【摘 要】設(shè)計(jì)了一種基于AT89S52單片機(jī)的平面搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)，采用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)械手臂在X軸和Y軸上精確移動(dòng)，完成對平面上指定方位物件的抓取和搬運(yùn)功能，并能在人性化的操作界面下實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械手；單片機(jī)；控制系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)械手是一種能夠自動(dòng)控制、可重復(fù)編程、可在三維空間完成各種作業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。它能模仿人手臂的某些動(dòng)作，按固定程序指令抓取、搬運(yùn)物件或操作工具。機(jī)械手特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)，可長時(shí)間進(jìn)行循環(huán)工作，減輕人的工作勞動(dòng)強(qiáng)度，避免人大量重復(fù)性的工作，并在某些高溫、有毒、危險(xiǎn)的環(huán)境中完成人所不能進(jìn)行的工作。

本文設(shè)計(jì)了一種可對目標(biāo)物體進(jìn)行穩(wěn)定抓取的小型化、輕量化的機(jī)械手系統(tǒng)。采用AT89S52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器，通過給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送脈沖信號，經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片放大后輸出給步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)了對平面內(nèi)物體的搬運(yùn)，達(dá)到了良好的控制效果。

一、機(jī)械手控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

分別采用兩個(gè)滑桿作為機(jī)械手的手部與臂部，單片機(jī)同時(shí)控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)機(jī)械手手部與臂部的運(yùn)動(dòng)。其中，步進(jìn)電機(jī)1控制臂部左右移動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)2控制手部上升下降。機(jī)械手搬運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

從圖1中可以看出，機(jī)械手主要完成將工件從右工作臺(tái)搬運(yùn)至左工作臺(tái)的功能。通過鍵盤設(shè)定X-Y軸坐標(biāo)，機(jī)械手自動(dòng)移動(dòng)至設(shè)定坐標(biāo)抓取工件，并將工件抓回設(shè)定坐標(biāo)放下，通過改變步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率可以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。

機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)流程可分為8個(gè)動(dòng)作，分別是從原點(diǎn)出發(fā)，臂部伸出到指定位置，手部下降到指定位置，爪機(jī)抓取工件，延時(shí)一段時(shí)間等待爪機(jī)抓好工件后，手部開始上升，等手部收回動(dòng)作完成后，臂部開始收回至原點(diǎn)位置處，原點(diǎn)即為左工作臺(tái)的位置，手部下降放下并延時(shí)等待爪機(jī)放松工件，最終手部再上升回原點(diǎn)位置，完成整個(gè)的搬運(yùn)動(dòng)作。機(jī)械手運(yùn)動(dòng)流程圖如圖2所示：

二、機(jī)械手系統(tǒng)功能模塊的實(shí)現(xiàn)

（一）單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)包括：復(fù)位電路，晶振電路等基本電路。采用12MHZ頻率的晶振，機(jī)器周期為1us，振蕩電容C2、C3為30pF。單片機(jī)P0口接上拉電阻后作為LCD1602的數(shù)據(jù)端，P1口連接鍵盤，P2口的輸出作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的輸入。

（二）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路

采用28BYJ48型步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)械手的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)機(jī)械手的臂部與手部，以使機(jī)械手能夠沿X軸或Y軸運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相八拍永磁式減速步進(jìn)電機(jī)，電壓為DC5V-DC12V。當(dāng)對步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（步距角）。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距。本系統(tǒng)通過兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對物體的搬運(yùn)。

（三）控制鍵盤及顯示器的設(shè)計(jì)

采用4×4的矩陣鍵盤，鍵盤按鍵共四個(gè)引腳，相互垂直的兩個(gè)引腳導(dǎo)通。按鍵的消抖采用了軟件消抖的方式，即每次掃描到按鍵導(dǎo)通都會(huì)延時(shí)10ms，延時(shí)后再次檢測按鍵是否導(dǎo)通，如果仍然導(dǎo)通，則輸出對應(yīng)的鍵值。當(dāng)有一個(gè)按鍵按下時(shí)，其余按鍵都停止掃描，所以一次只能掃描輸出一個(gè)鍵值。本系統(tǒng)采用鍵盤輸入三位的位移值，并由步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行位移值。機(jī)械手控制系統(tǒng)采用LCD1602液晶顯示，分別顯示兩行，第一行的值為矩陣鍵盤輸入的三位設(shè)定值，第二行為手部的實(shí)時(shí)位置。

三、機(jī)械手軟件設(shè)計(jì)

機(jī)械手控制系統(tǒng)通過單片機(jī)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂部和手部的伸縮和上升下降，然后通過電磁鐵控制爪機(jī)的抓取和放松，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)床平面搬運(yùn)機(jī)械手的工件搬運(yùn)動(dòng)作。搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的程序流程如圖3所示。

四、結(jié)束語

設(shè)計(jì)并介紹了一種基于單片機(jī)控制的平面搬運(yùn)機(jī)械手系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對平面內(nèi)指定工件搬運(yùn)的精確控制和搬運(yùn)過程的狀態(tài)顯示。系統(tǒng)操作方便、穩(wěn)定可靠，可廣泛應(yīng)用于科研教學(xué)實(shí)踐和工業(yè)生產(chǎn)過程中。

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