机械手爪的单片机控制系统设计

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1、应用技术机械手爪的单片机控制系统设计12王慧东杨冬英(1.山西兰花煤化工有限责任公司2.山西大学商务学院)摘要：机械手爪在工业生产中得到广泛的应用，传统工艺中采用继电器控制时，需要的继电器多，接线复杂。文章设计了一个以AT89S52为核心的机械手爪步进电机伺服驱动系统，具有硬件电路结构简单、可靠性高、成本低廉以及单片机CPU负担小，控制的实时性好等优点。关键词：机械手爪；单片机；步进电机控制据压力传感器2的反馈信号，确定电机是否停止运动。1引言3控制系统设计机器人的诞生和发展与科学技术革命有着密切的关系，符合科技革命关于生产实践需要的理论。机3.1控制系统的工作原理器人作为一种高科技产品，也

2、是不断发展和完善的，本设计基于单片机的原理，根据机械手爪的运动这种不断的发展和完善是通过科技革命的内在推动要求，设计一套基于MCU的步进电机伺服驱动系统，力来实现的。应用机械手爪可以代替人从事单调、重具有自动与手动两种功能，控制机械手爪的展开角复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化[1]。度，并具有力反馈、限位和报警功能。本设计中核心本文基于单片机的原理，根据机械手爪的运动要控制模块选择AT89S52，驱动手爪机构电机用的是求，设计一套基于MCU的步进电机伺服驱动系统12V的两相四线直线步进电机，步进电机的正反转控[2~3]，具有自动与手动两种功能，根据力反馈信息，制输入直接用两个按键，

3、通过单片机读入开关状态从控制机械手爪的展开角度，并具有限位和报警功能。而选择电机的正反转程序运行，驱动电路芯片选用L298，选用压力传感器作为反馈电路的核心器件，机2机械手爪结构原理构运动到一定的位置，传感器检测到力的反馈，给单机器人手爪(也称末端夹持器，下面简称为手爪)片机一个信号[4]，单片机分析这个信号后，发出步进的二维结构图如图1所电机停止信号或其它信号，从而实现反馈控制，用示。该手爪采用双四连杆HC595缓存器接LED构成显示电路。平行移动的外夹式转动图2为步进电机伺服驱动系统方框图，通过一个夹持器结构，采用两个手开关电路输入机构运动信息，单片机根据输入的信息指结构，开合范围大、结按

4、照程序执行，构紧凑、重量轻、效率高，串入并处锁存芯LED片74HC595可以充分保证自身刚度核心控制芯片按键输入AT89S52和强度。其运动特点是直驱动芯片步进手爪L298电机线步进电机1的拉杆与套压力传感筒、支架同轴，支架为中图1机器人手爪结构原理图图2步进电机伺服驱动系统方框图空轴结构，手指与支架轴销相连。拉杆向外延伸时，通过驱动模块L298驱动步进电机带动机构运动。被推动小拉杆联动，带动手指外张；拉杆内缩时，实现控制的机构根据步进电机的正传或反转使中间的连手指收拢，从而实现手指的张合。在夹紧物体后，根2010年第1期自动化与信息工程23杆上下运动，从而带动外围设备的伸张和闭合，根据用HC

5、595锁存芯片连接LED实现显示。LED是一要求可以是机构伸开为一个合适的角度。另外该机构种较为常用的发光元件。以LED为发光元件研制的在外力作用下，机构则会运行到一定程度后不能继续显示屏可作为实时工业控制系统中的远距离实时信伸张，此时会回馈单片机一个信号，单片机经程序运息显示器，对高要求的工艺流程进行实时显示。行后，会发出相应的信息。3.3控制系统的软件设计3.2控制系统的硬件设计控制系统的软件部分主要包括初始化模块、运动本文所研究的平面关节型手爪的控制系统硬件控制模块、压力检测模块和通信模块。单片机根据位结构主要包括运动模块、功率放大模块、位置检测模置检测模块获取的信息，确定机械手的速度、

6、加速度块和显示通信模块。本设计采用MCS-51系列单片机和位置，将这些信息传入LM629，由速度梯形图生成[5]，选用12V的两相四线步进电机L298。速度曲线，进行位置控制。L298是SGS公司的产品，比较常见的是15脚3.3.1步进电机脉冲分配Multiwatt封装的L298N，内部同样包含4通道逻辑驱本软件设计中首要解决的问题是步进电机的脉动电路。可方便的驱动两个直流电机，或一个两相步冲发送问题。进电机的脉冲分配有两种方法：软件法进电机。L298可驱动一个四相步进电机或一个两相和硬件法。软件法是完全用软件的方式，按照给定的四线步进电机。通电换向顺序，通过单片机的I/O口向驱动电路发出L2

7、98可驱动电感性负载，1脚和15脚下管的发控制脉冲。图4是用这种P2.4A相驱动射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流方法控制两相四线步进AT89S52P2.5/A相驱动传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1、OUT2电机的硬件接口的示意单片机P2.7B相驱动和OUT3、OUT4之间可分别接电动机，我们选用驱图。利用单片机的P2.4、P2.8/B相驱动动一台步进电动机。则根据L298