注塑机取模机械手控制系统(2)

摘要机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。单旋臂式注塑机取模机械手是一种抓取注塑工件的机械手,该机械手占用空间小，稳定性好、效率高，是注塑行业抓取注塑工件不可缺少的自动化设备，该机械手以气动方驱动，简单可靠，操作、维修方便。有较好的市场应用前景。本文主要介绍基于单片机的单旋臂式取模机械手的控制板的设计，采用直接控制结构，完成了硬件电路设计，包括时钟复位电路、输入输出通道、液晶接口、键盘接口、串口下载等，包括菜单、机械手动作位置监督、故障报警等相关功能。整个控制系统结构简洁、各模块功能明确。机械手采用的不同硬件结构，针对目前开发的单悬臂式注塑机取模机械手控制板提出了相应解决方案。该控制板采用模块化的电路设计各部分功能明确。同时，考虑到注塑机取模机械手恶劣的工作环境，在硬件上加入了抗干扰设计，有效提高系统的抗干扰能力。在软件方面，不但满足了机械手的动作要求，也加入了抗干扰设计，弥补硬件抗干扰的不足。整个控制系统调试完成，基本完成机械手的各功能要求。关键词:单片机;注塑机取模机械手;模块化；抗干扰AbstractThetake-outrobotforPlastieinjection15arobotforgrabatworkPieceofPlasticinjection.TherobottakeuPthesmallsPaee，goodStability，highefficieney，it15indispensableautomationequipmentsinplastieinjectionfleld.Therobotdrivewiththeairpressure，simpleanderedibilitywouldbeservieeeonvenienee.Directeontrolstrueture15usedintheeontrolsystem，asatake一outrobotforPlastieinjection，hardwaredesignincludetheinPut，outPut，LCDdisPlay，keyboard，ISP，soflwaredesignineludealarm，malfunetionreasondisPlay，teaeh，ete.Thestrueture15eoneision.Thefunctionofeachmold15exPlieit.AfterinirodueethePresenteonditionandexistentProblemoftake一outrobotforPlastieinjeetion，thearticleillustrateddifferenthardwarestructureandProPosedthewaytosolVeProblem.ThehardwarePartoftheeontrolsystemchoosesdireeteontrolstrueture，meanwhile;thePlanforconsideranti一inierferencedesignareusedforcancelingthebadenvironmentoftherobotworking.Also，Providefriendlyinierfaeeforshortenthetimeofstudyabouttherobotandsoftwareanii一interfereneedesignformakeuPthewea比essofthePartofhardwaredesign.ComPletethesystemadjustsandRealizationfunetionoftherobot.KeyWords:MCU:take-outrobotforPlastieinjeetion;anti-inierfereneee目录第一章绪论1.1注塑机取模机械手的发展历程与现状1.2课题的来源及任务1.2.1课题的来源1.2.2课题完成的任务1.3课题的意义第二章注塑机取模机械手控制板的总体设计2.1控制板的总体方案2.1.1机械手控制板典型方案2.1.2常用核心处理器2.1.3本控制板采用的方案及选用的核心处理器2.2控制板功能及基本解决方案2.2.1控制板功能要求2.2.2控制板基本解决方案2.3系统的组成框图第三章注塑机取模机械手控制系统的硬件设计3.1引言3.2硬件模块设计................3.3CPU、ISP、急停、输入、输出通道模块及其电路设计3.3.1CPU选用及其性能介绍3.3.2ISP及其电路设计3.3.3急停电路设计3.3.4输入通道及其电路设计3.3.5输出通道及其电路设计3.4键盘端口和状态灯及其电路设计3.4.1键盘、状态灯及其电路设计3.4.2键盘接口及其电路设计3.5液晶显示端口及其电路设计第四章注塑机取模机械手控制系统的软件设计4.1引言4.2软件总体设计4.2.1功能性设计4.2.2可靠性设计4.2.3运行管理设计4.3机械手控制系统的软件模块设计和开发平台、编程语言4.3.1软件模块设计4.3.2开发平台和开发语言4.4机械手急停程序设计4.5机械手动作程序设计4.6键盘扫描和键盘读取模块4.6液晶显示模块第五章注塑机取模机械手控制系统的软、硬件抗干扰设计5.1引言5.2挑选合适的元器件5.2.1元器件的失效机理5.2.2元器件的选择5.2.3降额设计5.3抗干扰措施5.3.1光电隔离5.3.2去祸电容、旁路电容、磁珠5.3.3地线安排5.3.4看门狗技术第六章总结致谢参考文献附录第一章绪论本章简要介绍了国内外注塑用机械手的发展历程和未来的发展方向在深入分析目前国内对于注塑机用机械手技术现状和市场需求之间的关系和矛盾的基础上介绍了本课题的来源并描述了本课题的意义和及所要完成的具体工作。1.1工业机械手的发展历程与现状机械手是能够模仿人手和手臂的功能，按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。它可以部分或全部代替人力，从事一些单调、繁重的重复性劳动，实现生产的机械化和自动化，能在有害环境中操作得以保护人身安全当前正广泛用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。工业机械手最早应用在汽车制造工业，常用于焊接、喷漆、上下料和搬运。工业机械手延伸和扩大了人的手足和大脑功能，它可替代人从事危险、有害、有毒、低温和高热等恶劣环境中的工作;代替人完成繁重、单调重复劳动，提高劳动生产率，保证产品质量。目前主要应用于制造业中，特别是电器制造、汽车制造、塑料加工、通用机械制造及金属加工等工业。工业机械手与数控加工中心，自动搬运小车与自动检测系统可组成柔性制造系统和计算机集成制造系统，实现生产自动化。随着生产的发展，功能和性能的不断改善和提高，机械手的应用领域日益扩大。早在上个世纪40年代，美国在原子能实验中，率先采用机械手搬运放射性材料，工作人员在安全室操纵机械手完成各种动作和实验，其控制系统采用遥控操作方式。遥控操作方式是一种最简单的机械手控制形式，机械手(执行机构)通过机械或电动等仿形机构，跟踪操作人员的手臂(操作机)动作。其突出特点是机械手工作过程中需要人的参与，能够充分发挥人的视觉、听觉等器官的传感与检测能力，以及人脑的思维、判断与决策能力。但因为其对人的依赖，自动化程度不高。50年代后，机械手逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置，在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。在这些机械手系统中，普遍采用了继电逻辑控制或计算机逻辑控制，机械手按照事先编制好的控制逻辑，自动完成顺序动作。进入20世纪90年代，由于具有一般功能的传统工业机器人的应用趋向饱和，而许多复杂操作或特种应用却需要具有一定智能的机器人参与，使智能机器人获得较为迅速的发展。智能机器人的机械部分与机械手并无本质区别，但控制系统发生了根本性的变化。智能机器人不仅能够根据事先编制的程序实现预定的动作，同时能够探测工作过程中周围工作条件的变化，自动修正运动参数或运动规律。近几年，中国注塑机发展迅猛，每年都以超过30%的速度增长。随着产业的发展，用户对注塑机自动化程度的要求也越来越高。一个大型的注塑企业通常会有几十甚至几百台注塑机需要管理，无论是从生产安全、生产效率还是从产品品质的角度来看，都不可能用人手来取产品，这个时候就迫切需要用到注塑机取模机械手采用该机械手取工件，不仅大大提高了生产效率，而且大量节省了操作员工，提高了操作人员的安全性和舒适程度。目前，我国内地仅有少数几个企业通过仿制的方式在生产注塑机机械手，大量的产品依靠台湾、日本和欧美进口。进口机械手不仅成本高昂，其设计思路更适合西方人的思维却不太适合中国人的操作习惯。目前国内开发的机械手控制系统在稳定性方面有所欠缺，而作为控制部件的主要部分的控制板的要求更高，研制与开发一种工作效率高、成本低，性能稳定的注塑机取模机械控制板难度加大。1.2课题的来源及任务1.2.1课题的来源中国改革开放20多年来，塑料加工行业得到了迅猛的发展，同时，注塑成型设备的自动化程度也越来越高。为了适应这种发展趋势，越来越多从事塑料加工行业的厂商在其注塑机上都配备了注塑机取模机械手，以减轻繁重的体力劳动、改善劳动条件和安全生产、提高注塑成型机的生产效率、稳定产品品质、降低废品率、降低生产成本、增强企业的竞争力。机械手可以完成注塑生产过程中的多个工序。在我国，目前注塑机取模机械手主要用于快速地从模具中取出工件并且送到下一个工位上。一个注塑用机械手通常可由执行系统、驱动系统和控制系统等部分组成其中:l)执行系统是机械手抓取或释放工件、实现机械手动作的系统，通常由臂部、腕部和手部等部件组成。手部是用来抓持工件(或工具)的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构使手部完成各种转动(摆动)、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式。2)驱动系统是为执行系统的各个部件提供动力的系统，有气动、液压、电动和机械等形式。气动式速度快、成本低、结构相对简单而且有较高的重复定位精度;而液压式臂力大，定位精度高，可以实现连续控制，但是容易漏油，造成污染。3)控制系统对驱动系统进行控制，使执行系统按照预定的要求而运动。主控制板的设计是系统的主要控制部件，包括位置检测装置和程序控制两部分，通常采用点位控制和连续轨迹控制两种方式。注塑机取模机械手的技术参数影响到机械手的整体工作性能:1)抓重是指机械手抓取制品的额定重量或载荷，通常，注塑机取模机械手的最大抓重是2千克(包括夹具重量)。2)机械手臂的运动参数是指机械手的上下行程、引拔行程、旋入旋出角度等参数。3)定位精度是指机械手的位置设定精度和重复定位精度。以上的几个技术参数主要通过机械的方式来达到，作为注塑机取模机械手控制板的设计，主要关注以下的几个问题:1)机械手的工作效率在很大程度上决定了工厂生产注塑工件的效率，机械手完成一套动作的时间成为循环时间，循环时间越短，机械手工作效率越高，单位时间内完成的取模动作就越多，当然，在具体工作过程中，这个时间还要取决于注塑机的注塑周期。2)随着注塑机取模机械手的普及化，其市场需求量剧增，整体价格不断下调，为了占领国内的注塑机取模机械手市场，在开发机械手控制板时，必须在满足机械手性能的前提下，尽量降低成本。3)机械手在抓取工件时，一个典型的工作循环可能是:机械手收到注塑机开模完信号，机械手下降、前进、机械手夹取工件、机械手后退、上升、检测是否夹住了工件、机械手收到一次上位信号，注塑机关模、机械手旋出、下降、机械手放工件、机械手上升、触发二次上位信号、机械手旋入，然后等待注塑机的开模信号。机械手与注塑机配合工作，保证机械手运行的稳定性至关重要，如果出现注塑机关模时机械手还停留在