基于AT89C52的备料机械手控制系统设计

摘要：结合自动装配教学生产线中的动作控制要求，实现了单片机的控制。先进行了主控芯片和并行接口8255的地址定义，然后进行输入／输出接口电路及电机控制电路等系统，并给出了软件的思路和流程图。系统采用串行通信方式，利用手动和自动选择，可分别实现下位机和上位机控制。该系统展现了单片机在工业中的综合应用，成为的控制、机电一体化和电气自动化专业学生的综合实验实训的又一平台。
关键词：机械手；控制要求；；I／O接口；电机控制

0 引言
为满足机电一体化专业的实验实训需要，我校2003年购置了机电一体化自动装配教学系统。该系统是一套完整、灵活、模块化、易扩展的教学实训系统，包含多种机械、气压传动方式，模拟现代化装配过程的柔性生产系统。该系统主要采用PLC控制，展现了实际生产中的传感器检测、电气控制、组态控制、工业总线控制等技术应用。学生可以借助该系统，学习理解机械传动、液压与气动、电气传动与PLC控制、工业现场总线、传感器及多种技术的综合应用。但随着技术的发展，单片机的也日益成为工业现场控制的又一主要形式，因此，在原机械手结构、气动系统、传感器和电机控制电路的基础上，另外的单片机控制系统，实现对机械手的控制，以此促进学生对单片机在工业生产上的应用的感性认识、培养其单片机系统的设计、综合分析与故障诊断与排除的能力就日显迫切。
目前市售的单片机产品繁多，功能各异，而为较为常见的、性价比较高的一款单片机，并可实现在线烧结编程，使用方便。为不失一般性，机械手的单片机控制系统即以该芯片为控制核心，进行了接口扩展，软件设计，并设计了相应的接口电路及外部电路。

1 机械手单元
机电一体化自动装配教学生产线模拟了一个工件在工业装配线的运行过程，分为备料、加盖、模拟喷漆、烘干和通风、集中检测、分拣、升降电梯、多层货架等8个模块，其中备料、加盖和分检单元采用机械手实现动作要求。整个生产线的控制由各单元控制模块和一个总
控平台构成，可分别实现手动和自动运行，自动时用Profibus总线连接总控和各分站的通信，实现自动装配。
备料机械手单元的作用是将放在工件平台上的工件主体搬运到下料单元的料斗中。
运动方式包括：机械手臂的上、下(用上、下动作的双作用气缸)；工件的吸放(气缸杆顶端装有电磁铁)；机械手回转90°(直流电机经减速机构内齿轮传动机构带动机械手回转)；机械手臂的抬起和降落(直流电机经减速机构后驱动齿条和齿轮机构经杠杆机构抬起工件)；工件的前进和后退(右移和左移也是直流电机经减速机构后驱动齿轮齿条使整个机械手移动)，该单元使用PLC驱动6个继电器(实现3个直流电机的正、反转控制)，驱动电磁阀控制双作用气缸和直流电磁铁实现上述运动的控制，位置的检测以微动开关、舌簧继电器、光电检测开关实现。该单元的控制台可以进行手动、自动、急停等功能控制。
该机械化手相当于具有5自由度的机械手，通过调整限位开关或传感器的位置，实现机械手的位置控制。
1．1 备料机械手的动作控制要求
(1)置工件与工件检测平台后，备料检测传感器检测到工件，在手动情况下，按下启动按钮，备料机械手开始准备工作，延时1 s后，止动气缸下移，同时直流电磁吸铁得电。
(2)止动气缸下移到位后，气缸上的磁感应传感器得到信号，直流电磁吸铁将工件吸起来，止动气缸上移到位(复位)，气缸上的另一磁感应传感器得到信号，进行下一步工作。
(3)止动气缸复位后，正行电机正转，使备料机械手转向底盘传送带方向，正转到位信号由转盘的档块碰撞微动开关发出，并将信号传送到PLC。
(4)正行电机正转到位后，上行电机得电，机械手提升工件向上移动，当杠杆机构的撞块碰到上行到位微动开关时，上行完毕。
(5)上行到位后，PLC控制右行电机，使机械手向右移动，由机械手撞块碰撞底盘传送带内外侧的右行到位微动开关，右行结束，这时机械手的电磁铁已经将工件搬运到下一工作站料斗的上方。
(6)止动气缸再次下移，将工件准确放到料斗内侧的齿形槽内，直流电磁断电。
(7)止动气缸复位，机械手左行，下降、回转到位，最后止动气缸上限位，回转复位、左行复位，这就是备料机械手的初始位置。
(8)备料机械手因为某种原因，急停后上电启动后应回到初始位置。
1．2 气动系统
图1是教学生产线气压系统和备料单元气压支路原理图。空气压缩机将大气压缩后，通过油气分离净化干燥后，通过气压调节阀调整到0．4～0．6 MPa的压力，通过干路气管通到各个支路。备料机械手单元来自干路气压通过分支头后，经过手动截止阀控制，再通过两位五通电磁阀控制，YA1不通电左位时，经过单向节流阀调节气流控制流量，使气缸复位，止动气缸下降时，YA1得电，电磁阀右位通(如图示位置)，通过单向节流阀4推动气缸下降。回气回路加有消音器以防止阀的回气引起的噪声。