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【摘要】内蒙古电子信息职业技术学院机电一体化实训室的机械手教学模型，主要由PLC控制单元为核心的控制系统来实现机械手的五维运动。为了提高设备利用率，增加单片机课程的实训项目，在原有设备的基础上开发了基于AT89C51的单片机控制系统，实现了PLC与单片机的双系统控制。
【关键词】机械手 单片机 PLC 控制系统
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）04-0252-01
1.引言
内蒙古电子信息职业技术学院机电一体化实训室的机械手教学模型，主要采用PLC控制技术、气动控制技术、步进电机驱动技术、传感器技术来实现机械手的五维控制，完成料块的码放、移动等。学生的学习兴趣较高，教学效果非常好。但单片机课程的实验多以仿真软件或硬件指示灯等形式为主，缺少机械运动控制。同时，将PLC与单片机这两个机电一体化控制系统中应用广泛的控制器在同一控制对象上使用，即实现了资源整合提高设备利用率，也便于学生对两个控制系统进行优势对比，利于培养全面的高素质机电一体化人才。
2.机械手教学模型的组成结构
机械手模型采用台式结构，配有PLC主机、滚珠丝杆、滑轨、气动元件、步进电机及其驱动模块、传感器、光电编码器等。可实现机械手五维控制，完成料块的码放、移动等。该装置可培养学生掌握PLC编程及系统调试、掌握直流电机、步进电机的使用及速度位置控制、插补控制、传感器的使用及调整，通过该设备的学习可让学生掌握位置控制技术，培养学生构建控制系统的能力。
该装置从机构上分为：机械手本体单元、控制单元、接口单元、电源单元等组成。
1）立体机械手本体单元：该单元由五自由度机械手、位置传感器、旋转编码器单元等组成。
2）控制单元：该单元可分别由西门子S7-200 226 PLC控制系统和AT89C51的单片机控制系统组成。
3）接口单元：该单元将系统中所有控制单元、执行单元、检测单元、输入输出单元的信号都引到面板上，由学生自行完成线路连接设计，且每个单元自身的线路具有独立性，具备扩展功能。
4）电源单元：电源单元是由开关电源提供系统工作的直流24V电压。
机械手本体按功能分为由二轴平移机构、旋转底盘、 旋转手臂机构、气动夹手、支架、限位开关等部件组成；按活动关节分为S轴、L轴、U轴、T轴、B轴等机构，其结构示意图如图2所示：
3.单片机控制系统接口原理图
输入、输出接口电路分别如图3所示，使用TLP521-4进行光电隔离，防止干扰，功率驱动集成电路ULN2803分别驱动继电器或指示灯，实现对机械手运行动作的控制。
4.结论
在现有的PLC机械手教学模型上开发设计出了一套基于AT89C51的单片机控制系统，使该教学模型成为可以使用51单片机驱动控制的教学设备，增加了机电一体化专业《单片机原理与应用》课程的实训项目，提高了学生对单片机系统控制的综合应用能力。
参考文献：
[1]李祥阳.基于AT89C51单片机备料机械手单步控制系统的硬件设计[J].西安： 工业仪表与自动化装置，2012.
[2]熊正鹏.基于PLC与单片机双平台控制的开放式机电教学实验设备的研制[J].上海： 实验室研究与探索，2004.
[3]张奎.基于 51 单片机的机械手控制系统设计[J].广东：广东蚕业，2017.
[4]张小波.基于AT89C51单片机的四自由度机械手设计[J].贵州：现代机械，2016.
[5]邬栋.基于单片机的六自由度机械手的系统设计[J].甘肅：机械研究与应用，2016.
【关键词】机械手 单片机 PLC 控制系统
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）04-0252-01
1.引言
内蒙古电子信息职业技术学院机电一体化实训室的机械手教学模型，主要采用PLC控制技术、气动控制技术、步进电机驱动技术、传感器技术来实现机械手的五维控制，完成料块的码放、移动等。学生的学习兴趣较高，教学效果非常好。但单片机课程的实验多以仿真软件或硬件指示灯等形式为主，缺少机械运动控制。同时，将PLC与单片机这两个机电一体化控制系统中应用广泛的控制器在同一控制对象上使用，即实现了资源整合提高设备利用率，也便于学生对两个控制系统进行优势对比，利于培养全面的高素质机电一体化人才。
2.机械手教学模型的组成结构
机械手模型采用台式结构，配有PLC主机、滚珠丝杆、滑轨、气动元件、步进电机及其驱动模块、传感器、光电编码器等。可实现机械手五维控制，完成料块的码放、移动等。该装置可培养学生掌握PLC编程及系统调试、掌握直流电机、步进电机的使用及速度位置控制、插补控制、传感器的使用及调整，通过该设备的学习可让学生掌握位置控制技术，培养学生构建控制系统的能力。
该装置从机构上分为：机械手本体单元、控制单元、接口单元、电源单元等组成。
1）立体机械手本体单元：该单元由五自由度机械手、位置传感器、旋转编码器单元等组成。
2）控制单元：该单元可分别由西门子S7-200 226 PLC控制系统和AT89C51的单片机控制系统组成。
3）接口单元：该单元将系统中所有控制单元、执行单元、检测单元、输入输出单元的信号都引到面板上，由学生自行完成线路连接设计，且每个单元自身的线路具有独立性，具备扩展功能。
4）电源单元：电源单元是由开关电源提供系统工作的直流24V电压。
机械手本体按功能分为由二轴平移机构、旋转底盘、 旋转手臂机构、气动夹手、支架、限位开关等部件组成；按活动关节分为S轴、L轴、U轴、T轴、B轴等机构，其结构示意图如图2所示：
3.单片机控制系统接口原理图
输入、输出接口电路分别如图3所示，使用TLP521-4进行光电隔离，防止干扰，功率驱动集成电路ULN2803分别驱动继电器或指示灯，实现对机械手运行动作的控制。
4.结论
在现有的PLC机械手教学模型上开发设计出了一套基于AT89C51的单片机控制系统，使该教学模型成为可以使用51单片机驱动控制的教学设备，增加了机电一体化专业《单片机原理与应用》课程的实训项目，提高了学生对单片机系统控制的综合应用能力。
参考文献：
[1]李祥阳.基于AT89C51单片机备料机械手单步控制系统的硬件设计[J].西安： 工业仪表与自动化装置，2012.
[2]熊正鹏.基于PLC与单片机双平台控制的开放式机电教学实验设备的研制[J].上海： 实验室研究与探索，2004.
[3]张奎.基于 51 单片机的机械手控制系统设计[J].广东：广东蚕业，2017.
[4]张小波.基于AT89C51单片机的四自由度机械手设计[J].贵州：现代机械，2016.
[5]邬栋.基于单片机的六自由度机械手的系统设计[J].甘肅：机械研究与应用，2016.