機(jī)械手教學(xué)模型的單片機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)

王小雨 楊打生 雲(yún)喜

【摘要】內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)室的機(jī)械手教學(xué)模型，主要由PLC控制單元為核心的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的五維運(yùn)動。為了提高設(shè)備利用率，增加單片機(jī)課程的實(shí)訓(xùn)項目，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上開發(fā)了基于AT89C51的單片機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了PLC與單片機(jī)的雙系統(tǒng)控制。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械手 單片機(jī) PLC 控制系統(tǒng)

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）04-0252-01

1.引言

內(nèi)蒙古電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)室的機(jī)械手教學(xué)模型，主要采用PLC控制技術(shù)、氣動控制技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動技術(shù)、傳感器技術(shù)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的五維控制，完成料塊的碼放、移動等。學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣較高，教學(xué)效果非常好。但單片機(jī)課程的實(shí)驗多以仿真軟件或硬件指示燈等形式為主，缺少機(jī)械運(yùn)動控制。同時，將PLC與單片機(jī)這兩個機(jī)電一體化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的控制器在同一控制對象上使用，即實(shí)現(xiàn)了資源整合提高設(shè)備利用率，也便于學(xué)生對兩個控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)勢對比，利于培養(yǎng)全面的高素質(zhì)機(jī)電一體化人才。

2.機(jī)械手教學(xué)模型的組成結(jié)構(gòu)

機(jī)械手模型采用臺式結(jié)構(gòu)，配有PLC主機(jī)、滾珠絲桿、滑軌、氣動元件、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動模塊、傳感器、光電編碼器等?？蓪?shí)現(xiàn)機(jī)械手五維控制，完成料塊的碼放、移動等。該裝置可培養(yǎng)學(xué)生掌握PLC編程及系統(tǒng)調(diào)試、掌握直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的使用及速度位置控制、插補(bǔ)控制、傳感器的使用及調(diào)整，通過該設(shè)備的學(xué)習(xí)可讓學(xué)生掌握位置控制技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建控制系統(tǒng)的能力。

該裝置從機(jī)構(gòu)上分為：機(jī)械手本體單元、控制單元、接口單元、電源單元等組成。

1）立體機(jī)械手本體單元：該單元由五自由度機(jī)械手、位置傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器單元等組成。

2）控制單元：該單元可分別由西門子S7-200 226 PLC控制系統(tǒng)和AT89C51的單片機(jī)控制系統(tǒng)組成。

3）接口單元：該單元將系統(tǒng)中所有控制單元、執(zhí)行單元、檢測單元、輸入輸出單元的信號都引到面板上，由學(xué)生自行完成線路連接設(shè)計，且每個單元自身的線路具有獨(dú)立性，具備擴(kuò)展功能。

4）電源單元：電源單元是由開關(guān)電源提供系統(tǒng)工作的直流24V電壓。

機(jī)械手本體按功能分為由二軸平移機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)底盤、 旋轉(zhuǎn)手臂機(jī)構(gòu)、氣動夾手、支架、限位開關(guān)等部件組成；按活動關(guān)節(jié)分為S軸、L軸、U軸、T軸、B軸等機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示：

3.單片機(jī)控制系統(tǒng)接口原理圖

輸入、輸出接口電路分別如圖3所示，使用TLP521-4進(jìn)行光電隔離，防止干擾，功率驅(qū)動集成電路ULN2803分別驅(qū)動繼電器或指示燈，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手運(yùn)行動作的控制。

4.結(jié)論

在現(xiàn)有的PLC機(jī)械手教學(xué)模型上開發(fā)設(shè)計出了一套基于AT89C51的單片機(jī)控制系統(tǒng)，使該教學(xué)模型成為可以使用51單片機(jī)驅(qū)動控制的教學(xué)設(shè)備，增加了機(jī)電一體化專業(yè)《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課程的實(shí)訓(xùn)項目，提高了學(xué)生對單片機(jī)系統(tǒng)控制的綜合應(yīng)用能力。

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