基于PC控制的智能机械手控制系统

第８卷第３期　２００６年９月　安顺师范高等专科学校学报　Ｊ（）ＵＲＮＡＬ　Ｌ）Ｉ　．＼ＮＳｔ｛ＵＮ　ＴＥＡＣＨＥＲ￥（‘‘）Ｌ【Ｊ　（ｒＥ　（Ｊ１　８　＼（）．ｊ　Ｓｃ、Ｐ．２００６　基于ＰＣ控制的智能机械手控制系统　卓树峰　黄净晴。　（福建信息职业技术学院，福建　福州ａ５ＯＯＯａ）　摘　要：在现在生产过程中，许多生产环境和工艺都要求机械手应具有无线控制和；住确定位　的能力以满足生产。为此我们研究和开发了基于单片机为核心的下位机底层控制系统和用　ＶＢ开发的上位机（ＰＣ机）软件，两者之间的数据传送是利用以ＮＲＦ９Ｅ５为核心的传输模　块来实现。同时设计了直流电机定位系统以解决机械手的定位问题，提高了机械手的可靠　性、智能性和控制精度。　关键词：上位机；无线通信；下位机；定位系统；机械手　中图分类号：ＴＰ２７　文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—３６９４（２００６）０３～００９３～０４　引　言　通信过程中的底层操作，通过设置、监视Ｍｓｃｏｍｍ　随着科技的发展，生产技术和生产工艺的不断　控件的属性和事件，再结合Ｔｉｍｅｒ控件即可完成对　串行口的初始化和数据的输入、输出工作。　Ｍｓｃｏｍｍ控件的主要属性如下：　发展和改进，在某些方面机械手已经逐渐取代了人　类劳动，它既可以用于实际生产，能够满足装配作　业内容改变频繁的重复操作；又可以用于教学实验　和科学研究，它能够使人直观地了解机器人结构组　成、动作原理等，所以开发设计和研究机械手具有　（１）Ｃｏｍｍｐｏｒｔ设置并返回通讯端口号。端口　号可以设置为１～１６的任何数。　（２）Ｓｅｔｔｉｎｇ设置并返回波特率、奇偶校验、　比较广泛的实际意义和应用前景。　一数据位、停止位。　（３）Ｐｏｒｔｏｐｅｎ设置并返回通讯端口的状态，也　可以打开和关闭端口。　、系统结构　该系统由上位机软件、无线通信模块和下位机　执行模块构成。系统结构框图如下图１所示：　（４）Ｉｎｐｕｔ从接收缓冲区返回和删除字符。该　属性在运行时为只读。　露Ｉ　（ＰＣ　机）｛。｝输模块Ｉ’ｌ输模块ｌ’ｌ控制系统１ｃ。’　匦　图１　系统结构框图　（５）ＩｎｐｕｔＩ　ｅｎ设置并返回每次Ｉｎｐｕｔ属性从接　收缓冲区中读取的字符数。　（６）Ｏｕｔｐｕｔ向传送缓冲区写数据。要传送的　数据可是文本数据或二进制数据。　（７）ＣｏｍｍＥｖｅｎｔ返回最近的通讯事件或错误。　只要有通讯错误或事件发生错误时就会产生Ｏｎ—　１．上位机软件　该机械手操作控制软件是采用高级语言ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ（ＶＢ）编写的。主要完成两部分：一部分是　机械手操作界面，通过对该界面的操作可以实现上　位机向无线通信模块传输指令和数据，同时在界面　上还制作了二维坐标，用来显示机械手的平面运动　ｃｏｍｍ事件。ＣｏｍｍＥｖｅｎｔ属性中存有该错误或事件　的数值代码。　２．无线通信模块　本系统采用了以ＮＲＦ９Ｅ５为核心的无线传输　模块，该模块是一块具有４３３／８６８／９１５ＭＨｚ高性能　位置，方便工作人员在控制室里对机械手进行操　控；另一部分是数据串行通信，利用ＶＢ的串行控　件Ｍｓｃｏｍｍ实现系统的串行通讯。该控件屏蔽了　收稿日期：　作者简介：　男，福建信息职业技术学院教师。　女，福建信息职业技术学院教师。　・　９３　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

安顺帅　高等专科学校学报　２００６年第３朗　嵌人式尤线馍块，多频道多频段，低工作电压只有　１．９～３．６Ｖ，最大发射功率＋ｌ０ｄＢｍ，高抗干扰　ＧＦＳＫ　制，可跳频，数据速率５０ｋｂｐｓ，独持的载　波监测输出，地址匹配输出，数据就绪输出，完整　的多址通信协议和ＣＲＣ校验，同时内置高性能５ｌ　单片机（速度三倍于同主频的标准５１单片机），破　广泛的应＿Ｆ｝ｊ在无线遥控系统、机器人控制、工业数　据采集系统等。　该无线传输模块主要作用是与上位机串口通信　接收数据，再把接收到的数据经处理后以无线的方　式发射到下位机。其中核心芯片ＮＲＦ９Ｅ５属于可　编程器件，在硬件电路设计时，主要完成内部的　ＵＡＲｑ、串口与上位机通信的串口电路，由于该芯　片内部没有ＲＯＭ，为此在外部扩展了一片ＭＩ—　ＣＲ（）ＣＨＩＰ公司的３２Ｋ容量的ＳＰＩ总线接口的　２５ＡＡ３２０程序存储器来存储程序。在上电时，　ＮＲＦ９Ｅ５通过内部ＳＰＩ接口把２５ＡＡ３２０中的程序　自动的读到ＮＲＦ９Ｅ５内部的４ＫＢ的专用ＲＡＭ中　开始执行。在软件设计时主要考虑的问题是有线和　无线通信的协议和工作时序，这就要求在配置各个　图２　无线发射程序流程图　３．下位机执行模块　该模块主要是以无线方式接收上位机传送的数　定时器和寄存器时，要保证传输时波特率和数据格　式要一致，否者将接收到乱码或错误数据，影响下　位机的动作。软件流程图２如下：　据，同时将无线接收到的数据通过串口传送给下位　机系统处理执行，其原理框图如下图３。　控　制　接收模块　ｕ＿兰　单片机控制系统　机　电　执　行　图３下行执行模块原理框图　下位机系统由单片机控制，利用Ｐ３口第二功　能的串行口ＲＸＤ和ＴＸＤ，与ＮＲＦ９Ｅ５芯片的串行　口相连，为了提高通信的距离和数据传输的稳定，　两个串口分别经过电平转换芯片ＭＡＸ２３２进行通　能够定位在指定的位置。系统结构框图如下图６所　不：　系统以ＡＴ８９Ｃ５２单片机最小系统为核心，当　接收到上位机传下来的数据时，单片机将把数据转　换成控制信号来控制功率放大模块，驱动直流电动　机旋转。功率放大模块采用了Ｌ２９８Ｎ和一些逻辑　芯片组成，Ｌ２９８Ｎ是双极性Ｈ桥功率放大电路，　输人信号ＩＮ１ＩＮ４在电路中与单片机Ｉ／Ｏ口相连，　通过输出信号控制直流电动机的正、反转和停止，　在Ｌ２９８Ｎ内部有两个Ｈ桥电路，ＥＮＡ和ＥＮＢ是　信。在编写软件时，将无线通信模块中的ＮＲＦ９Ｅ５　的工作频率设置为国际通用的数传频段４３３Ｍｈｚ，　其串口与单片机串口通信波特率设置为１９２００ｂｉｔ／ｓ。　下位机系统接收到数据后，将数据进行处理确定机　械手的运动方向和运动位移，再根据分析的控制指　令去控制各部分电机的控制系统。软件流程图４、　图５如下：　二、直流电机定位系统　分别用来控制两路Ｈ桥是否工作的控制信号，为　“１”时表示Ｈ桥开始工作，为“０”时表示Ｈ桥停　止工作；同时芯片在供电时采用两种电压，其中　ＶＳＳ为芯片工作时本身的电压，ＶＳ为Ｈ桥驱动电　机的工作电压。　该定位系统主要由单片机最小系统、功率放大　模块、脉冲合成和原点处理电路、光电编码器等组　成的半闭环控制系统。功能主要是将接收的数据转　换成控制信号来驱动直流电动机旋转，并且使电机　・　为了能够使直流电动机更加准确定位，设计时　９４　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

寅顺帅范高等专科学辛交学报　２００６年　３　Ｉ单片机初始化和打开串口Ｉ　Ｉ关闭串口，处理显示数据Ｉ　否　打开串口Ｉ　．三　一　是Ｉ　图５　单片机处理流程图　图４无线接收程序流程图　增量式光电编码器　图６　控制系统结构框图　增加了反馈环节，由光电编码器和脉冲合成电路构　成。光电编码器选用增量式，它是专门测量转动体　角位移的累计量，在一个码盘上只开出３条码道，　片Ｌ２９８Ｎ。　结束语　本文介绍了基于ＰＣ机控制的智能机械手无线　控制系统的实现方法，提出了以无线控制方式来实　现机械手的智能控制，解决了有线控制方式下出现　其中２条码道的码盘上，等距离地开有透光的缝　隙，并且相邻的缝隙互相错开半个缝宽；另外１条　码道只开出一个缝隙，用来表示码盘的零位。在码　机械手移动范围较小、连线复杂等问题。同时在机　械手的定位方面采用了闭环反馈方式系统，确保了　机械手在各个位置上的准确定位。采用这种系统比　直接用单片机来控制机械手更加可靠，更加方便，　同时这也将促进机械手智能化的发展。　参考文献　盘的两侧分别安装光源和光敏元件，当码盘转动　时，光源经过透光和不透光区域，相应地，每条码　道将有一系列脉冲从光敏元件输出。码道上有多少　缝隙，就会有多少个脉冲输出，再通过脉冲合成电　路送到单片机内部的计数器计数。单片机在驱动直　流电动机之前要将上位机传下来的数据根据电机和　编码器的实际情况进行计算，处理完的数据作为单　片机内部的计数值；当计数器接收到反馈的脉冲信　号时开始计数，并且实时与先前计算的计数值比较　判断是否相同，相同则表示电机现在的位置为指定　位置。在单片机和Ｌ２９８Ｎ之间增加光电耦合器　［１］王建校等编著・５ｌ系列单片机及Ｃ５１程序设计［Ｍ］．科学出　版社．２００２．４．　［２］王晓明编著・电动机的单片机控制［Ｍ］．北京航空航天大学　出版社．２００２．９．　［３］ｐ＇Ｉ、Ｒ８５００数据手册・哈尔滨工业大学讯通电子科技有限公　司［ｚ］．　［４］昊金戍等编著・８０５１单片机实践与应用（Ｍ］．清华大学出版　社．２００２．９，　４Ｎ２５，进行电气隔离，保护单片机并减少强电干　扰。由于直流电动机是感性负载，因此选用功率二　极管Ｉ）ＩＮ５３９１组成电流泄放回路，以保护功率芯　［５］徐爱钧等编著・ＫｅｉＩ　Ｃｘ５１　ｖ７．０单片机高级语言编程与Ｖｉ．　ｓｉｏｎ２应用实践［Ｍ］．电子工业出版社　２００４，６　９５・　维普资讯 http://www.cqvip.com

安顺师范高等专科学校学报　２００６年第３期　Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＣ　Ｚｈｕｏ　Ｓｈｕｆｅｎｇ　Ｈｕａｎｇ　Ｊｉｎｇｑｉｎｇ一　（ＦｕＪｉａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｚｌ￣ｏｕ５６０００３，Ｆｕｊｉａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｆｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｃｏｕｒｓｅ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｆ　ｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｔｎｅｎｔ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｒｅｑｕｉ　ｒｅｄ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｓｈｏｕ１（ｔ　Ｉ）ｏｓｓｅｓｓ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ａｃｃ／．￣ｒａｔｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｔ１ｇ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ　ｔｏ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅ—　ｍｅｎＩｓ，ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｗｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ＝　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　Ｓｉｎｇｌｅ　ＣｈｉＰ　Ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｏｆ　ｅｐｉｇｙｎｏｕｓ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｂｙ　ＶＢ．　Ｆｈｅ　ｄａｔａ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｉｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ　ｖｉａ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｅ　ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ　ｏｎ　ＮＲＦ９Ｅ５．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｄｅｄｉｇｎｅｄ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｐｒｏｂ—　ｌｅｍ　ｏｆ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｅｐｉｇｙｎｏｕｓ　Ｍａｃｈｉｎｅ；Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ；Ｈｙｐｏｇｙｎｏｕｓ　Ｍａｃｈｉｎｅ；ｎｌａｔｆｉｐｕ一　１ａｔｏ　（责任编辑王德红）　亡　、！石　＼蠕、　、蠕　ｅ写　石＼　＼　ｅ　石＼！石　；　＼　蝣＼　、　＼　蠕　＼呤　＼蛄　＼！　、！　、　＼螨＼　＼　＼　！　＼　（上接第８６页）　分析：　因为　ｒ　一　点。通过对具体的图象分析得出解决问题的方法。　由数思形，以形思数，加深学生对抽象数学知　识的理解，发展学生智力，同时注意到“数形结　、／广　■＿＿　可问题转化成求点（一１，０）与直线　１５、／　２９　５ｚ＋２ｙ＝１０，上点的距离的最小值，即点到直线的　距离ｄ＝　５＊（一１）＋２＊０—１０　Ｉ　合”的教学方法应当循序渐进的进行，以学生掌握　知识水平逐步孕育渗透，对不同的教学内容应有不　同的教学要求，还要与其它方法综合应用，让学生　逐步领悟理解和掌握，从而达到对学生应用知识培　点评：以上例题通过观察题目的结构，发现隐　含的条件，从而把问题转化成比较熟悉或容易理解　的知识（两点间的距离公式，点到直线的距离公　式），再通过图形直观解决抽象问题，达到求解的　目的。　育，提高职业教育办学水平和目的。　参考文献：　［１］李长明－数学中的直观方法［Ｍ］．贵阳：贵州教育出版社　凸　“数形结合”是通过“数”与“形”的　ｌ９９３　１２．第ｌ版　这两个基本的对象，互相渗透，又相互独立，尤其　在坐标系中结合更加紧密，从而洞察出问题本质，　揭示出被掩盖的某些特征，找出新问题、提出新观　［２］何舟－冲刺北大清华［Ｍ］．吉林：吉林教育出版社，２００３．８　第４版第６次印刷　［３］薛金星－高中数学基础知识手册［ｚ］．北京：北京出版社　２００３．８．新１版，２０｛）５　８．第８次印刷。　Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ－－ｔｈｅ　Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ“Ｎｕｍｂｅｒ”ａｎｄ‘‘Ｉｃｏｎ”　ＬＩ　ＨａｏｑＵａｎｑ　・（Ａｎ　Ｓｈｕｎ　ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｃｏｌｌｅｇｅ，Ａｎｓｈｕｎ５６１０００，Ｇｕｉｚｈｏｕ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｔａｌｋｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｍａｔｈ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｉｎ　ｔｅｒｔｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆ　ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｌｌｅｇｅ，ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎｓ　ｂｅｉｎｇ　ｍａｄｅ　ｃｌｅａｒ　ｂｙ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｉｃｏｎｓ　Ｉｔ　ｔａｌｋｓ　ａｂｏｕｔ　ａ　ｏｅｗ　ｍａｔｈ　ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ－－“ｎｕｍｂｅｒ”ａｎｄ“ｉｃｏｎ”　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｌｌｅｇｅ：“ｎｕｍｂｅｒ’’ａｎｄ“ｉｃｏｎ”：ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｂｓｔｒａｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　（责任编辑９６　・　王德红）　・