基于工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用的自動(dòng)雕刻系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

朱重陽 羅智蕓

隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，以工業(yè)機(jī)器人為主體的控制系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用越來越廣泛。以此為基礎(chǔ)，本文構(gòu)建由觸摸屏、單片機(jī)、工業(yè)機(jī)器人及步進(jìn)電機(jī)組成的自動(dòng)雕刻系統(tǒng)，經(jīng)實(shí)踐證明其可以有效保證生產(chǎn)過程的安全，以及使生產(chǎn)效率更加高效。

觸摸屏;單片機(jī);工業(yè)機(jī)器人;步進(jìn)電機(jī)

工業(yè)機(jī)器人作為智能制造的重要終端設(shè)備，在汽車、電子、食品、化工、裝備制造等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，憑借其高效、穩(wěn)定、性價(jià)比高的特性，逐漸為大家所認(rèn)同。借助于觸摸屏遠(yuǎn)程控制特點(diǎn)，構(gòu)建由觸摸屏、單片機(jī)、工業(yè)機(jī)器人及步進(jìn)電機(jī)組成的自動(dòng)雕刻系統(tǒng)，實(shí)踐證明其可以有效地保證生產(chǎn)過程的安全，同時(shí)極大的提高了生產(chǎn)速度。

該系統(tǒng)工作原理為：通過觸摸屏給單片機(jī)遠(yuǎn)程發(fā)送雕刻指令，一方面單片機(jī)接受指令驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，拖動(dòng)雕刻對象進(jìn)入指定位置，另一方傳遞信號給工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行雕刻任務(wù)。完成雕刻任務(wù)后，及時(shí)反饋給單片機(jī)和觸摸屏。其系統(tǒng)示意圖如圖1所示：

本系統(tǒng)采用的觸摸屏為昆侖通態(tài)嵌入式一體化觸摸屏，此款國產(chǎn)觸摸屏由于功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、易于學(xué)習(xí)，方便調(diào)試，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。所用觸摸屏的型號為TPC7062KS。單片機(jī)采用ATMEL89S52，此款單片機(jī)低功耗、高性能，可以為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)，提供高靈活、超有效的解決方案。

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)，是數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到控制單元的脈沖信號，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號工作。在步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。

觸摸屏與單片機(jī)的通信采用Modbus協(xié)議，通過定義連接口的針腳、電纜、信位號、奇偶校驗(yàn)、傳輸波特率等，能夠?qū)崿F(xiàn)兩者之間的通信，完成二者之間實(shí)時(shí)狀態(tài)的檢測和工程數(shù)據(jù)的傳輸，工程指定的下達(dá)。三者之間的接口設(shè)計(jì)如下圖2所示。

本系統(tǒng)采用ABB機(jī)器人IRB120，此款工業(yè)機(jī)器人配備了IRC5緊湊型控制柜，占地面積小，使用方便，同時(shí)具有輕量、快速、精準(zhǔn)、易于集成等特點(diǎn)，特別適合小型工作站的集成應(yīng)用。

工業(yè)機(jī)器人與單片機(jī)之間通過光耦合器實(shí)現(xiàn)信號的傳輸。光耦合器通過光的發(fā)射、光的接收以及信號放大，實(shí)現(xiàn)電—光—電的轉(zhuǎn)化，起到輸入和輸出的隔離作用源于二者之間的隔離，電信號的傳輸具有單向性以及良好的絕緣能力和抗干擾能力。工業(yè)機(jī)器人與單片機(jī)之間的通信接口如下圖3所示。

觸摸屏在完成與單片機(jī)硬件通信的基礎(chǔ)上，需要設(shè)置組態(tài)控制界面，主要實(shí)現(xiàn)啟?？刂?，以及雕刻內(nèi)容的選擇，雕刻數(shù)量的設(shè)置以及數(shù)量完成情況的顯示等基本功能。當(dāng)然也可以根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，增添不同的功能結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)命令遠(yuǎn)程、生產(chǎn)過程監(jiān)控的目的。觸摸屏組態(tài)界面如圖4所示。

為保證實(shí)際應(yīng)用的安全，需要在RobotStudio軟件上仿真操作，利用3D建模軟件對雕刻內(nèi)容進(jìn)行實(shí)體化處理，方便RobotStudio軟件能夠精準(zhǔn)捕捉。通過參數(shù)設(shè)置及路徑模擬仿真，可以調(diào)整出機(jī)器人合適的軌跡速度和轉(zhuǎn)彎半徑等參數(shù);再次基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)物運(yùn)行檢測，將設(shè)計(jì)好的程序移植到工業(yè)機(jī)器人上，先單步運(yùn)行調(diào)試，在自動(dòng)運(yùn)行。工業(yè)機(jī)器人主體程序如圖5所示。

在觸摸屏上進(jìn)行雕刻內(nèi)容及數(shù)量選擇之后，發(fā)出啟動(dòng)信號給單片，經(jīng)程序處理后，傳遞給工業(yè)機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人根據(jù)指令選擇雕刻的軌跡。機(jī)器人完成雕刻工作后，反饋信號給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過程序處理，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使下一單元進(jìn)入雕刻工位，為下一次雕刻做好準(zhǔn)備。與此同時(shí)觸摸屏上顯示已完成的雕刻數(shù)量，為生產(chǎn)過程的監(jiān)控提供參考。

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（Zhongshan Technical Secondary School， Zhongshan Guangdong? 528400）

With the development of industrial Internet of things， the control system with industrial robots as the main body is more and more widely used in the industrial production process. On this basis， this paper constructs an automatic engraving system composed of touch screen， single chip microcomputer， industrial robot and stepping motor， which can effectively guarantee the safety of the production process and make the production efficiency more efficient.

touch screen; single chip microcomputer; industrial robot; stepping motor