浅谈基于单片机的机械手臂控制系统设计

浅谈基于单片机的机械手臂控制系统设计

发表时间：2019-09-05T10:03:05.960Z 来源：《中国电业》2019年第08期作者：吴彬彬

[导读] 随着我国近几年来工业化生产水平的不断提高，当前很多大型企业在进行产品生产过程当中，都会将机械手臂应用到产品加工和产品生产中。

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【摘要】随着我国近几年来工业化生产水平的不断提高，当前很多大型企业在进行产品生产过程当中，都会将机械手臂应用到产品加工和产品生产中。而且机械手臂已经成为了当前自动化生产线中的重要组成部分。随着自动化技术的不断发展，机械手臂的研究与设计工作也在不断的进行但是当前很多企业在进行机械手臂应用过程当中，仅仅只重视机械手臂，如何科学合理的设计却忽略了机械手臂控制系统的设计，因此，本文将会就基于单片机的机械手臂控制系统设计进行分析。

【关键词】单片机机械手臂控制系统设计研究与分析

机械手臂是当前我国自动化技术发展过程当中重要的产品。而且在自动化技术整体发展过程当中，机械手臂的应用，标志着我国当前企业的生产技术生产技术，生产水平迈入了全新的阶段。而且随着机械手臂的出现，我国当前大部分企业的生产流程，生产技术，生产规划都发生了重大的改变。

很多企业在进行产品生产过程当中，开始运用自动化流水线，对于我国当前的企业而言，属于一种全新的生产方法，它不仅有效地解放了人力，也节约了很多物力与财力，提高了企业的产品生产效率和产品生产质量。但相对于国外的自动化技术而言，我国当前的自动化技术在发展过程当中仍然存在一些没有解决的问题，其中就包括机械手臂的控制系统设计。机械手臂控制系统设计工作的开展，是当前很多企业正在深入开展的重要工作，只有针对自动化生产线当中的自动化机械手臂进行控制系统设计，才能够更好的保证生产精度。

一、设计方案

在进行机械手臂控制系统设计过程当中，首先要针对机械手臂控制系统内部的硬件结构进行详细的设计，其次针对软件结构进行设计，再进行硬件结构和软件结构设计，完成之后要开展仿真模拟实验。

实际上，机械手臂控制系统是由机械系统和电气系统共同组成的。而我国当前很多企业在进行机械手臂应用过程当中，针对机械手臂控制系统的设计时，所选择的控制单元是运用单片机进行控制。有的企业则是运用PLC对机械手臂的应用进行控制。本文所研究的是以单片机作为控制单元，对机械手臂进行详细控制，并建立一个科学合理的控制系统。

在进行整体设计过程中针对机械控制系统当中所蕴含的机械系统设计过程当中，首先要充分考虑到机械系统的动作设计，其次要保证机械手臂内部的舵机系统能够有效开展工作，因此也需要针对舵机系统进行设计。在进行软件设计过程当中，要依据当前机械手臂控制系统的要求与功能进行软件编程。针对控制系统进行软件编程，不单单需要在软件程序当中实现机械手臂控制系统的功能与要求，也需要保证所设计的程序，其内部具有更多的功能，比如仿真功能，检测功能，控制功能等等，这些功能不单单要在实现控制系统功能的基础之上，使机械手臂工作更为流畅，也能使控制系统进行更好的监测与控制。

二、硬件设计

在进行硬件设计过程当中，首先要针对单片机进行详细的设计。当前所设计的控制系统当中，单片机是控制系统的核心控制装置，在进行单片机选型时，首先一定要充分考虑到单片机的端口功能复杂性，因为很多控制系统再进行设计过程当中，拥有着不同的控制功能，就需要选择不同类型的单片机。在进行单片机应用时，进行程序设计，检测单片机功能是否正常开展，如果单片机的功能开展正常，那么需要在单片机端口接入时钟电路，复位电路等。

其次是针对舵机系统进行设计，舵机系统是机械手臂内部的重要组成部分。只有保证机械手臂内的舵机正常开展，才能够保证机械手臂拥有一定的动作，而机械手臂的动作开展与程序具有一定的关系，同时与舵机的使用具有更大的关联。舵机的型号选择同样也一定要依据机械手臂动作的控制要求。

最后一定要针对舵机控制板进行设计，舵机控制板在工作开展过程当中，直接受单片机控制器进行控制，在工作开展过程当中接收到的功能指令都是由单片机进行传输的，所以在进行舵机控制板设计时，要保证多级的控制板能够准确无误地接收到单片机所发出的控制指令，在保证单片机控制指令准确无误的基础之上，垛机控制板在对机械手臂当中的舵机开展控制。

三、软件设计

在进行单片机控制系统的软件设计过程当中，首先要保证软件设计是符合功能需求。在进行编程时，一定要保证程序内部的功能要求能够实现单片机指令传输控制舵机系统对机械手臂的舵机进行控制，实现机械手臂的动作开展。这也是当前在进行程序编写过程当中的主要编写思路。

软件设计工作实际上第一个工作就是上文提到过的程序编程，第二部分则就是对当前设计好的硬件结构以及软件结构开展调试工作。要对此次设计的控制系统进行调试，确保控制系统功能能够正常开展。在进行系统编程时，要重视两方面的编程，第一方面就是通信端口编程，第二方面就是舵机控制系统编程。整个单片机的控制系统当中，依据当前机械手臂控制系统的要求，进行两部分控制系统程序的编写，就能够真正实现以单片机为基础的机械手臂控制系统的功能特性。

在进行所有的软件结构验证，结构设计完成之后，需要进行的就是系统的调试工作，在进行调试时，首先要考虑到的就是控制系统是否能够开展功能。第二个要考虑到的就是机械手臂是否能正常工作。只有针对这两部分开展调试工作，保证没有问题，那么所设计的控制系统就没有问题，并且能够很好的对生产线上的机械手臂进行控制。

【总结】本来就基于单片机的机械手臂控制系统设计进行仔细分析，再进行整体分析过程当中，首先详细介绍了机械手臂控制系统的硬件设计，其次介绍了软件设计，最后针对硬件系统和软件系统的调试工作进行详细分析。当前大部分的企业在进行机械手臂应用时，往往都会忽略机械手臂控制系统的详细设计。所设计和采用的控制系统，只需要保证机械手臂能够正常开展工作就可以，而相对于其他企业，针对于机械手臂控制系统进行详细设计和应用而言，将会大大减少企业的市场竞争能力，只有真正提高机械手臂控制系统的控制功能，才能够保证生产效率，生产质量的提升。

【参考文献】

[1]刘武常;杨婵娟.EAST柔性机械手臂体数据采集系统设计[J].自动化技术与应用,2019,v.38;No.287,96-99.