

本控制系统采用单片机的直接控制结构，各模块分工明确、整個系统安排合理、简洁、功能明确、力便维修和故障处理;主控芯片具有ISP功能，方便程序调试和以后软件升级;软、硬件抗干扰措施并重的设计为机械手氏期稳定工作提供了技术上的基本保障。即使是出现程序跑飞等问题，也能通过看门狗使程序运行重新恢复正常运行，并能防止死机造成的危险误动作，提高汁塑生产的安全性。

参考文献：

[1]易英欣.MCS-51系列单片机主动抗十扰技术[J]信息技术，2012，2：17-18.

[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航人大学出版社

作者简介：赵冲，男，硕士，广东工业大学机电工程学院。