注塑机单轴伺服机械手操控体系规划
引言
注塑机专用机械手是可以仿照人体上肢的部分功用，可以对其进行主动操控使其依照预订要求运送制品或料理东西进行出产操作的主动化出产设备。注塑机机械手一般由履行机构、驱动体系、操控体系等组成。履行机构是机械手取放物品，完结各种动作的机械结构。驱动体系为履行机构供给动力。动力有气动、液压、电动等方法。操控体系对驱动体系进行操控，使履行体系按指定的动作运转。
1操控体系总体计划
操控体系选用两块78e516单片机作为中心微处理器，其间手动操控盒首要担任人机沟通，包括键盘扫描，LCD页面显现、串口通讯等；主控钢板是整个体系的中心，担任操控主动操控流程的状况转化、手动操控的履行、伺服电机操控和开关量的输入输出，并且担任将当时状况、方位等数据上传至手动操控盒以供显现。操控体系结构框图如图1所示。
图1 操控体系结构框图
2 主操控板硬件规划
依据主操控板的功用要求剖析，将主操控板硬件电路分模块进行规划。各模块功用相对独立，互相协作完结完好的体系功用。在需求修正体系计划或许改动体系功用时，模块化的体系规划也能较小作业量，进步作业效率。每个模块独自规划，独自调试，进步了体系开发的成功率，一起也确保了体系作业的安稳性。
依据注塑机取出机械手的详细功用要求，主操控板硬件电路可区分为以下7个模块，如图2所示。
图2 机械手主操控钣硬件电路框图
1)CPU处理模块
CPU处理模块是整个主操控板的中心，担任整个机械手的状况监测和运转操控。一起和上位机的通讯以及和注塑机的通讯。因为本体系需求处理的数据量很大，所以CPU模块还需求扩展外部RAM和ROM。
2)开关量输入模块
机械手运转时的定位，用到了很多的电磁挨近开关，主操控板需求读取这些挨近开关的状况，然后确定机械手的方位，判别下一步进行的操作。一起，来自注塑机的一些信号，比如开模完信号，也是以开关量的方法传送给主操控板的。在整个机械手操控体系中，需求接纳的收支开关量有32个。
3)开关量输出模块
本单轴伺服横走机械手的大部分运动是靠气缸驱动的。CPU依据读取到的机械手当时状况，依照规则的动做流程，判别一下步需求履行的动做。这些动作指令以开关量的方法输出，送给电磁阀，通过电磁阀的敞开和闭合操控启动履行结构，然后操控机械手的运动。在整个机械手操控体系中，需求输出的开关量有48个。
4)伺服电机操控模块
本机械手的伺服体系选用松下A5系列伺服电机和伺服操控器，作业在方位操控形式。这就要求何服电机操控模块发生用于操控伺服电机的脉冲。为了进步操控的精确性，还需求读取伺服电机的光电编码器发生的脉冲，构成闭环操控。因为对脉冲的发生和计数精度要求很高，发生的脉冲频率也比较高。所以在伺服电机操控模块，选用2片CPLD作为首要操控器件。
5)数据总线模块
因为整个主操控板上有RAM, ROM, 32个输入开关量、48个输出开关量、CPLD等多个模块需求进行数据交换，所以规划一个数据总线，合理的分配地址，安排好各数据模块和CPU之间的通讯是非常重要的。
6)通讯模块
主操控板是安装在机械手的电控箱内部的，直接操控机械手的运动，可是运转形式的设置、手动运转的指令发出和机械手运转状况的监督都是在手动操控盒上完结的。所以需求规划主操控板和手动操控盒之间通讯的模块。
7）电源模块
电源模块担任给整个操控体系供电。MCL3需求+5V供电，CPLD需求+3.3 V供电，给中继板的信号需求驱动继电器，需求±12电源，和手动操控盒的通讯选用RS422通讯，需求±12V供电。这些电压都需求由电源模块发生，在规划时要考虑电压的安稳。二手注塑机回收
3 主操控板软件规划
在机械手正常的作业流程中，需求操控机械手的运动流程，需求检测机械手的状况，需求进行通讯等这些惯例操作。一起需求处理伺服报警、手动急停、注塑机急停等突发状况。并且还需求有看门狗、软件陷阱、掉电维护、热启动时的体系康复等软件抗搅扰措施。因为需求履行的进程较多，并巨没有操作体系支撑，所以需求为整个程序规划一个牢靠的运转形式，在确保正常流程运转的一起，又能确保那些实时性要求比较高的程序可以及时得到呼应。在程序规划时选用了前、后台程序的规划思维。其结构示意图如图3所示。
图3 分层操控运转形式
依据整个软件体系的功用需求，把程序区分红了具有不同优先级的程序模块。这些模块包括:初始化模块、开关量输入模块、开关量输出模块、伺服电机操控模块、有限状况机模块、守时办理模块、监控模块、流程操控模块、通讯模块和急停处理模块等，这些程序模块之间的衔接选用分层操控的思维，分红物理层、逻辑操控层和应用层。分层结构如图4所示。
图4程序分层操控示意图
其间物理层模块包括的程序都是硬件驱动程序，担任拜访硬件资源。逻辑操控层担任完成整个机械手的逻辑动作，该层一起接纳来自物理层和应用层的数据，通过数据处理和逻辑判别后，将操控信息发送给各操控部件进行体系的操控。
4 通讯显现体系规划
体系选用两块单片机别离担任人机沟通和体系操控，加之伺服操控器引起的搅扰一般都比较大，因而有必要选用牢靠的方法进行串口通讯。本体系选用Modbus TCP协议，担任人机沟通的单片机作为主设备，担任操控的单片机作为从设备，主设备能初始化传输(查询)，从设备依据主设备查询供给的数据作出相应反响。协议能设置为两种传输形式:ASCII或RTU，在装备每个操控器的时分，同一个Modbus网络上的一切设备都有必要挑选相同的传输形式和串口参数。两种传输形式的差异如表1所示。
表1 ASCII和RTU传输形式的差异
ASCII协议和RTU协议相比具有开端和结束符号，因而在进行程序处理时能愈加便利，并且因为传输的都是可见的ASCII字符，所以进行调试时就愈加的直观，另外它的LRC校验也比较容易.关于本操控体系来说，需求传输的数据量较小因而挑选ASCII协议。一个典型音讯帧如表2所示。
表2 典型音讯帧的构成
从机的承受流程图，用于为单机通讯，所以无需判别从机ID是否符合。LRC校验正确之后，将数据读出，从上位机传送过来的数据包括:伺服速度设定、伺服加减速时间设定和气动阀转台设定等，指令履行结束，从机再将当时状况、伺服运转方位等数据打包上传到主机。
5 定论
本文规划的注塑机机械手操控体系选用单片机作为操控中心，用两片CPLD完结高速数字逻辑电路的规划，选用主操控板和手动操控盒上下位机操控形式，运用RS422协议完结串行通讯。本操控体系完结了机械手点动运转、手动运转、主动运转和教训的基本功用。一起完成了5米的最大行程、0.1毫米的定位精度、速度100档可调和加减速延时100档可调等功用要求，达到了该体系的预期规划功用和操控精度。
