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【摘 要】设计了一种基于AT89S52单片机的平面搬运机械手控制系统，采用两个步进电机控制机械手臂在X轴和Y轴上精确移动，完成对平面上指定方位物件的抓取和搬运功能，并能在人性化的操作界面下实现智能监控。
【关键词】机械手；单片机；控制系统
工业机械手是一种能够自动控制、可重复编程、可在三维空间完成各种作业的自动化生产设备。它能模仿人手臂的某些动作，按固定程序指令抓取、搬运物件或操作工具。机械手特别适合于多品种、变批量的柔性生产，可长时间进行循环工作，减轻人的工作劳动强度，避免人大量重复性的工作，并在某些高温、有毒、危险的环境中完成人所不能进行的工作。
本文设计了一种可对目标物体进行稳定抓取的小型化、轻量化的机械手系统。采用AT89S52单片机作为整个系统的控制器，通过给电机驱动芯片发送脉冲信号，经驱动芯片放大后输出给步进电机带动机械手，实现了对平面内物体的搬运，达到了良好的控制效果。
一、机械手控制系统总体方案设计
分别采用两个滑杆作为机械手的手部与臂部，单片机同时控制两个步进电机正反转以驱动机械手手部与臂部的运动。其中，步进电机1控制臂部左右移动，步进电机2控制手部上升下降。机械手搬运系统结构图如图1所示：
从图1中可以看出，机械手主要完成将工件从右工作台搬运至左工作台的功能。通过键盘设定X-Y轴坐标，机械手自动移动至设定坐标抓取工件，并将工件抓回设定坐标放下，通过改变步进电机的脉冲频率可以调节电机转速。
机械手的运动流程可分为8个动作，分别是从原点出发，臂部伸出到指定位置，手部下降到指定位置，爪机抓取工件，延时一段时间等待爪机抓好工件后，手部开始上升，等手部收回动作完成后，臂部开始收回至原点位置处，原点即为左工作台的位置，手部下降放下并延时等待爪机放松工件，最终手部再上升回原点位置，完成整个的搬运动作。机械手运动流程图如图2所示：
二、机械手系统功能模块的实现
（一）单片机最小系统
单片机最小系统包括：复位电路，晶振电路等基本电路。采用12MHZ频率的晶振，机器周期为1us，振荡电容C2、C3为30pF。单片机P0口接上拉电阻后作为LCD1602的数据端，P1口连接键盘，P2口的输出作为步进电机驱动芯片的输入。
（二）步进电机驱动控制电路
采用28BYJ48型步进电机作为机械手的执行机构，两个步进电机分别驱动机械手的臂部与手部，以使机械手能够沿X轴或Y轴运动。步进电机28BYJ48型四相八拍永磁式减速步进电机，电压为DC5V-DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。本系统通过两个步进电机的正反转实现对物体的搬运。
（三）控制键盘及显示器的设计
采用4×4的矩阵键盘，键盘按键共四个引脚，相互垂直的两个引脚导通。按键的消抖采用了软件消抖的方式，即每次扫描到按键导通都会延时10ms，延时后再次检测按键是否导通，如果仍然导通，则输出对应的键值。当有一个按键按下时，其余按键都停止扫描，所以一次只能扫描输出一个键值。本系统采用键盘输入三位的位移值，并由步进电机执行位移值。机械手控制系统采用LCD1602液晶显示，分别显示两行，第一行的值为矩阵键盘输入的三位设定值，第二行为手部的实时位置。
三、机械手软件设计
机械手控制系统通过单片机控制电机的正反转来实现机械手臂部和手部的伸缩和上升下降，然后通过电磁铁控制爪机的抓取和放松，从而实现整个机床平面搬运机械手的工件搬运动作。搬运机械手控制系统的程序流程如图3所示。
四、结束语
设计并介绍了一种基于单片机控制的平面搬运机械手系统，实现了对平面内指定工件搬运的精确控制和搬运过程的状态显示。系统操作方便、稳定可靠，可广泛应用于科研教学实践和工业生产过程中。
参考文献：
[1]沈志雄.金屬切削机床主要性能参数金属切削机床应用设计[M].机械工业出版社，2012
[2]杨入清.现代机械设计系统与结构[M].上海科学技术文献出版社，2000
[3]郑学坚，周斌.微型计算机原理及应用[M].清华大学出版社，2003
[4]姚国强，钱锐，陆成鹰.机电设备的单片机控制技术[M].辞学出版社，2006
[5]张长海，赵大鹏，陈娟.大学计算机程序设计基础：C语言[M].清华大学出版社，2009
【关键词】机械手；单片机；控制系统
工业机械手是一种能够自动控制、可重复编程、可在三维空间完成各种作业的自动化生产设备。它能模仿人手臂的某些动作，按固定程序指令抓取、搬运物件或操作工具。机械手特别适合于多品种、变批量的柔性生产，可长时间进行循环工作，减轻人的工作劳动强度，避免人大量重复性的工作，并在某些高温、有毒、危险的环境中完成人所不能进行的工作。
本文设计了一种可对目标物体进行稳定抓取的小型化、轻量化的机械手系统。采用AT89S52单片机作为整个系统的控制器，通过给电机驱动芯片发送脉冲信号，经驱动芯片放大后输出给步进电机带动机械手，实现了对平面内物体的搬运，达到了良好的控制效果。
一、机械手控制系统总体方案设计
分别采用两个滑杆作为机械手的手部与臂部，单片机同时控制两个步进电机正反转以驱动机械手手部与臂部的运动。其中，步进电机1控制臂部左右移动，步进电机2控制手部上升下降。机械手搬运系统结构图如图1所示：
从图1中可以看出，机械手主要完成将工件从右工作台搬运至左工作台的功能。通过键盘设定X-Y轴坐标，机械手自动移动至设定坐标抓取工件，并将工件抓回设定坐标放下，通过改变步进电机的脉冲频率可以调节电机转速。
机械手的运动流程可分为8个动作，分别是从原点出发，臂部伸出到指定位置，手部下降到指定位置，爪机抓取工件，延时一段时间等待爪机抓好工件后，手部开始上升，等手部收回动作完成后，臂部开始收回至原点位置处，原点即为左工作台的位置，手部下降放下并延时等待爪机放松工件，最终手部再上升回原点位置，完成整个的搬运动作。机械手运动流程图如图2所示：
二、机械手系统功能模块的实现
（一）单片机最小系统
单片机最小系统包括：复位电路，晶振电路等基本电路。采用12MHZ频率的晶振，机器周期为1us，振荡电容C2、C3为30pF。单片机P0口接上拉电阻后作为LCD1602的数据端，P1口连接键盘，P2口的输出作为步进电机驱动芯片的输入。
（二）步进电机驱动控制电路
采用28BYJ48型步进电机作为机械手的执行机构，两个步进电机分别驱动机械手的臂部与手部，以使机械手能够沿X轴或Y轴运动。步进电机28BYJ48型四相八拍永磁式减速步进电机，电压为DC5V-DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。本系统通过两个步进电机的正反转实现对物体的搬运。
（三）控制键盘及显示器的设计
采用4×4的矩阵键盘，键盘按键共四个引脚，相互垂直的两个引脚导通。按键的消抖采用了软件消抖的方式，即每次扫描到按键导通都会延时10ms，延时后再次检测按键是否导通，如果仍然导通，则输出对应的键值。当有一个按键按下时，其余按键都停止扫描，所以一次只能扫描输出一个键值。本系统采用键盘输入三位的位移值，并由步进电机执行位移值。机械手控制系统采用LCD1602液晶显示，分别显示两行，第一行的值为矩阵键盘输入的三位设定值，第二行为手部的实时位置。
三、机械手软件设计
机械手控制系统通过单片机控制电机的正反转来实现机械手臂部和手部的伸缩和上升下降，然后通过电磁铁控制爪机的抓取和放松，从而实现整个机床平面搬运机械手的工件搬运动作。搬运机械手控制系统的程序流程如图3所示。
四、结束语
设计并介绍了一种基于单片机控制的平面搬运机械手系统，实现了对平面内指定工件搬运的精确控制和搬运过程的状态显示。系统操作方便、稳定可靠，可广泛应用于科研教学实践和工业生产过程中。
参考文献：
[1]沈志雄.金屬切削机床主要性能参数金属切削机床应用设计[M].机械工业出版社，2012
[2]杨入清.现代机械设计系统与结构[M].上海科学技术文献出版社，2000
[3]郑学坚，周斌.微型计算机原理及应用[M].清华大学出版社，2003
[4]姚国强，钱锐，陆成鹰.机电设备的单片机控制技术[M].辞学出版社，2006
[5]张长海，赵大鹏，陈娟.大学计算机程序设计基础：C语言[M].清华大学出版社，2009