CN102029612A - 机械手控制器 - Google Patents
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Abstract
一种机械手控制器，它包括单片机最小***、扩展输入/输出接口电路、多路状态信号隔离输入电路、多路控制信号隔离输出驱动电路、输入设备和输出设备，所述输入设备信号以及由多路状态信号隔离输入电路取得的多个机械手开关信号，经过扩展输入接口电路，输入到单片机最小***，单片机最小***经过扩展输出接口电路输出控制信号，传输至各隔离输出驱动电路的信号输入端，各隔离输出驱动电路放大输出的控制信号之后与机械手的相应电动执行元件连接。本发明具有人机界面友好，利于操作者直观、便捷地进行操作的特点。另外，该控制器具有可编程能力和一定的通用性，使得机械手适应的工作任务多样、灵活。
Description
技术领域
本发明属于自动控制设备的技术领域，尤其是一种手持可编程机械手控制器，适用于五自由度机械手的控制。
背景技术
随着生产自动化水平的不断提高和塑料加工行业的迅速发展，越来越多的注塑机械应用了机械手。机械手控制器可以控制机械手模仿人体手臂部分功能，自动拾取注塑机生产的产品，放置产品到指定位置。机械手的应用降低了工人劳动强度，提高了机器生产效率，稳定了产品质量，增强了企业竞争力。但是，目前机械手控制方面，没有能够实时显示机械手工作状态的装置，控制器没有很好的人机界面，不利于操作者直观、便捷地进行操作。另外，现有的控制器不具有可编程能力和一定的通用性，适应工作任务的单位窄、灵活性不佳。
发明内容
本发明的目的是针对目前机械手控制方面，没有能够实时显示机械手工作状态的装置，控制器没有很好的人机界面，不利于操作者直观、便捷地进行操作。另外，现有的控制器不具有可编程能力和一定的通用性，适应工作任务的单位窄、灵活性不佳的问题，提出一种人机界面良好、硬件结构简单、运行可靠的手持可编程机械手控制器。
本发明的技术方案是：
一种机械手控制器，它包括单片机最小***、扩展输入/输出接口电路、多路状态信号隔离输入电路、多路控制信号隔离输出驱动电路、输入设备和输出设备，所述输入设备信号以及由多路状态信号隔离输入电路取得的多个机械手开关信号，经过扩展输入接口电路，输入到单片机最小***，单片机最小***经过扩展输出接口电路输出控制信号，传输至各隔离输出驱动电路的信号输入端，各隔离输出驱动电路放大输出的控制信号之后与机械手的相应电动执行元件连接。
本发明的输入设备为键盘，键盘按键输入为6 ×4键盘。
本发明的械手控制器还包括输出设备，用于显示机械手的工作状态，该输出设备为LCD显示屏，所述的LCD显示屏为128× 64点阵。
本发明的单片机最小***包括单片机U1、D锁存器U2、外部RAM U4、外部EEPROM S1和晶振电路，所述的单片机U1分别与D锁存器U2、外部RAM U4、外部EEPROM S1和晶振电路的对应信号端相连。
本发明的扩展输入/输出接口电路包括双向总线驱动芯片U3、通用阵列逻辑芯片U6、由双向总线驱动芯片U251、D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319构成的扩展出的接口模块，所述的双向总线驱动芯片U3的一组信号端作为扩展模块的扩展信号输入端与单片机U1的相应扩展信号端相连，双向总线驱动芯片U3的扩展输出信号端与扩展出的接口模块即双向总线驱动芯片U251、D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319的相应扩展信号端相连，通用阵列逻辑芯片U6的信号输入端作为片选信号输入与单片机U1的片选信号输出端相连，通用阵列逻辑芯片U6的信号输出端分别与双向总线驱动芯片U251、D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319的相应片选信号输入端相连。
本发明的机械手控制器还包括中继输入/输出板，状态信号隔离输入电路的输入信号和控制信号隔离输出驱动电路的输出信号分别通过中继输入/输出板与机械手的开关信号元件和电动执行元件相连。
本发明的状态信号隔离输入电路包括光耦合器P265及其***电路，所述的光耦合器P265的信号输入端作为状态信号隔离输入电路的输入与机械手的状态信号输出端相连，光耦合器P265的信号输出端与相应的扩展出的接口模块即双向总线驱动芯片U251的相应信号端相连。
本发明的控制信号隔离输出驱动电路包括光耦合器U310和达林顿管Q5，光耦合器U310的信号输入端作为控制信号隔离输出驱动电路的输入与扩展出的接口模块即具有复位功能的8路D触发器U319的相应信号端相连，光耦合器U310的信号输出端与达林顿管Q5相连，经达林顿管Q5放大后输出至机械手的控制信号输入端。
本发明的有益效果：
本发明LCD显示屏的应用使工人操作更加简单、直观，提高了生产效率，有利于生产安全。
本发明的加工程序可以由操作工人编辑、保存和选择，针对不同产品使用不同的加工程序，灵活性高。
本发明的控制器结构简单，运行可靠，市场前景广阔。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明单片机最小***的电路图。
图3是本发明扩展输入/输出接口电路图。
图4是本发明状态信号隔离输入电路其中一路信号的电路图。
图5是本发明控制信号隔离输出驱动电路其中一路信号的电路图。
图6是本发明的运行流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种机械手控制器，它包括单片机最小***、扩展输入/输出接口电路、多路状态信号隔离输入电路、多路控制信号隔离输出驱动电路、输入设备和输出设备，所述输入设备信号以及由多路状态信号隔离输入电路取得的多个机械手开关信号，经过扩展输入接口电路，输入到单片机最小***，单片机最小***经过扩展输出接口电路输出控制信号，传输至各隔离输出驱动电路的信号输入端，各隔离输出驱动电路放大输出的控制信号之后与机械手的相应电动执行元件连接。
本发明的输入设备为键盘，键盘按键输入为6 ×4键盘。
本发明的械手控制器还包括输出设备，用于显示机械手的工作状态，该输出设备为LCD显示屏，所述的LCD显示屏为128× 64点阵。
如图2所示，本发明的单片机最小***包括单片机U1、D锁存器U2、外部RAM U4、外部EEPROM S1、晶振电路、复位电路、LED及声音提示电路等，所述的单片机U1分别与D锁存器U2、外部RAM U4、外部EEPROM S1和晶振电路的对应信号端相连；其中单片机U1型号为AT89S52，晶振Y1频率为24MHZ，8路D锁存器U2为HC573，外部RAM U4型号为UT62256，外部EEPROM S1型号为AT24C256，D2为发光二极管，B1为蜂鸣器。
如图3所示，本发明的扩展输入/输出接口电路包括双向总线驱动芯片U3、通用阵列逻辑芯片U6、由双向总线驱动芯片U251、D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319构成的扩展出的接口模块，所述的双向总线驱动芯片U3的一组信号端作为扩展模块的扩展信号输入端与单片机U1的相应扩展信号端相连，双向总线驱动芯片U3的扩展输出信号端与扩展出的接口模块即双向总线驱动芯片U251、D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319的相应扩展信号端相连，通用阵列逻辑芯片U6的信号输入端作为片选信号输入与单片机U1的片选信号输出端相连，通用阵列逻辑芯片U6的信号输出端分别与双向总线驱动芯片U251、D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319的相应片选信号输入端相连。
扩展输入/输出接口电路在单片机最小***的基础上，编程通用阵列逻辑芯片U6产生片选信号，利用双向总线驱动芯片和触发器扩展LCD数据输出接口、LCD控制输出接口、数字输入接口、控制输出接口以及按键接口等。其中通用逻辑阵列芯片U6型号为GAL16V8D，双向总线驱动芯片U3、U251为HC245，普通D触发器U10为HC574，具有复位功能的8路D触发器U319为HC273。
其中：编程通用阵列逻辑芯片U6由单片机U1控制产生片选信号，同时选择双向总线驱动芯片U251、普通D触发器U10或者具有复位功能的8路D触发器U319的通断。
双向总线驱动芯片U3用于扩展单片机U1的输出接口，如图2所示，将一路信号扩展为三路，分别与双向总线驱动芯片U251、普通D触发器U10或者具有复位功能的8路D触发器U319连接。
普通D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319为扩展出的输出模块；用于向机械手输出控制信号。
双向总线驱动芯片U251为扩展出的输入模块，用于向单片机U1输入机械手的状态信号。
本发明的机械手控制器还包括中继输入/输出板，状态信号隔离输入电路的输入信号和控制信号隔离输出驱动电路的输出信号分别通过中继输入/输出板与机械手的开关信号元件和电动执行元件相连。
本发明的状态信号隔离输入电路包括光耦合器P265及其***电路，所述的光耦合器P265的信号输入端作为状态信号隔离输入电路的输入与机械手的状态信号输出端相连，光耦合器P265的信号输出端与相应的扩展出的接口模块即双向总线驱动芯片U251的相应信号端相连。利用光耦对输入信号进行电气隔离，提高了***的可靠性。选用热敏电阻作为过载保护元件，保证输出过流也不会损坏***。其中光耦合器P265型号为TLP281。
本发明的控制信号隔离输出驱动电路包括光耦合器U310和达林顿管Q5，光耦合器U310的信号输入端作为控制信号隔离输出驱动电路的输入与扩展出的接口模块即具有复位功能的8路D触发器U319的相应信号端相连，光耦合器U310的信号输出端与达林顿管Q5相连，经达林顿管Q5放大后输出至机械手的控制信号输入端。利用光耦对输出信号进行电气隔离，提高了***的可靠性。采用达林顿管对输出信号进行放大，提高了输出驱动能力。选用热敏电阻作为过载保护元件，保证输出过流也不会损坏***。其中光耦合器U310型号为TLP281，达林顿管Q5型号为MJE801。
具体实施时：
控制***软件。操作者可以设置机器参数，编辑加工程序。***软件不断检测按键输入和开关输入信号，执行手动操作指令或选定的加工程序，同时刷新LCD显示，指示***运行状态和故障信息。控制***软件运行框图如图6所示。
通过单片机最小***、扩展输入/输出接口电路、状态信号隔离输入电路及控制信号隔离输出驱动电路等构造控制主板，连接LCD显示屏、按键和中继输入输出板，就构成了机械手控制器的硬件***，如图1所示。结合控制***软件，就可以实现机械手控制器的全部功能。
可以按照以下步骤操作机械手控制器：
1、***启动后，进行自检并且显示屏显示开机界面，大约3S后，如果异常则进入故障显示界面；如果正常，则进入手动界面。
2、机械手停止状态下，按 “功能”键，进入功能设置界面，可以设置“按键音” 、“自动周期” 、“单双臂程式”等控制参数。
3、机械手停止状态下，按 “存取”键一次，进入模组界面，可以选择当前自动运行的程序编号，同时设置自动运行的产量。按“存取”键两次，进入模组复制界面，可以对加工程序进行复制、粘贴操作。
4、机械手停止状态下，按“教导”键，进入教导界面，可以对当前程序动作代码进行修改并保存。
5、机械手停止状态下，按“时间”键，进入时间修改页面，可以对当前程序动作时间参数进行修改并保存。
6、机械手停止状态下，按“手动”键，进入手动界面，可以通过各个手动功能按钮对机械手进行操作，
7、机械手任意状态下，按“自动”键，进入自动加工界面，显示“当前产量” 、“当前动作”等参数。
8、机械手任意状态下，按“监视”键，进入输入/输出监视界面，可以查看各输入/输出信号的状态。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (8)
1.一种机械手控制器，其特征是它包括单片机最小***、扩展输入/输出接口电路、多路状态信号隔离输入电路、多路控制信号隔离输出驱动电路、输入设备和输出设备，所述输入设备信号以及由多路状态信号隔离输入电路取得的多个机械手开关信号，经过扩展输入接口电路，输入到单片机最小***，单片机最小***经过扩展输出接口电路输出控制信号，传输至各隔离输出驱动电路的信号输入端，各隔离输出驱动电路放大输出的控制信号之后与机械手的相应电动执行元件连接。
2.根据权利要求1所述的机械手控制器，其特征是所述的输入设备为键盘，键盘按键输入为6 ×4键盘。
3.根据权利要求1所述的机械手控制器，其特征是该机械手控制器还包括输出设备，用于显示机械手的工作状态，该输出设备为LCD显示屏，所述的LCD显示屏为128× 64点阵。
4.根据权利要求1所述的机械手控制器，其特征是所述的单片机最小***包括单片机U1、D锁存器U2、外部RAM U4、外部EEPROM S1和晶振电路，所述的单片机U1分别与D锁存器U2、外部RAM U4、外部EEPROM S1和晶振电路的对应信号端相连。
5.根据权利要求1所述的机械手控制器，其特征是所述的扩展输入/输出接口电路包括双向总线驱动芯片U3、通用阵列逻辑芯片U6、由双向总线驱动芯片U251、D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319构成的扩展出的接口模块，所述的双向总线驱动芯片U3的一组信号端作为扩展模块的扩展信号输入端与单片机U1的相应扩展信号端相连，双向总线驱动芯片U3的扩展输出信号端与扩展出的接口模块即双向总线驱动芯片U251、D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319的相应扩展信号端相连，通用阵列逻辑芯片U6的信号输入端作为片选信号输入与单片机U1的片选信号输出端相连，通用阵列逻辑芯片U6的信号输出端分别与双向总线驱动芯片U251、D触发器U10和具有复位功能的8路D触发器U319的相应片选信号输入端相连。
6.根据权利要求1所述的机械手控制器，其特征是该机械手控制器还包括中继输入/输出板，状态信号隔离输入电路的输入信号和控制信号隔离输出驱动电路的输出信号分别通过中继输入/输出板与机械手的开关信号元件和电动执行元件相连。
7.根据权利要求1所述的机械手控制器，其特征是所述的状态信号隔离输入电路包括光耦合器P265及其***电路，所述的光耦合器P265的信号输入端作为状态信号隔离输入电路的输入与机械手的状态信号输出端相连，光耦合器P265的信号输出端与相应的扩展出的接口模块即双向总线驱动芯片U251的相应信号端相连。
8.根据权利要求1所述的机械手控制器，其特征是所述的控制信号隔离输出驱动电路包括光耦合器U310和达林顿管Q5，光耦合器U310的信号输入端作为控制信号隔离输出驱动电路的输入与扩展出的接口模块即具有复位功能的8路D触发器U319的相应信号端相连，光耦合器U310的信号输出端与达林顿管Q5相连，经达林顿管Q5放大后输出至机械手的控制信号输入端。
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