步进电机驱动机械手控制系统设计.pdf

控技术 机机电工程技术电工程技术 年第年第 卷第卷第 期期 测 4040 0066 步进电机驱动机械手的控制系统设计 * 郭常有， 魏鸿磊， 陈 浩 （大连海洋大学辽宁省渔业装备工程技术研究中心， 辽宁大连 116023） 摘要： 设计了由步进电机驱动机械手的控制系统。 提出一种上位机与单片机之间的通信协议， 可灵活方便地对机械手进行实时控 制； 利用可编程计数器自动生成脉冲， 实现了多个步进电机的同步控制。 整个控制系统结构简单、 可靠。 关键词： 单片机； 步进电机； 可编程计数器 中图分类号： TP273 文献标识码： A 文章编号： 1009－9492 (2011) 06－0018－03 1 引言 信号发生器的功能， 从而可实现多个步进电机的同步控 机械手是近几十年来出现的一种工业装备， 由于其具 制。 有高度的灵活性和高效性， 在很多领域得到了广泛的应 2 控制方案 用。 目前工业上对于机械手运动的控制方式主要采用 本文为如图 所示的教学用机械手设计控制系统。 机 1 PLC ， 如丁筱玲 ［1］ 等人利用三菱 F1/F2 系列 PLC 控制机 械臂的旋转运动由直流电机驱动， 水平方向和垂直方向运 械手实现左 右、 上 下、 夹 松等运动； 陈光明等人 ［2］ 采 动分别由两个步进电机驱动。 控制任务是上位机根据预定 / / / 用 PLC 控制伺服电机完成气缸执行器对物体的吸放等功 任务对机械手末端执行器的运动路径进行规划， 并将机械 能； 张智杰 ［3］ 采用 PLC 控制步进电机实现机械手的升 降、 前后等运动。 采用PLC 控制虽然简单方便， 但存在成 本高， 灵活性差的缺点， 因此利用更廉价的单片机组成机 械手控制系统的方案得到了广泛关注。 例如， 耶晓东 ［4 ］ 通过单片机控制舵机， 实现机械臂运动以及手指的张合。 由于在一些简单的机械手应用或教育机械手设备中， 经常 采用步进电机进行开环控制， 以降低控制难度， 节约成 本， 因此通过单片机控制步进电机驱动机械手的研究也较 多， 例如， 黄海松 ［5］ 通过单片机控制步进电机实现机械 手上下升降、 左右 旋转、 前后伸缩、 夹紧松开等功能。 90° 虽然由单片机控制步进电机的方案较多， 但大都存在两个 问题： 第一， 步进电机控制的灵活性较差， 只能根据单片 机中的程序沿预设路径运动， 不能由上位机在线实时进行 控制； 第二， 由单片机担任脉冲发生器的任务， 造成单片 图1 机械手实物图 机无法实现对多个步进电机的同步控制， 在同一时刻只能 控制一台步进电机。 本文主要研究了机械手的实时在线控制问题以及多个 手末端执行器的运动分解成一个直流电机和两个步进电机 步进电机的同步控制问题。 提出了一种上位机与单片机之 的运动。 由于直流电机的控制较简单， 本文主要研究两个 步进电机的控制问题， 总体控制方案如图 所示。 首先由 间串口通信方案， 根据机械手的运动情况实时修改控制指 2 上位 机向单片机发送控制