基于工业机器人应用的自动雕刻系统设计研究

朱重阳 罗智芸

随着工业物联网发展，以工业机器人为主体的控制系统，在工业生产过程中的应用越来越广泛。以此为基础，本文构建由触摸屏、单片机、工业机器人及步进电机组成的自动雕刻系统，经实践证明其可以有效保证生产过程的安全，以及使生产效率更加高效。

触摸屏;单片机;工业机器人;步进电机

工業机器人作为智能制造的重要终端设备，在汽车、电子、食品、化工、装备制造等行业中得到广泛应用，凭借其高效、稳定、性价比高的特性，逐渐为大家所认同。借助于触摸屏远程控制特点，构建由触摸屏、单片机、工业机器人及步进电机组成的自动雕刻系统，实践证明其可以有效地保证生产过程的安全，同时极大的提高了生产速度。

该系统工作原理为：通过触摸屏给单片机远程发送雕刻指令，一方面单片机接受指令驱动步进电机，拖动雕刻对象进入指定位置，另一方传递信号给工业机器人进行雕刻任务。完成雕刻任务后，及时反馈给单片机和触摸屏。其系统示意图如图1所示：

本系统采用的触摸屏为昆仑通态嵌入式一体化触摸屏，此款国产触摸屏由于功能强大、性能稳定、易于学习，方便调试，在工业生产中应用较为广泛。所用触摸屏的型号为TPC7062KS。单片机采用ATMEL89S52，此款单片机低功耗、高性能，可以为众多嵌入式控制应用系统，提供高灵活、超有效的解决方案。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。步进驱动器接收到控制单元的脉冲信号，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。

触摸屏与单片机的通信采用Modbus协议，通过定义连接口的针脚、电缆、信位号、奇偶校验、传输波特率等，能够实现两者之间的通信，完成二者之间实时状态的检测和工程数据的传输，工程指定的下达。三者之间的接口设计如下图2所示。

本系统采用ABB机器人IRB120，此款工业机器人配备了IRC5紧凑型控制柜，占地面积小，使用方便，同时具有轻量、快速、精准、易于集成等特点，特别适合小型工作站的集成应用。

工业机器人与单片机之间通过光耦合器实现信号的传输。光耦合器通过光的发射、光的接收以及信号放大，实现电—光—电的转化，起到输入和输出的隔离作用源于二者之间的隔离，电信号的传输具有单向性以及良好的绝缘能力和抗干扰能力。工业机器人与单片机之间的通信接口如下图3所示。

触摸屏在完成与单片机硬件通信的基础上，需要设置组态控制界面，主要实现启停控制，以及雕刻内容的选择，雕刻数量的设置以及数量完成情况的显示等基本功能。当然也可以根据工业生产的实际情况，增添不同的功能结构，以实现命令远程、生产过程监控的目的。触摸屏组态界面如图4所示。

为保证实际应用的安全，需要在RobotStudio软件上仿真操作，利用3D建模软件对雕刻内容进行实体化处理，方便RobotStudio软件能够精准捕捉。通过参数设置及路径模拟仿真，可以调整出机器人合适的轨迹速度和转弯半径等参数;再次基础上进行实物运行检测，将设计好的程序移植到工业机器人上，先单步运行调试，在自动运行。工业机器人主体程序如图5所示。

在触摸屏上进行雕刻内容及数量选择之后，发出启动信号给单片，经程序处理后，传递给工业机器人，工业机器人根据指令选择雕刻的轨迹。机器人完成雕刻工作后，反馈信号给单片机，单片机经过程序处理，驱动步进电机转动，使下一单元进入雕刻工位，为下一次雕刻做好准备。与此同时触摸屏上显示已完成的雕刻数量，为生产过程的监控提供参考。

[1] 许艳玲，张保，朱红勇，等.基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计[J].现代机械，2008（5）：56-57.

[2] 顾波飞，赵伟杰，吴开华.基于Modbus协议的单片机与触摸屏通信设计[J].机电工程，2012，29（1）：104-107.

[3] 叶晖.工业机器人实操与应用技巧[M].北京：子工业出版社，2018.

[4] 朱重阳.基于单片机控制的智能家居系统的设计[J].电子技术与软件工程，2014（15）：77-78.

（Zhongshan Technical Secondary School， Zhongshan Guangdong  528400）

With the development of industrial Internet of things， the control system with industrial robots as the main body is more and more widely used in the industrial production process. On this basis， this paper constructs an automatic engraving system composed of touch screen， single chip microcomputer， industrial robot and stepping motor， which can effectively guarantee the safety of the production process and make the production efficiency more efficient.

touch screen; single chip microcomputer; industrial robot; stepping motor