摘?要：工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。機(jī)械手技術(shù)涉機(jī)械學(xué)、電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是門跨學(xué)科綜合技術(shù)。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化保人身安全，因而廣泛應(yīng)用機(jī)械制造、冶金、電子等部門。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手;控制;單片機(jī)

機(jī)械手控制系統(tǒng)主要采用以下三種方式：一是傳統(tǒng)的繼電器控制，該方式控制系統(tǒng)裝置，因設(shè)計(jì)復(fù)雜、接線繁雜、易受干擾，從而存在可靠性差、故障多、維修困難等問題已逐步被淘汰。二是采用可編程控制器PLC，該力式的控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，使用維修力便，編程簡(jiǎn)單，抗干擾性強(qiáng)?，但是PL成本較高。三是采用微機(jī)控制，該力式有較強(qiáng)的智能性，價(jià)格便宜，但也存在小足之處，既抗干擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)。目前我國(guó)中小型企業(yè)發(fā)展迅猛，而該類企業(yè)需求價(jià)廉物美的生產(chǎn)設(shè)備，因此以單片機(jī)為控制核心的設(shè)備具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，基于單片機(jī)的機(jī)械手控制系統(tǒng)有著旺盛的生命力，關(guān)鍵是必須解決抗干擾問題。

1.取模機(jī)械手控制系統(tǒng)的要求

取模機(jī)械手控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)采用氣動(dòng)。氣動(dòng)式速度快、成本低、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單而且有較高的重復(fù)定位精度?？刂葡到y(tǒng)對(duì)馭動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照預(yù)定的要求而運(yùn)動(dòng)。控制系統(tǒng)包括位置檢測(cè)裝置和程序控制兩部分。

2.控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

通過對(duì)此取模機(jī)械手的動(dòng)作要求、注塑機(jī)動(dòng)作要求以及機(jī)械手運(yùn)動(dòng)位置的研究，機(jī)械手共需有10個(gè)輸出點(diǎn)和9個(gè)輸入點(diǎn)。控制簡(jiǎn)單，因此選用單片機(jī)作為控制核心，且CPU具有ISP功能，負(fù)責(zé)從計(jì)算機(jī)上下載程序代碼到單片機(jī)中，方便調(diào)試和軟件升級(jí)。

硬件部分采用模塊化設(shè)計(jì)主要山5個(gè)模塊組成。①電源模塊：本控制系統(tǒng)采用AC220V/SOHZ電源供電，中繼級(jí)板對(duì)電源要求是DC+24V，控制板是DC+SV。②中繼板：負(fù)責(zé)把接收接近開關(guān)的信號(hào)和來自注塑機(jī)的控制信號(hào)傳輸?shù)絾纹?，檢測(cè)機(jī)械手的動(dòng)作;把單片機(jī)的輸出控制信號(hào)傳輸給機(jī)械手產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作、傳輸給注塑機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手和注塑機(jī)的動(dòng)作配合。③鍵盤及狀態(tài)燈：相關(guān)功能設(shè)置和動(dòng)作編輯等操作、示機(jī)械手和注塑機(jī)的關(guān)鍵信號(hào)。④液晶顯示模塊：顯示機(jī)械手位置狀態(tài)、動(dòng)作、菜單顯示。⑤主控模塊：負(fù)載總體協(xié)調(diào)，控制功能。

硬件抗干擾設(shè)計(jì)：本控制系統(tǒng)傳感器全部采用接近開關(guān)，其工作電源為D24V，通過光電隔離電路把接近開關(guān)的輸出電壓轉(zhuǎn)化為TTL電平，實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通訊、外部電路電源與控制電路電源的隔離、提高了抗干擾能力;系統(tǒng)控制輸出通道采用數(shù)字量輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大控制光電隔離電路把TTL電平轉(zhuǎn)化為24V，以便控制繼電器的工作，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力和驅(qū)動(dòng)能力;主控板采用電磁屏蔽技術(shù);根據(jù)不同的控制用繼電器之間的關(guān)系，構(gòu)成互鎖，系統(tǒng)由防止于干擾誤動(dòng)作;在繼電器和電磁閥電源線聯(lián)接續(xù)流二極管，防止通斷時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)的干擾團(tuán);在數(shù)字芯片電源和地之間接去藕電容、旁路電容，提高了芯片抗干擾能力;在電源的輸入和輸出處，在電路上串接鐵養(yǎng)體磁珠，在這樣的應(yīng)用中鐵心能夠抑制寄生振蕩和衰減感應(yīng)或傳輸?shù)皆骷€上或與之相連的電纜的高頻無用信號(hào);主控制板有+24V和+5V兩個(gè)電壓值，采用多點(diǎn)接地可以減少接地阻抗、接地回路和信號(hào)環(huán)路。

3.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)對(duì)于軟件程序的調(diào)試和可重用性都有非常大的好處。在本控制系統(tǒng)中，在軟件部分要完成的功能為：鍵盤掃描和鍵盤讀取;液晶菜單顯示;機(jī)械手動(dòng)作控制;機(jī)械手狀態(tài)檢測(cè);機(jī)械手動(dòng)作示教;機(jī)械手緊急停止處理。其中機(jī)械手的操作程序和機(jī)械手的狀態(tài)檢測(cè)都放在了定時(shí)中斷0中;在不需要機(jī)械手工作時(shí)，為配合注塑機(jī)正常工作，需發(fā)送允許關(guān)模信號(hào)，允許關(guān)模信號(hào)的發(fā)送時(shí)間周期通過定時(shí)器1設(shè)置;機(jī)械手急停信號(hào)接到外部中斷。開啟CPU的低電平檢測(cè)中斷。提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，和突發(fā)事件的處理、響應(yīng)能力。

軟件抗干擾設(shè)計(jì)：主控制芯片內(nèi)部有硬件看門狗，在程序中迸行響應(yīng)的設(shè)置，就可以運(yùn)用看門狗;在程序運(yùn)行過程中，如果程序跑飛，看門狗復(fù)位，程序指釗指到OOOOH.在程序開頭編程序，完成程序的出錯(cuò)處理，然后把系統(tǒng)引起正軌;輸入信號(hào)的干擾是疊加在有效電平信號(hào)上的系列離散尖脈沖，作用時(shí)間很短當(dāng)控制系統(tǒng)存在輸入干擾，又不能用硬件加以有效抑制時(shí)，可以用軟件重復(fù)測(cè)試的力法，對(duì)接口中的輸入數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多次檢測(cè)，若檢測(cè)結(jié)果完全一致，則是真的輸入信號(hào)：相反，如果多次檢測(cè)的內(nèi)容不一致，則是偽輸入信號(hào);開關(guān)量輸出軟件抗干擾設(shè)計(jì)，主要是采取重復(fù)輸出的辦法，這是一種提高輸出接口抗干擾性能的有效措施，對(duì)于用鎖存器輸出的控制信號(hào)，這個(gè)力法很有必要在允許的情況下，輸出周期盡可能短，在輸出端口受到干擾而輸出錯(cuò)誤信號(hào)后，外部執(zhí)行設(shè)備在還沒有來得及做出有效反應(yīng)，正確的信息又輸出了，這就可以及時(shí)地防止錯(cuò)誤動(dòng)作的發(fā)生。

4.結(jié)束語(yǔ)

本控制系統(tǒng)采用單片機(jī)的直接控制結(jié)構(gòu)，各模塊分工明確、整個(gè)系統(tǒng)安排合理、簡(jiǎn)潔、功能明確、力便維修和故障處理;主控芯片具有ISP功能，方便程序調(diào)試和以后軟件升級(jí);軟、硬件抗干擾措施并重的設(shè)計(jì)為機(jī)械手氏期穩(wěn)定工作提供了技術(shù)上的基本保障。即使是出現(xiàn)程序跑飛等問題，也能通過看門狗使程序運(yùn)行重新恢復(fù)正常運(yùn)行，并能防止死機(jī)造成的危險(xiǎn)誤動(dòng)作，提高汁塑生產(chǎn)的安全性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：趙沖，男，碩士，廣東工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院。