注塑機(jī)取模機(jī)械手控制系統(tǒng) (2)

1、摘要 機(jī)械手是模仿著人手的部分動作，按給定程序、軌跡和要求實(shí)現(xiàn)自動抓取、搬運(yùn)或操作的自動機(jī)械裝置。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的機(jī)械手被稱為“工業(yè)機(jī)械手”。單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手是一種抓取注塑工件的機(jī)械手,該機(jī)械手占用空間小，穩(wěn)定性好、效率高，是注塑行業(yè)抓取注塑工件不可缺少的自動化設(shè)備，該機(jī)械手以氣動方驅(qū)動，簡單可靠，操作、維修方便。有較好的市場應(yīng)用前景。 本文主要介紹基于單片機(jī)的單旋臂式取模機(jī)械手的控制板的設(shè)計(jì)，采用直接控制結(jié)構(gòu)，完成了硬件電路設(shè)計(jì)，包括時鐘復(fù)位電路、輸入輸出通道、液晶接口、鍵盤接口、串口下載等，包括菜單、機(jī)械手動作位置監(jiān)督、故障報警等相關(guān)功能。整個控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、各模塊功能明確。

2、機(jī)械手采用的不同硬件結(jié)構(gòu)，針對目前開發(fā)的單懸臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手控制板提出了相應(yīng)解決方案。該控制板采用模塊化的電路設(shè)計(jì)各部分功能明確。同時，考慮到注塑機(jī)取模機(jī)械手惡劣的工作環(huán)境，在硬件上加入了抗干擾設(shè)計(jì)，有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。在軟件方面，不但滿足了機(jī)械手的動作要求，也加入了抗干擾設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)硬件抗干擾的不足。整個控制系統(tǒng)調(diào)試完成，基本完成機(jī)械手的各功能要求。 關(guān)鍵詞:單片機(jī);注塑機(jī)取模機(jī)械手;模塊化；抗干擾Abstract The take-out robot for Plastie injection15 arobot for grabat work Pieceof Plasticinje

3、ction .The robot take uPthesmallsPaee，goodStability，highefficieney，it 15 indispensable automation equipments inplastie injection fleld.The robot drive with theair pressure，simple andere dibility would beser vieeeon venienee.Directeontrolstrueture15usedintheeontrolsystem，asatake一outrobotforPlastieinj

4、ection，hardwaredesignincludetheinPut，outPut，LCDdisPlay，keyboard，ISP，soflwaredesignineludealarm，malfunetionreasondisPlay，teaeh，ete.Thestrueture15eoneision.Thefunctionofeachmold15exPlieit.AfterinirodueethePresenteonditionandexistentProblemoftake一outrobotforPlastieinjeetion，thearticleillustrateddiffere

5、nthardwarestructureandProPosedthewaytosolVeProblem.ThehardwarePartoftheeontrolsystemchoosesdireeteontrolstrueture，meanwhile;thePlanforconsideranti一inierferencedesignareusedforcancelingthebadenvironmentoftherobotworking.Also，Providefriendlyinierfaeeforshortenthetimeofstudyabouttherobotandsoftwareanii

6、一interfereneedesignformakeuPthewea比essofthePartofhardwaredesign.ComPletethesystemadjustsandRealizationfunetionoftherobot. KeyWords:MCU:take-out robot for Plastieinjeetion;anti-inierfereneee目錄第一章 緒論1.1注塑機(jī)取模機(jī)械手的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 1.2課題的來源及任務(wù)1.2.1課題的來源1.2.2課題完成的任務(wù)1.3課題的意義第二章 注塑機(jī)取模機(jī)械手控制板的總體設(shè)計(jì)2.1控制板的總體方案2.1.1機(jī)械手控制板

7、典型方案2.1.2常用核心處理器2.1.3本控制板采用的方案及選用的核心處理器2.2控制板功能及基本解決方案2.2.1控制板功能要求2.2.2控制板基本解決方案2.3 系統(tǒng)的組成框圖 第三章 注塑機(jī)取模機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1引言3.2硬件模塊設(shè)計(jì).3.3CPU、ISP、急停、輸入、輸出通道模塊及其電路設(shè)計(jì)3.3.1 CPU選用及其性能介紹3.3.2 ISP及其電路設(shè)計(jì)3.3.3 急停電路設(shè)計(jì)3.3.4輸入通道及其電路設(shè)計(jì)3.3.5 輸出通道及其電路設(shè)計(jì)3.4 鍵盤端口和狀態(tài)燈及其電路設(shè)計(jì)3.4.1鍵盤、狀態(tài)燈及其電路設(shè)計(jì)3.4.2鍵盤接口及其電路設(shè)計(jì)3.5液晶顯示端口及其電路設(shè)計(jì)第四章

8、 注塑機(jī)取模機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1引言4.2軟件總體設(shè)計(jì)4.2.1功能性設(shè)計(jì)4.2.2可靠性設(shè)計(jì)4.2.3運(yùn)行管理設(shè)計(jì)4.3機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟件模塊設(shè)計(jì)和開發(fā)平臺、編程語言4.3.1軟件模塊設(shè)計(jì)4.3.2開發(fā)平臺和開發(fā)語言4.4機(jī)械手急停程序設(shè)計(jì)4.5機(jī)械手動作程序設(shè)計(jì)4.6鍵盤掃描和鍵盤讀取模塊4.6液晶顯示模塊第五章 注塑機(jī)取模機(jī)械手控制系統(tǒng)的軟、硬件抗干擾設(shè)計(jì)5.1引言5.2挑選合適的元器件5.2.1元器件的失效機(jī)理5.2.2元器件的選擇5.2.3降額設(shè)計(jì)5.3抗干擾措施5.3.1光電隔離5.3.2去禍電容、旁路電容、磁珠5.3.3地線安排5.3.4看門狗技術(shù)第六章 總結(jié)致謝參考

9、文獻(xiàn)附錄第一章 緒論 本章簡要介紹了國內(nèi)外注塑用機(jī)械手的發(fā)展歷程和未來的發(fā)展方向在深入分析目前國內(nèi)對于注塑機(jī)用機(jī)械手技術(shù)現(xiàn)狀和市場需求之間的關(guān)系和矛盾的基礎(chǔ)上介紹了本課題的來源并描述了本課題的意義和及所要完成的具體工作。1.1工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀 機(jī)械手是能夠模仿人手和手臂的功能，按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動操作裝置。它可以部分或全部代替人力，從事一些單調(diào)、繁重的重復(fù)性勞動，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動化，能在有害環(huán)境中操作得以保護(hù)人身安全當(dāng)前正廣泛用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。 工業(yè)機(jī)械手最早應(yīng)用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運(yùn)。工業(yè)機(jī)械手延伸和擴(kuò)大

10、了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作;代替人完成繁重、單調(diào)重復(fù)勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應(yīng)用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機(jī)械制造及金屬加工等工業(yè)。工業(yè)機(jī)械手與數(shù)控加工中心，自動搬運(yùn)小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。 早在上個世紀(jì)40年代，美國在原子能實(shí)驗(yàn)中，率先采用機(jī)械手搬運(yùn)放射性材料，工作人員在安全室操縱機(jī)械手完成各種動作和實(shí)驗(yàn)，其控制系統(tǒng)采用遙控操作方式。遙控操作方式是一種最簡單的機(jī)械手控制形式

11、，機(jī)械手(執(zhí)行機(jī)構(gòu))通過機(jī)械或電動等仿形機(jī)構(gòu)，跟蹤操作人員的手臂(操作機(jī))動作。其突出特點(diǎn)是機(jī)械手工作過程中需要人的參與，能夠充分發(fā)揮人的視覺、聽覺等器官的傳感與檢測能力，以及人腦的思維、判斷與決策能力。但因?yàn)槠鋵θ说囊蕾?，自動化程度不高?50年代后，機(jī)械手逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)部門，用于在高溫、污染嚴(yán)重的地方取放工件和裝卸材料，也作為機(jī)床的輔助裝置，在自動機(jī)床、自動生產(chǎn)線和加工中心中應(yīng)用，完成上下料或從刀庫中取放刀具并按固定程序更換刀具等操作。在這些機(jī)械手系統(tǒng)中，普遍采用了繼電邏輯控制或計(jì)算機(jī)邏輯控制，機(jī)械手按照事先編制好的控制邏輯，自動完成順序動作。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代，由于具有一般功能的

12、傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用趨向飽和，而許多復(fù)雜操作或特種應(yīng)用卻需要具有一定智能的機(jī)器人參與，使智能機(jī)器人獲得較為迅速的發(fā)展。智能機(jī)器人的機(jī)械部分與機(jī)械手并無本質(zhì)區(qū)別，但控制系統(tǒng)發(fā)生了根本性的變化。智能機(jī)器人不僅能夠根據(jù)事先編制的程序?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的動作，同時能夠探測工作過程中周圍工作條件的變化，自動修正運(yùn)動參數(shù)或運(yùn)動規(guī)律。 近幾年，中國注塑機(jī)發(fā)展迅猛，每年都以超過30%的速度增長。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用戶對注塑機(jī)自動化程度的要求也越來越高。一個大型的注塑企業(yè)通常會有幾十甚至幾百臺注塑機(jī)需要管理，無論是從生產(chǎn)安全、生產(chǎn)效率還是從產(chǎn)品品質(zhì)的角度來看，都不可能用人手來取產(chǎn)品，這個時候就迫切需要用到注塑機(jī)取模機(jī)械手采

13、用該機(jī)械手取工件，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，而且大量節(jié)省了操作員工，提高了操作人員的安全性和舒適程度。目前，我國內(nèi)地僅有少數(shù)幾個企業(yè)通過仿制的方式在生產(chǎn)注塑機(jī)機(jī)械手，大量的產(chǎn)品依靠臺灣、日本和歐美進(jìn)口。進(jìn)口機(jī)械手不僅成本高昂，其設(shè)計(jì)思路更適合西方人的思維卻不太適合中國人的操作習(xí)慣。目前國內(nèi)開發(fā)的機(jī)械手控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面有所欠缺，而作為控制部件的主要部分的控制板的要求更高，研制與開發(fā)一種工作效率高、成本低，性能穩(wěn)定的注塑機(jī)取模機(jī)械控制板難度加大。1.2課題的來源及任務(wù)1.2.1課題的來源 中國改革開放20多年來，塑料加工行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，同時，注塑成型設(shè)備的自動化程度也越來越高。為了適應(yīng)這種

14、發(fā)展趨勢，越來越多從事塑料加工行業(yè)的廠商在其注塑機(jī)上都配備了注塑機(jī)取模機(jī)械手，以減輕繁重的體力勞動、改善勞動條件和安全生產(chǎn)、提高注塑成型機(jī)的生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品品質(zhì)、降低廢品率、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)企業(yè)的競爭力。機(jī)械手可以完成注塑生產(chǎn)過程中的多個工序。在我國，目前注塑機(jī)取模機(jī)械手主要用于快速地從模具中取出工件并且送到下一個工位上。一個注塑用機(jī)械手通?？捎蓤?zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分組成其中:l)執(zhí)行系統(tǒng)是機(jī)械手抓取或釋放工件、實(shí)現(xiàn)機(jī)械手動作的系統(tǒng)，通常由臂部、腕部和手部等部件組成。手部是用來抓持工件(或工具)的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、

15、托持型和吸附型等。運(yùn)動機(jī)構(gòu)使手部完成各種轉(zhuǎn)動(擺動)、移動或復(fù)合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動方式。 2)驅(qū)動系統(tǒng)是為執(zhí)行系統(tǒng)的各個部件提供動力的系統(tǒng)，有氣動、液壓、電動和機(jī)械等形式。氣動式速度快、成本低、結(jié)構(gòu)相對簡單而且有較高的重復(fù)定位精度;而液壓式臂力大，定位精度高，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制，但是容易漏油，造成污染。 3)控制系統(tǒng)對驅(qū)動系統(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。主控制板的設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的主要控制部件，包括位置檢測裝置和程序控制兩部分，通常采用點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制兩種方式。注塑機(jī)取模機(jī)械手的技術(shù)參數(shù)影響到機(jī)械手的整體工作性能:

16、1)抓重是指機(jī)械手抓取制品的額定重量或載荷，通常，注塑機(jī)取模機(jī)械手的最大抓重是2千克(包括夾具重量)。2)機(jī)械手臂的運(yùn)動參數(shù)是指機(jī)械手的上下行程、引拔行程、旋入旋出角度等參數(shù)。3)定位精度是指機(jī)械手的位置設(shè)定精度和重復(fù)定位精度。以上的幾個技術(shù)參數(shù)主要通過機(jī)械的方式來達(dá)到，作為注塑機(jī)取模機(jī)械手控制板的設(shè)計(jì)，主要關(guān)注以下的幾個問題: 1)機(jī)械手的工作效率在很大程度上決定了工廠生產(chǎn)注塑工件的效率，機(jī)械手完成一套動作的時間成為循環(huán)時間，循環(huán)時間越短，機(jī)械手工作效率越高，單位時間內(nèi)完成的取模動作就越多，當(dāng)然，在具體工作過程中，這個時間還要取決于注塑機(jī)的注塑周期。 2)隨著注塑機(jī)取模機(jī)械手的普及化，其市場

17、需求量劇增，整體價格不斷下調(diào)，為了占領(lǐng)國內(nèi)的注塑機(jī)取模機(jī)械手市場，在開發(fā)機(jī)械手控制板時，必須在滿足機(jī)械手性能的前提下，盡量降低成本。 3)機(jī)械手在抓取工件時，一個典型的工作循環(huán)可能是:機(jī)械手收到注塑機(jī)開模完信號，機(jī)械手下降、前進(jìn)、機(jī)械手夾取工件、機(jī)械手后退、上升、檢測是否夾住了工件、機(jī)械手收到一次上位信號，注塑機(jī)關(guān)模、機(jī)械手旋出、下降、機(jī)械手放工件、機(jī)械手上升、觸發(fā)二次上位信號、機(jī)械手旋入，然后等待注塑機(jī)的開模信號。機(jī)械手與注塑機(jī)配合工作，保證機(jī)械手運(yùn)行的穩(wěn)定性至關(guān)重要，如果出現(xiàn)注塑機(jī)關(guān)模時機(jī)械手還停留在下行位置，或者注塑機(jī)還沒有完全開模，機(jī)械手已開始下行等情況，就會發(fā)生機(jī)械手與注塑機(jī)的直接觸

18、碰，造成注塑模具或機(jī)械手的損壞，嚴(yán)重危及人身及設(shè)備財產(chǎn)安全。而控制板開發(fā)則遇到了比較大的困難，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1)可靠性問題 由于注塑用機(jī)械手在工廠車間里工作，且機(jī)械手直接安裝在注塑機(jī)上。注塑機(jī)開關(guān)模時，負(fù)荷變化比較大，會造成很大的浪涌電壓。這種大電流的涌動會嚴(yán)重影響控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。國內(nèi)仿制的控制系統(tǒng)的抗干擾能力不能完全滿足工作現(xiàn)場的需要，程序紊亂、死機(jī)、設(shè)備損壞等情況時常發(fā)生。2)工作效率 工作效率的好壞取決于注塑機(jī)的注塑周期、機(jī)械手各運(yùn)動導(dǎo)軌、氣路中各支路氣壓和軟件延時，當(dāng)多種因素調(diào)節(jié)合理才能達(dá)到理想的工作效率。3)開發(fā)成本 作為一種面向市場的產(chǎn)品，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，在產(chǎn)

19、品開發(fā)階段就致力于成本控制，這對該產(chǎn)品的市場生存能力至關(guān)重要。4)人機(jī)交互 由于國內(nèi)生產(chǎn)的注塑機(jī)取模機(jī)械手控制系統(tǒng)仿制國外產(chǎn)品時，主要注重功能實(shí)現(xiàn)而忽視了人機(jī)交互能力的研究，操作界面不夠人性化，同時對操作人員的素質(zhì)要求比較高。5)系統(tǒng)升級能力控制系統(tǒng)的軟件通過燒寫器寫入單片機(jī)，不支持在系統(tǒng)編程能力，軟件升級比較困難。因?yàn)樽⑺軝C(jī)取模機(jī)械手可以在很大程度上提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，能夠穩(wěn)定和提高注塑產(chǎn)品的質(zhì)量，避免因?yàn)槿藶榈牟僮魇д`而造成不必要的損失，所以，注塑機(jī)取模機(jī)械手在注塑生產(chǎn)中的作用將會變得越來越重要。隨著我國注塑工業(yè)的迅猛發(fā)展，將會有越來越多的機(jī)械手用于上料、混合、自動裝卸模具、回收廢料

20、等各個工序上，并且將向著智能化的方向發(fā)展。1.2.2課題完成的任務(wù) 由于本設(shè)計(jì)主要是對機(jī)械手控制板的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)僅為主要控制電路的設(shè)計(jì)，不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)電源部分和驅(qū)動部分，任務(wù)量大為減少。作為系列注塑機(jī)取模機(jī)械手控制板設(shè)計(jì)的第一階段，主要針對單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手的控制要求而展開，具體研究內(nèi)容包括:硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程兩大部分。其中，硬件電路包括時鐘復(fù)位電路模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊、ISP模塊、串口通訊模塊;軟件部分包括液晶菜單設(shè)計(jì)、機(jī)械手固定動作程序設(shè)計(jì)、聲光報警設(shè)計(jì)、機(jī)械手動作狀態(tài)設(shè)計(jì)。本課題所設(shè)計(jì)的單旋臂注塑機(jī)取模機(jī)械手控制板的主要特點(diǎn)是: l)硬件部分采用模塊化

21、設(shè)計(jì)，自行設(shè)計(jì)通用接口，盡可能的減小電路板空間占有量，在電氣、機(jī)械性能上得以增強(qiáng)，可靠性高。 2)采用增強(qiáng)型單片機(jī)，大容量的程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和閃存都集成在一塊單片機(jī)內(nèi)，減少了電路板上的元器件數(shù)目。 3)從硬件和軟件兩個方面加入抗干擾措施，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 4)在電路板上特別增加了ISP模塊和軟件的模塊化編程都方便程序調(diào)試和以后的軟件升級。1.3課題的意義 本課題涉及到單片機(jī)技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制等多個學(xué)科。通過本課題的工作，不僅可以實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)取模機(jī)械手的單片機(jī)控制，而且對于多學(xué)科交叉、滲透與交流有積極的促進(jìn)作用。目前，國內(nèi)廠商所用的注塑用機(jī)械手的控制部分，大部

22、分是購買國外的控制板，國內(nèi)的控制板由于穩(wěn)定性和抗干擾效果不理想，運(yùn)行故障率比較高。本課題以加強(qiáng)穩(wěn)定性和抗干擾能力為切入點(diǎn)，注重成本的降低。希望通過這一課題的研究，了解機(jī)械手的有關(guān)知識和中國現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，達(dá)到對以前所學(xué)知識進(jìn)行了解和鞏固并熟練應(yīng)用，使注塑用機(jī)械手在我國得以推廣。同時，通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，了解設(shè)計(jì)某項(xiàng)系統(tǒng)的具體思想和操作步驟，為以后更深一部的研發(fā)創(chuàng)造打下良好的基礎(chǔ)。第二章 注塑機(jī)取模機(jī)械手控制板的總體設(shè)計(jì)2.1控制板的總體方案 目前，在市場上的注塑用機(jī)械手的種類主要有單懸臂式機(jī)械手、雙懸臂式機(jī)械手、雙臂橫走式變頻機(jī)械手、單軸伺服雙臂橫走式機(jī)械手、三軸伺服雙臂橫走式機(jī)械手等，對于不同

23、的注塑用機(jī)械手，其動作要求略有不同。詳細(xì)要求見表2.1、2.2550mm范圍上下行程（mm）動作名稱321表2.2 機(jī)械手動作行程要求序號45前后行程（mm）旋出角度（°）爪旋角度（ °）最大夾取負(fù)荷（kg）120mm5090902表2.1 不同機(jī)械手的動作要求（無吸）（無吸）動作型號上下引拔進(jìn)退橫走吸夾定點(diǎn)放置位置單旋臂式雙旋臂式司服橫走式旋入旋出 本文主要研究的是單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手，這種注塑機(jī)取模機(jī)械手需要完成的動作有:上行，下行、前進(jìn)、后退、旋入、旋出、夾。這幾個動作相互組合，完成相應(yīng)的動作安排。 這幾個單步動作并不是任意的組合都可以進(jìn)行，為了機(jī)械手的正常、安全

24、工作，必須妥善處理以下動作之間的聯(lián)鎖控制: 1)在機(jī)械手下行位置時，機(jī)械手不能進(jìn)行旋入、旋出動作。 2)機(jī)械手在完成一套動作后必須回到原始位置。 3)由于機(jī)械手是和注塑機(jī)配合工作，所以在機(jī)械手開始第一個動作之前，要等待注塑機(jī)開模完信號。換句話說，在開模完信號到來后，機(jī)械手工作，在開模完信號沒有到來時，機(jī)械手等待。 4)在機(jī)械手同時處在旋入狀態(tài)和下行位置時，不能向注塑機(jī)發(fā)允許關(guān)模信號。當(dāng)發(fā)現(xiàn)以上錯誤時，根據(jù)當(dāng)時機(jī)械手和注塑機(jī)的不同情況，機(jī)械手給注塑機(jī)不同的控制方案: l)機(jī)械手在上行位置時按下急停按鈕，機(jī)械手立即停止工作，并使允許關(guān)模信號無效，此時如果注塑機(jī)沒有關(guān)模，則由于注塑機(jī)沒有收到允許關(guān)模

25、信號而處在待機(jī)狀態(tài)。如果注塑機(jī)己經(jīng)關(guān)模，則注塑機(jī)在正常完成一次注塑工作后開模，等待允許關(guān)模信號。 2)如果機(jī)械手在下行和旋入位置時按下機(jī)械手急停按鈕，機(jī)械手立即停止工作，并給注塑機(jī)發(fā)機(jī)械手急停信號，此時注塑機(jī)立即停止工作。2.1.1機(jī)械手總體控制方案： 機(jī)械手的整體控制部分主要有電源、電控箱、氣閥箱和執(zhí)行結(jié)構(gòu)，具體圖形如下：主控制板中繼板近接開關(guān)電磁轉(zhuǎn)向閥機(jī)械手電源鍵盤液晶顯示注塑機(jī)圖2.1 控制結(jié)構(gòu)框圖 在這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，硬件部分只要分為主控制板、中繼板、鍵盤板和液晶顯示電路板，對機(jī)械手的控制是通過主控制板直接對中繼板發(fā)控制信號，中繼板上的繼電器根據(jù)主控制板的控制信號對氣閥箱進(jìn)行控制，從而對

26、機(jī)械手進(jìn)行相應(yīng)的動作控制。主控制板、鍵盤板和液晶顯示模塊經(jīng)過合理設(shè)計(jì)后被安裝在控制盒中，繼承性好，外部通過一根電纜連到中繼板上，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械手的直接控制 。這種硬件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:硬件結(jié)構(gòu)簡單，主CPU對機(jī)械手的各運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行直接控制，適用于單旋臂式注塑用機(jī)械手和雙旋臂式注塑用機(jī)械手。這種硬件結(jié)構(gòu)的不足之處是:由于硬件結(jié)構(gòu)相對簡單，唯一的控制單元核心要負(fù)責(zé)檢測鍵盤、液晶顯示、輸出機(jī)械手的動作和檢測輸入點(diǎn)等大量的工作，這對處理器的處理能力和即時性提出了挑戰(zhàn)，而且輸入輸出點(diǎn)有限，控制集中，只能適用于懸臂式機(jī)械手等緊湊系統(tǒng)，而對于相對大型的橫走式機(jī)械手則無法適用。因此，對它的總體方案了解后，才能具體設(shè)計(jì)

27、它的控制板的設(shè)計(jì)方案。2.1.2常用核心處理器1)單片機(jī) 單片機(jī)具有較高的集成度，特別是當(dāng)前比較流行的增強(qiáng)型單片機(jī)，一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EEPROM或EPROM)、時鐘，定時器。外部中斷、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、SPI、PWM、PCA、ISP、IAP等諸多功能，價格從幾圓到幾十圓不等，但總體來說比較便宜。其缺點(diǎn)是處理速度相對較慢，當(dāng)要處理的數(shù)據(jù)量特別是浮點(diǎn)運(yùn)算工作量比較大、實(shí)時性和精度要求比較高時運(yùn)用單片機(jī)開發(fā)控制系統(tǒng)就比較困難了。2)ARM ARM核處理器32位處理器，是具有高性能、廉價、低功耗的租RISC處理器，同時，ARM處理器可以支持8位、16位、32位數(shù)據(jù)類型，采用流

28、水線來增加處理器指令流的速度，鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)一步提高指令運(yùn)行速度?？梢郧度氩僮飨到y(tǒng)，運(yùn)用于更加復(fù)雜的操作對象。其缺點(diǎn)是開發(fā)周期長，多用于嵌入式運(yùn)用。3)DSP DSP器件具有很高的集成度，運(yùn)行速度更快，多級流水線和內(nèi)置的高速硬件乘法器，并且提供了高度專業(yè)化的指令集，這些都提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運(yùn)算速度，所以DSP器件多用于以算法為主的嵌入式系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是開發(fā)難度相對比較大，而且DSP器件的價格也不便宜。 上述的選擇方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，對于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不需要選擇速度最快的硬件器件，而是在達(dá)到設(shè)計(jì)要求的前提下，盡量降低系統(tǒng)的運(yùn)行速度和開發(fā)成本。這樣也提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。2.1.3本控

29、制板采用的方案及選用的核心處理器 本控制系統(tǒng)的開發(fā)主要是針對單懸臂式注塑用機(jī)械手，在機(jī)械臂工作時，運(yùn)用一個機(jī)械手臂，從注塑機(jī)中吸或夾出注塑成型好的工件，通過對此機(jī)械手運(yùn)動要求,注塑機(jī)通信和檢測機(jī)械手運(yùn)動位置的研究，得出單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手一共需有11個輸出點(diǎn)和9個輸入點(diǎn)?？紤]到注塑用機(jī)械手的工作環(huán)境，根據(jù)以上的論述，在硬件結(jié)構(gòu)上，選用直接控制不但可以完全勝任對此型號注塑機(jī)取模機(jī)械手各個動作的控制安排，而且硬件結(jié)構(gòu)緊湊，開發(fā)周期短。同時，考慮到此款機(jī)械手控制工作量較小，以及需要在車間惡劣的環(huán)境重可靠的運(yùn)行,根據(jù)前文的敘述，DSP更加注重于算法，ARM適合于復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)，而普通8位單片機(jī)注

30、重對突發(fā)事件做出相應(yīng)，故本系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心較合適。2.2控制板功能及基本解決方案2.2.1控制板功能要求 單懸臂式機(jī)械手要配合注塑機(jī)的工作完成注塑工件的提取，在設(shè)計(jì)過程中要考慮注塑機(jī)提供給注塑機(jī)取模機(jī)械手的信號接口。同時，為了使操作者能夠方便地對注塑機(jī)取模機(jī)械手的操作、控制和編程，確定控制系統(tǒng)功能要求如下:l)主控制板上包括主回路、時鐘鍵盤和液晶顯示等部分，設(shè)計(jì)時要確定合理的電路板尺寸，努力減少體積和控制盒重量。2)考慮到注塑用機(jī)械手的工作環(huán)境比較惡劣，特別是在注塑機(jī)開關(guān)模時，電路中的電流變化比較大，故硬件布局和電路走線要合理，在電路設(shè)計(jì)時應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，提高控制系統(tǒng)的抗干擾能

31、力。3)根據(jù)機(jī)械手的運(yùn)動狀態(tài)，要有明確的狀態(tài)顯示，能完成對機(jī)械手相關(guān)動作設(shè)置。4)根據(jù)機(jī)械手的動作要求，設(shè)計(jì)適當(dāng)數(shù)量的按鍵，方便工作人員對機(jī)械手操作。5)機(jī)械手應(yīng)具有自診斷與故障報警功能，當(dāng)故障出現(xiàn)時，系統(tǒng)會發(fā)出警報對故障原因給出一個初步的診斷。2.2.2控制板的基本解決方案 針對以上的功能要求，本文采用以下基本解決方案:l)為方便工作人員操作機(jī)械手，機(jī)械手控制盒的設(shè)計(jì)需盡量小巧、輕便，為達(dá)到這一設(shè)計(jì)要求，在電路板設(shè)計(jì)中，可全采用集成度比較高的元件，電路布局緊湊，采用內(nèi)含大容量RAM的高性能單片機(jī)等，以盡量減少電路板上的芯片數(shù)目，簡化系統(tǒng)。2)工業(yè)控制設(shè)備都非常注重安全性，本控制系統(tǒng)同樣也非常

32、重視機(jī)械手工作時的設(shè)備和人身安全。目前，在抗干擾方面，有很多行之有效的結(jié)構(gòu)，比如在電源端加入壓敏電阻、磁珠，在輸入輸出通道加光電隔離器、低通濾波器等，都能有效提高系統(tǒng)的抗干擾能力。3)鍵盤可以完成機(jī)械手的相關(guān)動作設(shè)計(jì)，鍵盤的設(shè)計(jì)形式比較單一，主要是按鍵數(shù)的安排，按鍵太多，軟件設(shè)計(jì)相對簡單，但增加了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，按鍵少，雖然硬件相對簡單，但是增加了軟件設(shè)計(jì)難度，因此，需采用一定的軟件措施來簡化鍵盤操作、減少實(shí)際使用的按鍵數(shù)。4)顯示模塊在當(dāng)前的控制系統(tǒng)中非常常見，通常采用LED、LCD顯示。 LED可以顯示簡單的亮滅狀態(tài)，而LCD可以設(shè)計(jì)菜單，顯示更復(fù)雜的內(nèi)容，完成多樣化的操作。在進(jìn)行注塑

33、機(jī)取模機(jī)械手操作和使用過程中，需要通過顯示模塊顯示系統(tǒng)狀態(tài)，并進(jìn)行復(fù)雜的人機(jī)交互，如: 1. 數(shù)值設(shè)定功能 2. 功能燈顯示功能 3. 機(jī)械手當(dāng)前動作顯示功能 4. 機(jī)械手急停、軟件復(fù)位功能 5. 機(jī)械手動作顯示功能 6. 機(jī)械手總運(yùn)行次數(shù)顯示 所以，LCD顯示器是本系統(tǒng)的不然選擇。5)軟件采用模塊化編程，在研究機(jī)械手功能要求和穩(wěn)定性要求的基礎(chǔ)上，軟件功能從以下幾大方面進(jìn)行規(guī)劃: 1. 機(jī)械手的緊急停止 2. 機(jī)械手的鍵盤控制 3.機(jī)械手狀態(tài)實(shí)時顯示功能 4.機(jī)械手單步運(yùn)動功能 5.機(jī)械手成套動作控制功能2.3 系統(tǒng)的組成框圖 針對以上分析，不難得出基于單片機(jī)的機(jī)械手主控制板的設(shè)計(jì)思路，該板子

34、所實(shí)現(xiàn)的功能相對比較簡單，輸入輸出點(diǎn)不多，不需要對其I/O口進(jìn)行擴(kuò)展，故用一塊單片機(jī)芯片即可。作為單片機(jī)系統(tǒng)板的設(shè)計(jì)，必需要有時鐘復(fù)位電路、鍵盤接口、輸入輸出通道等，分析得其系統(tǒng)組成圖如下：系統(tǒng)組成框圖2.2所示 ：圖2.2 機(jī)械手控制板框圖時鐘電路復(fù)位電路鍵盤輸入電路光耦觸發(fā)電路光耦觸發(fā)電路信號輸出通道信號輸入通道聲光報警電路緊急停止回路ISP電路LCD顯示電路 單 片 機(jī)第三章 注塑機(jī)取模機(jī)械手控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1引言 作為一個完整的控制系統(tǒng)，硬件部分的合理設(shè)計(jì)對于整個控制系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定工作是非常重要的。本章在研究注塑用機(jī)械手在工廠車間的工作環(huán)境的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了輸入輸出通道、液晶

35、顯示端口、鍵盤掃描、緊急停止、報警電路和讀取端口等全部硬件電路設(shè)計(jì)方法和成果。3.2硬件模塊設(shè)計(jì) 硬件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，能夠?qū)?fù)雜的系統(tǒng)劃分成任務(wù)單一的模塊，既有利于分時工作和系統(tǒng)維護(hù)與檢修，也能實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目間模塊設(shè)計(jì)成果的通用化。模塊化設(shè)計(jì)要求根據(jù)具體的實(shí)際情況和要求來組成系統(tǒng)，在組成一個系統(tǒng)時，各個模塊之間不能相互干擾，要協(xié)調(diào)工作，完成相應(yīng)的功能。按照單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手的動作和操作要求:輸出通道用于輸出控制機(jī)械手信號和給注塑機(jī)相應(yīng)的信號、輸入通道檢測接近開關(guān)的信號、液晶用于顯示當(dāng)前機(jī)械手的工作狀態(tài)以及菜單鍵盤用于鍵盤掃描和鍵盤讀取。從功能上看，本控制系統(tǒng)可以分為以下幾個模塊，每一個模塊

36、需負(fù)責(zé)的任務(wù)如下:1)輸入通道 輸入通道負(fù)責(zé)把接收接近開關(guān)的信號和來自注塑機(jī)的控制信號傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，檢測機(jī)械手的動作狀態(tài)。2)輸出通道 輸出通道負(fù)責(zé)把單片機(jī)的輸出控制信號傳輸給機(jī)械手產(chǎn)生相應(yīng)動作、傳輸給注塑機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手和注塑機(jī)的動作配合。3)鍵盤及狀態(tài)燈 在菜單確認(rèn)、光標(biāo)移動、相關(guān)功能設(shè)置和動作編輯等操作中，都需要鍵盤參與，為了合理完成機(jī)械手功能和降低硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，可能有些按鍵還必須具有復(fù)用功能。鍵盤端口主要用于鍵盤掃描、鍵值讀取和狀態(tài)燈編輯接口，狀態(tài)燈用于顯示機(jī)械手和注塑機(jī)的關(guān)鍵信號。采用狀態(tài)燈是為了方便機(jī)械手的故障檢修和動作調(diào)試。4)液晶顯示模塊液晶顯示用于顯示機(jī)械手位置狀態(tài)、運(yùn)

37、行次數(shù)等內(nèi)容。具體模塊圖如下：CPU處理模塊ISP模塊液晶顯示接口液晶顯示鍵盤掃描輸出通道輸入通道近接開關(guān)與注塑機(jī)通訊輸出控制機(jī)械手圖3.1控制板硬件模塊圖 3.3)CPU、ISP、急停、輸入、輸出通道模塊及其電路設(shè)計(jì)3.3.1CPU選用及其性能介紹在當(dāng)前市場上有很多品牌的單片機(jī)，性能優(yōu)良、價格低廉，本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮到要加液晶屏，故選用一款大容量閃存處理器AT89C51. AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將

38、多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，主要特性： ·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) ·數(shù)據(jù)保留時間：10年 ·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ·三級程序存儲器鎖定 ·128×8位內(nèi)部RAM ·32可編程I/O線 ·兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器 ·5個中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式 ·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路3.3.2ISP及其電路設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)中

39、，硬件電路搭建結(jié)構(gòu)，軟件實(shí)現(xiàn)各種具體的功能，在任何一個控制系統(tǒng)中，都少不了軟件和硬件的配合，同樣，本控制系統(tǒng)同樣也需要軟件，在編好軟件代碼后，需要把代碼下載或燒寫到程序存儲器中，方法如下：使用ISP(In-systemProgram，在線系統(tǒng)編程)采用在線系統(tǒng)編程，將程序代碼通過串口直接下載到單片機(jī)ROM中。使用專門的燒寫器和燒寫器供應(yīng)商提供的軟件，把程序代碼燒到單片機(jī)ROM中。程序代碼的不同下載方式并不影響機(jī)械手的正常工作。使用燒寫器，不用設(shè)計(jì)專門的串口電路，但是在每次調(diào)試程序，把程序燒寫到芯片中時，都必須從主控制板上把芯片取下來，放到燒寫器的芯片插座上，這樣頻繁的操作必然不利于程序的調(diào)試和

40、芯片壽命。采用ISP方式，需要自行設(shè)計(jì)一個串口電路，但是帶來的好處是方便程序下載和程序調(diào)試，在機(jī)械手出廠后，如果軟件被無意破壞，不需要拆開換硬件，只需接上電腦，把程序重新下載一遍即可，方便了維修。而且選用的AT89C51支持ISP方式，這款芯片在出廠時，單片機(jī)內(nèi)部固化了BSL(Boot-Strap Loader)引導(dǎo)程序，為了方便程序調(diào)試和升級，選用了ISP方式下載程序代碼。ISP模塊的電路如圖3.2所示圖3.2 ISP電路在線系統(tǒng)編程是通過一個單片機(jī)上的串口和計(jì)算機(jī)上的串口相連，運(yùn)用SST單片機(jī)供應(yīng)商提供的下載軟件，把程序代碼下載到單片機(jī)中。計(jì)算機(jī)的串口用的是RS-232 ，RS-232C在

41、邏輯電平上做了規(guī)定:邏輯1 -5-15邏輯0 +5+15顯然，RS-232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同，所以在圖中，MAX232用于串口RS-232與TTL電平之間的轉(zhuǎn)換。3.3.3急停電路設(shè)計(jì) 單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手用于在注塑機(jī)完成注塑工件后，從模板中取出工件，機(jī)械手運(yùn)動期間，注塑用機(jī)械手不能碰到模板，要按照既定的動作安排，安全可靠地運(yùn)行，當(dāng)注塑機(jī)取模機(jī)械手與注塑模板觸碰時，必然引起上位信號異常，使機(jī)械手和注塑機(jī)停止工作。在異常情況下，還可以通過控制盒上的急停按鈕使得機(jī)械手和注塑機(jī)停止工作。當(dāng)按下機(jī)械手急停按鈕(此時Jl處無連接)，機(jī)械手會立即停止動作

42、，然后給注塑機(jī)發(fā)機(jī)械手急停信號，使注塑機(jī)也停止工作。機(jī)械手急停按鈕接到CPU的外部中斷0，且在軟件上設(shè)置中斷級別最高，當(dāng)急停按鈕彈起時(此時Jl處連接)，控制系統(tǒng)復(fù)位，機(jī)械手和注塑機(jī)可正常工作。其電路設(shè)計(jì)如圖： 圖3.3 緊急停止回路3.3.4輸入通道及其電路設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)的輸入量全是數(shù)字量輸入，外部的數(shù)字輸入量主要來自安裝在注塑機(jī)取模機(jī)械手和注塑機(jī)上的接近開關(guān)。對于數(shù)字輸入量，主要有兩種應(yīng)對方法:1. 非TTL電平信號:光電隔離防抖整形單片機(jī)2 . TTL電平: 光電隔離防抖單片機(jī)在本控制系統(tǒng)中,使用的接近開關(guān)是陽明電機(jī)股份有限公司的PS-05，最大檢測距離是5mm，NPN型，電源為+24

43、V，當(dāng)機(jī)械臂在5mm以外時，輸出為12v,當(dāng)機(jī)械臂在5mm以內(nèi)時，輸出為0V，輸入通道電路設(shè)計(jì)如圖所示： 圖3.4 輸入通道設(shè)計(jì) 在圖中，74LS245為8總線接收/發(fā)送器，內(nèi)部有16個三態(tài)驅(qū)動器，每個方向有8個，可以雙向輸入、輸出。在控制端G（為低電平）有效時，由DIR控制驅(qū)動方向；DIR為“1”時方向從左到右（輸出允許），DIR為“0”時方向從右到左（輸入允許），其數(shù)據(jù)傳輸方向見表3.1所示表3.1 74ls245 真值表傳送方向控制信號LLHDIRLH×BAAB高阻 PC817為光電隔離器，在PC817的兩端無電路連接，各用獨(dú)立的電源和接地端，提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 在光電隔離

44、器的輸入端，通過電阻和接近開關(guān)相連，當(dāng)接近開關(guān)接通時，壓降為0.7V，PC817輸入端最大可承受IA電流，通常不會達(dá)到這么大的電流 在這里，取IOmA，這時光電管的壓降約為IV，可計(jì)算出輸入端的電阻為:在光電隔離器輸入端接入的電阻最好為2.23k以上，考慮到并不是任何一種阻值的電阻都能方便買到，本控制系統(tǒng)中，選擇3.3k。在光電隔離器的輸出端，接上拉電阻，當(dāng)有效信號來到時，輸出端電壓被拉低，輸出端集電極電流最大可達(dá)到50mA，通常不會有這么大電流，輸出端接RC濾波器后，接入74LS245，74LS245輸入高電平電流為20mA，上拉電阻要保證在光電隔離器輸出高電平時，電路中電流不會損壞74LS

45、245，在輸出低電平時，電流不會損壞光電隔離器中的光敏三極管。取輸出端集電極電流為0.5mA，這樣起到上來電阻作用和限流作用，則上拉電阻阻值為: 上拉電阻為9.8k，本控制系統(tǒng)中，取10k。輸入信號來源于安裝在機(jī)械手上的接近開關(guān)和注塑機(jī)上的相關(guān)信號，對于接近開關(guān)上的信號并不是理想的信號跳變，在有效信號來到之前，有一個信號抖動的過程，因此在輸入通道中，針對輸入信號的特殊性，要加入RC電路構(gòu)成一個低通濾波器，繼電器在閉合時會有信號抖動，通常這種抖動在50Hz以上，在這里，取低通濾波器的截至頻率為50HZ，電阻為20OK，則電容為: 根據(jù)計(jì)算，需電容大小為0.016F，取電容為0.022林F，此時的

46、截至頻率為: 滿足設(shè)計(jì)要求。RC低通濾波器結(jié)構(gòu)簡單，當(dāng)信號頻率趨于零時，電容的容抗趨于無窮大，這時通帶放大倍數(shù)趨于1。當(dāng)頻率從零到無窮大時，電壓放大為3.3.5輸出通道及其電路設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)的各輸出通道均為數(shù)字量輸出，主要負(fù)責(zé)控制機(jī)械手動作、向注塑機(jī)發(fā)出協(xié)調(diào)指示信號等。對于數(shù)字量輸出，可按它的流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。來自CPU的數(shù)據(jù)總線輸出鎖存器數(shù)字光電隔離電路輸出驅(qū)動電路電磁閥控制機(jī)械手圖3.5 輸出通道流程 圖3.6輸出通道回路上圖為輸出信道的電路原理圖。其中，AT89C51的P23接到74LS373的輸出允許端口(OC)，接到74LS373的鎖存端。74Ls373是8路鎖存器，C為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng)

47、C為 “1”時，鎖存器輸出通輸入狀態(tài)；當(dāng)C 由“1”變?yōu)椤?”時，數(shù)據(jù)打入鎖存器中。OE為輸出允許端，低電平有效：OE=0時，三態(tài)門打開；OE=1三態(tài)門關(guān)閉，輸出曾高阻。一般在進(jìn)行控制操作時，控制狀態(tài)需要鎖存，直到下次狀態(tài)給出新的值為止。在Jl處接上電磁轉(zhuǎn)向閥，控制機(jī)械手的動作運(yùn)行。74LS373對輸出信號進(jìn)行鎖存，表3.2為74LS373的真值表。表3.2 74LS373輸出內(nèi)部寄存器DLE輸入信號工作方式鎖存寄存器并禁止輸出鎖存并讀寄存器使能并讀寄存器HLLLLLLHLHLLHLLHLHHL/H高阻H H Q1為TIP122，是NPN型達(dá)林頓管，截室電壓為100v，電流為SA，總功耗為65

48、W，用來驅(qū)動后續(xù)的繼電器電路。接入注塑機(jī)的信號都要經(jīng)過繼電器，控制機(jī)械手的信號經(jīng)過電磁換向閥，控制氣路的流向，以達(dá)到控制機(jī)械手的目的。3.4鍵盤、鍵盤端口和狀態(tài)燈及其電路設(shè)計(jì)3.4.1鍵盤、狀態(tài)燈及其電路設(shè)計(jì) 在旋臂式注塑用機(jī)械手控制系統(tǒng)中，采用了動態(tài)菜單導(dǎo)航操作，鍵盤在這種人機(jī)交互過程中起著很重要的作用。同時，對機(jī)械手的動作示教、動作設(shè)置、動作監(jiān)督等都離不開鍵盤，根據(jù)機(jī)械手的功能要求，將鍵盤的按鍵規(guī)劃為以下幾個部分: 操作鍵:操作鍵包括確定鍵、復(fù)位鍵、返回鍵和翻屏鍵，其中確定鍵用于對所設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行確定操作，復(fù)位鍵用于控制系統(tǒng)軟件復(fù)位，返回鍵用于菜單返回，翻屏鍵用于在動作示教、參數(shù)設(shè)置時，一

49、屏無法顯示全部內(nèi)容，采用翻屏的方式顯示下面的內(nèi)容。 動作鍵:8個動作鍵對應(yīng)于單旋臂式注塑機(jī)取模機(jī)械手的8個基本動作，在有些情況下，這8個鍵還對應(yīng)于07的8個數(shù)字按鍵。 方向鍵:4個方向鍵用于控制光標(biāo)移動，完成相關(guān)設(shè)置和選擇功能。綜上所述，系統(tǒng)共使用了16個按鍵，完成控制系統(tǒng)中所有的設(shè)置和選擇。 由于按鍵數(shù)量較多，選擇了4行4列的行列式鍵盤。本控制系統(tǒng)中，有些信號是關(guān)系到機(jī)械手安全工作的重要信號，這些信號不僅在液晶中顯示這些信號的狀態(tài)，在鍵盤板中，設(shè)計(jì)LED燈顯示這些關(guān)鍵信號的狀態(tài)，在液晶損壞的情況下，這些關(guān)鍵信號可以通過鍵盤板上LED燈的亮滅來反應(yīng)關(guān)鍵信號的變化。這些關(guān)鍵信號包括: 夾檢測:表

50、示機(jī)械手夾取工件時，檢測是否夾住工件 開模完:檢測注塑機(jī)開模是否完成 可關(guān)模:由單片機(jī)告訴注塑機(jī)，可以進(jìn)行關(guān)模動作 安全門:檢測注塑機(jī)的安全門是否關(guān)閉 可頂出:由單片機(jī)告訴注塑機(jī)頂針，可以頂出工件 在這些信號當(dāng)中，夾檢測是在機(jī)械手每次完成取模動作后，機(jī)械手運(yùn)行到上行位置時才檢測，如果沒有檢測到吸有效或夾有效，則注塑機(jī)和機(jī)械手必須停止工作，找到未取出的注塑工件。 開模完和允許關(guān)模信號是完成機(jī)械手和注塑機(jī)配合工作的關(guān)鍵信號，如果這些信號出現(xiàn)問題而又沒有在軟件和硬件上又相應(yīng)的措施，機(jī)械手有可能和注塑機(jī)模板的碰撞，造成事故發(fā)生。 安全門信號關(guān)系到工作人員的安全，當(dāng)工作人員打開注塑機(jī)安全門，注塑機(jī)和機(jī)械

51、手必須停止工作，否則會危害人身安全。 可頂出信號是在吸取注塑工件前，頂針頂出工件，然后吸盤吸住工件，完成取工件的動作。如果工件沒有順利頂出，會影響后面的注塑工作，這時，必須停機(jī)檢查故障原因。 在鍵盤板安裝這5個LED顯示關(guān)鍵信號，方便檢修。3.4.2鍵盤接口及其電路設(shè)計(jì) 針對鍵盤板，有專門的鍵盤接口，完成鍵盤掃描、鍵值讀取和狀態(tài)燈顯示。鍵盤接口部分的電路如圖： 圖3.7 鍵盤接口如圖所示，用AT89S51的并行口P2接4×4矩陣鍵盤，以P2.0P2.3作輸入線，以P2.4P2.7作輸出線；其中的每個按鍵代表“0F”序號。對應(yīng)的按鍵的序號排列如圖所示 0上行1下2旋入3旋出4進(jìn)5退6夾

52、7吸89ABCDEF圖3.8鍵盤表其中的每個鍵值代表一種輸入狀態(tài)，本系統(tǒng)有九個輸入點(diǎn)，分別對應(yīng)鍵值0到9，其余幾個為備用鍵值，在本系統(tǒng)板中暫用不到。行列式鍵盤要注意一個問題就是多鍵按下時的鍵值處理問題，在本控統(tǒng)中，不需要同時按下多個按鍵的操作。按行列式鍵盤理論，如果進(jìn)行了誤操作，有可能出現(xiàn)鍵值誤判，這個問題本系統(tǒng)由軟件處理來解決而沒有硬件方式。軟件處理的主要思路是:按鍵放開時有效忽略多鍵輸入操作3.5液晶顯示端口及其電路設(shè)計(jì) 此控制系統(tǒng)的液晶顯示部分采用的COMMAX公司的液晶屏，并行接口，液晶屏幕為的128x64，不帶中文字庫，可顯示4行，每行顯示8個漢字或16個字母，其引腳說明如表在表3.

53、4中，液晶接口的引腳3要外接一個20K的電阻，通過這個電阻可以調(diào)節(jié)液晶的對比度;引腳4的低電平表示輸入的是命令，高電平表示輸入的是數(shù)據(jù);引腳5高電平表示數(shù)據(jù)讀，低電平表示數(shù)據(jù)寫;引腳6下降沿是信號使能有效;兩個片選端都是高電平有效;復(fù)位端低電平有效;背光電源要串連一個34歐姆的限流電阻。JP3接上一個撥動開關(guān)，當(dāng)斷開開關(guān)時，液晶屏背光被關(guān)閉，同時通過74LS14觸發(fā)外部中斷l(xiāng)，由于外部中斷1的中斷級別低，所以不影響中斷級別比它高的定時中斷0和定時中斷1，也就不影響機(jī)械手的動作。這樣設(shè)計(jì)的目的主要是在機(jī)械手正常運(yùn)作時，不需要時刻查看液晶屏，當(dāng)不需查看液晶屏?xí)r，關(guān)閉液晶背光，降低功耗。表3.3 夜

54、晶接口說明引腳 名稱 方向 說明 引腳 名稱 方向 說明12345678910VssVddV0D/IR/WEDB0DB1DB2DB3IIIIIIIIII 地電源（+5v）夜晶對比度調(diào)節(jié)命令數(shù)據(jù)選擇位讀寫選擇位信號使能位數(shù)據(jù)0數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)311121314151617181920DB4DB5DB6DB7CS1CS2RESVEEAKIIIIOIIIIII IIIIIIII數(shù)據(jù)4數(shù)據(jù)5數(shù)據(jù)6數(shù)據(jù)7片選1片選2復(fù)位對比度電源背光電源背光地根據(jù)這塊液晶屏的資料提供的端口標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了液晶的接口模塊如圖 圖3.9 液晶接口電路圖中74LS245用于擴(kuò)展一個輸出口，該端口要傳輸指令和需要顯示的數(shù)據(jù)，只寫，74LS245被CPU的F0口直接選定，只有在P2.0有效(低)時，CPU才能訪問液晶顯示模塊，DIR表示數(shù)據(jù)傳輸方向。 通常在設(shè)置好機(jī)械手的動作模式、每個動作的延遲時間和運(yùn)動次數(shù)等