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《注塑機(jī)單軸伺服機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、注塑機(jī)單軸伺服機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)注塑機(jī)的自動(dòng)取料，采用單片機(jī)和CPLD構(gòu)成了伺服機(jī)械手控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)過程。該控制系統(tǒng)已經(jīng)在生產(chǎn)中應(yīng)用，性能穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期的功能和控制精度。引言注塑機(jī)專用機(jī)械手是能夠模仿人體上肢的部分功能，可以對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制使其按照預(yù)定要求輸送制品或操持工具進(jìn)行生產(chǎn)操作的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。注塑機(jī)機(jī)械手通常由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是機(jī)械手取放物品，完成各種動(dòng)作的機(jī)械結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。動(dòng)力有氣動(dòng)、液壓、電動(dòng)等形式。控制系統(tǒng)對(duì)驅(qū)
2、動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按指定的動(dòng)作運(yùn)行。1控制系統(tǒng)總體方案控制系統(tǒng)采用兩塊78e516單片機(jī)作為核心微處理器，其中手動(dòng)控制盒主要負(fù)責(zé)人機(jī)交流，包括鍵盤掃描，LCD頁(yè)面顯示、串口通信等；主控鋼板是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)控制自動(dòng)控制流程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換、手動(dòng)控制的執(zhí)行、伺服電機(jī)控制和開關(guān)量的輸入輸出，并且負(fù)責(zé)將當(dāng)前狀態(tài)、位置等數(shù)據(jù)上傳至手動(dòng)控制盒以供顯示?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。點(diǎn)擊圖片查看大圖圖1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2主控制板硬件設(shè)計(jì)根據(jù)主控制板的功能要求分析，將主控制板硬件電路分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。各模塊功能相對(duì)獨(dú)立，彼此
3、協(xié)作完成完整的系統(tǒng)功能。在需要修改系統(tǒng)方案或者改變系統(tǒng)功能時(shí)，模塊化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也能較小工作量，提高工作效率。每個(gè)模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)，單獨(dú)調(diào)試，提高了系統(tǒng)開發(fā)的成功率，同時(shí)也保證了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。根據(jù)注塑機(jī)取出機(jī)械手的具體功能要求，主控制板硬件電路可劃分為以下7個(gè)模塊，如圖2所示。點(diǎn)擊圖片查看大圖圖2機(jī)械手主控制鈑硬件電路框圖1)CPU處理模塊CPU處理模塊是整個(gè)主控制板的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)機(jī)械手的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行控制。同時(shí)和上位機(jī)的通信以及和注塑機(jī)的通信。由于本系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)量很大，所以CPU模塊還需要擴(kuò)展外部RAM和
4、ROM。2)開關(guān)量輸入模塊機(jī)械手運(yùn)行時(shí)的定位，用到了大量的電磁接近開關(guān)，主控制板需要讀取這些接近開關(guān)的狀態(tài)，從而確定機(jī)械手的位置，判斷下一步進(jìn)行的操作。同時(shí)，來自注塑機(jī)的一些信號(hào)，比如開模完信號(hào)，也是以開關(guān)量的形式傳送給主控制板的。在整個(gè)機(jī)械手控制系統(tǒng)中，需要接收的出入開關(guān)量有32個(gè)。3)開關(guān)量輸出模塊本單軸伺服橫走機(jī)械手的大部分運(yùn)動(dòng)是靠氣缸驅(qū)動(dòng)的。CPU根據(jù)讀取到的機(jī)械手當(dāng)前狀態(tài)，按照規(guī)定的動(dòng)做流程，判斷一下步需要執(zhí)行的動(dòng)做。這些動(dòng)作指令以開關(guān)量的形式輸出，送給電磁閥，通過電磁閥的開啟和閉合控制啟動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)，從
5、而控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。在整個(gè)機(jī)械手控制系統(tǒng)中，需要輸出的開關(guān)量有48個(gè)。4)伺服電機(jī)控制模塊本機(jī)械手的伺服系統(tǒng)采用松下A5系列伺服電機(jī)和伺服控制器，工作在位置控制模式。這就要求何服電機(jī)控制模塊產(chǎn)生用于控制伺服電機(jī)的脈沖。為了提高控制的精確性，還需要讀取伺服電機(jī)的光電編碼器產(chǎn)生的脈沖，形成閉環(huán)控制。由于對(duì)脈沖的產(chǎn)生和計(jì)數(shù)精度要求很高，產(chǎn)生的脈沖頻率也比較高。所以在伺服電機(jī)控制模塊，采用2片CPLD作為主要控制器件。5)數(shù)據(jù)總線模塊由于整個(gè)主控制板上有RAM,ROM,32個(gè)輸入開關(guān)量、48個(gè)輸出開關(guān)量、CPLD等多個(gè)模
6、塊需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，所以設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)總線，合理的分配地址，安排好各數(shù)據(jù)模塊和CPU之間的通信是非常重要的。6)通信模塊主控制板是安裝在機(jī)械手的電控箱內(nèi)部的，直接控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)，但是運(yùn)行模式的設(shè)置、手動(dòng)運(yùn)行的指令發(fā)出和機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視都是在手動(dòng)控制盒上完成的。所以需要設(shè)計(jì)主控制板和手動(dòng)控制盒之間通信的模塊。7）電源模塊電源模塊負(fù)責(zé)給整個(gè)控制系統(tǒng)供電。MCL3需要+5V供電，CPLD需要+3.3V供電，給中繼板的信號(hào)需要驅(qū)動(dòng)繼電器，需要±12電源，和手動(dòng)控制盒的通信采用RS422通信，需要±12V供電。這些電壓
7、都需要由電源模塊產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電壓的穩(wěn)定。3主控制板軟件設(shè)計(jì)在機(jī)械手正常的工作流程中，需要控制機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)流程，需要檢測(cè)機(jī)械手的狀態(tài)，需要進(jìn)行通信等這些常規(guī)操作。同時(shí)需要處理伺服報(bào)警、手動(dòng)急停、注塑機(jī)急停等突發(fā)狀況。并且還需要有看門狗、軟件陷阱、掉電保護(hù)、熱啟動(dòng)時(shí)的系統(tǒng)恢復(fù)等軟件抗干擾措施。由于需要執(zhí)行的進(jìn)程較多，并巨沒有操作系統(tǒng)支持，所以需要為整個(gè)程序設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的運(yùn)行模式，在保證正常流程運(yùn)行的同時(shí)，又能保證那些實(shí)時(shí)性要求比較高的程序能夠及時(shí)得到響應(yīng)。在程序設(shè)計(jì)時(shí)采用了前、后臺(tái)程序的設(shè)計(jì)思想。其結(jié)構(gòu)示意圖
8、如圖3所示。點(diǎn)擊圖片查看大圖圖3分層控制運(yùn)行模式根據(jù)整個(gè)軟件系統(tǒng)的功能需求，把程序劃分成了具有不同優(yōu)先級(jí)的程序模塊。這些模塊包括:初始化模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、伺服電機(jī)控制模塊、有限狀態(tài)機(jī)模塊、定時(shí)管理模塊、監(jiān)控模塊、流程控制模塊、通訊模塊和急停處理模塊等，這些程序模塊之間的連接采用分層控制的思想，分成物理層、邏輯控制層和應(yīng)用層。分層結(jié)構(gòu)如圖4所示。點(diǎn)擊圖片
