機(jī)械手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

周旺

摘 要：眾所周知，隨著我國(guó)社會(huì)市場(chǎng)主義經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)得到了質(zhì)的飛躍。工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械手爪的應(yīng)用非常頻繁，機(jī)械手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文主要介紹機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)原理以及分析機(jī)械手爪的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，最后提出機(jī)器手爪在工業(yè)生產(chǎn)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械手爪；單片機(jī)；控制系統(tǒng)；應(yīng)用

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展的社會(huì)背景下，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)也在不斷發(fā)展?？茖W(xué)技術(shù)是我國(guó)的第一生產(chǎn)力，機(jī)械手爪與科學(xué)技術(shù)之間的關(guān)系是緊密聯(lián)系、息息相關(guān)的。今天，本文就以“機(jī)械手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)”為主題進(jìn)行探析。首先，對(duì)機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的概述。隨之，對(duì)機(jī)械手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。最后，結(jié)合以上來(lái)探索機(jī)器手爪在工業(yè)生產(chǎn)中的主要應(yīng)用。

一、分析機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)原理

很容易發(fā)現(xiàn)，此機(jī)械手爪的結(jié)構(gòu)選用的是雙四連桿進(jìn)行平行移動(dòng)的一種外夾式轉(zhuǎn)動(dòng)夾緊結(jié)構(gòu)，特征顯示為兩個(gè)手指的結(jié)構(gòu)。手爪進(jìn)行展開(kāi)、閉合的空間范圍比較大、重量比較輕、工作效率較高，具備高強(qiáng)度的特點(diǎn)。機(jī)械手爪的運(yùn)動(dòng)特征表現(xiàn)如下：首先采取直線形式進(jìn)入到電機(jī)1的拉桿處，和套筒以及支架式共同使用一個(gè)軸，需要注意的是這個(gè)時(shí)候的支架其實(shí)是一個(gè)空軸的結(jié)構(gòu)。隨后當(dāng)電機(jī)1的拉桿進(jìn)行拓展延伸的時(shí)候，手指會(huì)隨之向外展開(kāi)。反之一樣，當(dāng)電機(jī)1的拉桿進(jìn)行收縮的時(shí)候，手指會(huì)隨之進(jìn)行閉合，從而保障手指能夠正常進(jìn)行展開(kāi)、閉合的工作。當(dāng)目標(biāo)物體被夾住后，壓力傳感器2會(huì)自動(dòng)檢查電機(jī)工作的運(yùn)動(dòng)情況。

二、機(jī)械手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1.機(jī)器手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理

設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合機(jī)器手爪的運(yùn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)以及單片機(jī)的含義，設(shè)計(jì)出一個(gè)含有自動(dòng)功能以及手動(dòng)功能的步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要在設(shè)計(jì)過(guò)程中還需要把握好機(jī)器人手爪的閉合空間范圍，保障其能夠自動(dòng)報(bào)警。步進(jìn)電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)示意圖，我們可以發(fā)現(xiàn)機(jī)器人手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理。

2.機(jī)器爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

一般情況下，機(jī)器手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)是由運(yùn)動(dòng)部分、位置檢測(cè)部分、顯示通信部分以及功率放大部分共同組成的。本文設(shè)計(jì)選擇的單片機(jī)為MCS-51、步進(jìn)電機(jī)為L(zhǎng)298.步進(jìn)電機(jī)L298里有四個(gè)通道的邏輯驅(qū)動(dòng)電路，能夠直接將兩個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)L298還能夠?qū)㈦姼行载?fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從不同的腳下管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而能夠?qū)㈦娏鹘舆M(jìn)，取得相應(yīng)的電阻，最后構(gòu)成一種電流傳感信號(hào)。除此之外，步進(jìn)電機(jī)L298還能夠?qū)ζ渌_下管入手，展開(kāi)相應(yīng)工作，步進(jìn)電機(jī)的具體驅(qū)動(dòng)電路連接如圖1所示：

3.機(jī)器手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

一般情況下，機(jī)器手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)是由初始化部分、壓力檢測(cè)運(yùn)動(dòng)控制部分以及顯示通信部分共同組成的。機(jī)器手爪的單片機(jī)需要結(jié)合位置檢測(cè)部分得到的結(jié)果信息，來(lái)隨之了解到機(jī)器手爪的速度以及具體位置的準(zhǔn)確信息，從而形成機(jī)器手爪的速度曲線，能夠有效控制機(jī)器手爪的位置。我們可以分析步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配、顯示其顯示方式以及系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的流程圖來(lái)進(jìn)行機(jī)器手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)部分，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配

一般情況下，步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行脈沖分配可以采用軟件方法以及硬件方法。所謂軟件方法，其實(shí)就是指結(jié)合已知通電換向的順序來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的脈沖進(jìn)行有效控制。圖四就是運(yùn)用軟件方法的一個(gè)完整示意圖，通過(guò)單片機(jī)的四條線向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出來(lái)控制脈沖。

顯示方式顯而易見(jiàn)，LED顯示器是常用的一種顯示器，其顯示方式分為動(dòng)態(tài)與靜態(tài)。當(dāng)LED顯示器顯示任何一個(gè)字母符號(hào)的時(shí)候，其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通或者是截止兩種不同的狀態(tài)。比如，當(dāng)顯示器的A、B、C、D、E、F、G是導(dǎo)通狀態(tài)，H為截至狀態(tài)，顯示為零。

（2）系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的具體流程圖

三、機(jī)器手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用

眾所周知，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)。工業(yè)生產(chǎn)中高頻率運(yùn)用到機(jī)器手爪，將其應(yīng)用到負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和取出零件的機(jī)器人身上。機(jī)器人能夠輕易將機(jī)器手爪接觸到目標(biāo)零件，機(jī)器手爪結(jié)合電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，能夠有效將目標(biāo)物體夾緊。最后，機(jī)器手爪通過(guò)機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠?qū)⒛繕?biāo)物體進(jìn)行存儲(chǔ)取出。并且，通過(guò)調(diào)查機(jī)器手爪的具體使用情況，我們可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)器手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠有效應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中，具備高可靠性、工作效率高以及操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)器手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)具備一些優(yōu)勢(shì)，包含有硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易理解、成本低、控制質(zhì)量高以及可靠性高等。將其應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，能夠有效促進(jìn)工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，操作方便，控制質(zhì)量得以保障。

參考文獻(xiàn)

[1]聞鴻鵬，王勁松，高猛等.搬運(yùn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的研究[J].機(jī)械與電子，2011，（9）：66-68.

[2]王慧東，楊冬英.機(jī)械手爪的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與信息工程，2010，31（1）：23-25.

[3]郭雷.五自由度串聯(lián)機(jī)器人開(kāi)放式控制系統(tǒng)的研究[D].東北大學(xué)，2008.