基于工業機器人應用的自動雕刻系統設計研究

朱重陽 羅智蕓

隨著工業物聯網發展，以工業機器人為主體的控制系統，在工業生產過程中的應用越來越廣泛。以此為基礎，本文構建由觸摸屏、單片機、工業機器人及步進電機組成的自動雕刻系統，經實踐證明其可以有效保證生產過程的安全，以及使生產效率更加高效。

觸摸屏;單片機;工業機器人;步進電機

工業機器人作為智能制造的重要終端設備，在汽車、電子、食品、化工、裝備制造等行業中得到廣泛應用，憑借其高效、穩定、性價比高的特性，逐漸為大家所認同。借助于觸摸屏遠程控制特點，構建由觸摸屏、單片機、工業機器人及步進電機組成的自動雕刻系統，實踐證明其可以有效地保證生產過程的安全，同時極大的提高了生產速度。

該系統工作原理為：通過觸摸屏給單片機遠程發送雕刻指令，一方面單片機接受指令驅動步進電機，拖動雕刻對象進入指定位置，另一方傳遞信號給工業機器人進行雕刻任務。完成雕刻任務后，及時反饋給單片機和觸摸屏。其系統示意圖如圖1所示：

本系統采用的觸摸屏為昆侖通態嵌入式一體化觸摸屏，此款國產觸摸屏由于功能強大、性能穩定、易于學習，方便調試，在工業生產中應用較為廣泛。所用觸摸屏的型號為TPC7062KS。單片機采用ATMEL89S52，此款單片機低功耗、高性能，可以為眾多嵌入式控制應用系統，提供高靈活、超有效的解決方案。

步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制電機，是數字程序控制系統中的主要執行元件，應用極為廣泛。步進驅動器接收到控制單元的脈沖信號，驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機的驅動電路根據控制信號工作。在步進電機的單片機控制中，控制信號由單片機產生。

觸摸屏與單片機的通信采用Modbus協議，通過定義連接口的針腳、電纜、信位號、奇偶校驗、傳輸波特率等，能夠實現兩者之間的通信，完成二者之間實時狀態的檢測和工程數據的傳輸，工程指定的下達。三者之間的接口設計如下圖2所示。

本系統采用ABB機器人IRB120，此款工業機器人配備了IRC5緊湊型控制柜，占地面積小，使用方便，同時具有輕量、快速、精準、易于集成等特點，特別適合小型工作站的集成應用。

工業機器人與單片機之間通過光耦合器實現信號的傳輸。光耦合器通過光的發射、光的接收以及信號放大，實現電—光—電的轉化，起到輸入和輸出的隔離作用源于二者之間的隔離，電信號的傳輸具有單向性以及良好的絕緣能力和抗干擾能力。工業機器人與單片機之間的通信接口如下圖3所示。

觸摸屏在完成與單片機硬件通信的基礎上，需要設置組態控制界面，主要實現啟停控制，以及雕刻內容的選擇，雕刻數量的設置以及數量完成情況的顯示等基本功能。當然也可以根據工業生產的實際情況，增添不同的功能結構，以實現命令遠程、生產過程監控的目的。觸摸屏組態界面如圖4所示。

為保證實際應用的安全，需要在RobotStudio軟件上仿真操作，利用3D建模軟件對雕刻內容進行實體化處理，方便RobotStudio軟件能夠精準捕捉。通過參數設置及路徑模擬仿真，可以調整出機器人合適的軌跡速度和轉彎半徑等參數;再次基礎上進行實物運行檢測，將設計好的程序移植到工業機器人上，先單步運行調試，在自動運行。工業機器人主體程序如圖5所示。

在觸摸屏上進行雕刻內容及數量選擇之后，發出啟動信號給單片，經程序處理后，傳遞給工業機器人，工業機器人根據指令選擇雕刻的軌跡。機器人完成雕刻工作后，反饋信號給單片機，單片機經過程序處理，驅動步進電機轉動，使下一單元進入雕刻工位，為下一次雕刻做好準備。與此同時觸摸屏上顯示已完成的雕刻數量，為生產過程的監控提供參考。

[1] 許艷玲，張保，朱紅勇，等.基于單片機的步進電機控制系統及串行通信設計[J].現代機械，2008（5）：56-57.

[2] 顧波飛，趙偉杰，吳開華.基于Modbus協議的單片機與觸摸屏通信設計[J].機電工程，2012，29（1）：104-107.

[3] 葉暉.工業機器人實操與應用技巧[M].北京：子工業出版社，2018.

[4] 朱重陽.基于單片機控制的智能家居系統的設計[J].電子技術與軟件工程，2014（15）：77-78.

（Zhongshan Technical Secondary School， Zhongshan Guangdong? 528400）

With the development of industrial Internet of things， the control system with industrial robots as the main body is more and more widely used in the industrial production process. On this basis， this paper constructs an automatic engraving system composed of touch screen， single chip microcomputer， industrial robot and stepping motor， which can effectively guarantee the safety of the production process and make the production efficiency more efficient.

touch screen; single chip microcomputer; industrial robot; stepping motor