CN204366963U - 一种机械手的无线控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械手的无线控制系统。解决的技术问题：针对当前机械手控制系统中的采用传统的接线方式传递信号通讯线路较长，信号的传送易受干扰，不但接线复杂且容易造成误操作，同时目前现有控制系统采用闭环控制，虽然在精度方面有了一定的保障，但控制系统太过复杂，执行效率低，且在机械装置上安装太多的线路不利于机械手的灵活作业，不适用于一些控制精度要求不高、控制效率要求较高场合的问题。采取的技术方案是，该系统，包括主控系统和从控系统；主控系统包括PC机和主控ZigBee无线通信模块；从控系统包括从控ZigBee无线通信模块、上级CAN控制器模块、CAN收发器模块和至少一组单轴机械手动作子系统；单轴机械手动作子系统包括下级CAN控制器模块、MCU模块、步进电机驱动模块和步进电机。

Description

一种机械手的无线控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种机械手的无线控制系统，特别涉及一种利用ZigBee无线技术和CAN总线技术并通过PC机的操作，实现机械手的无线控制系统。

背景技术

随着工业自动化的普及和发展，机械手的应用也逐渐普及。机械手能代替人力劳动以实现生产的机械化和自动化，并可以在有害环境下替代人工操作以保护人身安全。机械手广泛地应用于机械制造、果蔬采摘、冶金、电子产品制造等领域，可以很好地节约能源和提高生产效率。

现有技术中，在机械手控制方面还存在很多缺陷，例如，当机械手机械装置与控制装置相隔较远时，用传统的接线方式传递信号通讯线路较长，信号的传送易受干扰，不但接线复杂，而且容易造成误操作。目前机械手大都采用闭环控制，虽然在精度方面有了一定的保障，但这种控制系统太过复杂，执行效率低，且在机械装置上安装太多的线路不利于机械手的灵活作业，不适用于一些控制精度要求不高、控制效率要求较高场合。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对当前机械手控制系统中的采用传统的接线方式传递信号通讯线路较长，信号的传送易受干扰，不但接线复杂且容易造成误操作，同时目前现有控制系统采用闭环控制，虽然在精度方面有了一定的保障，但控制系统太过复杂，执行效率低，且在机械装置上安装太多的线路不利于机械手的灵活作业，不适用于一些控制精度要求不高、控制效率要求较高场合的问题。

本实用新型的目的是提出一种基于ZigBee无线技术和CAN总线技术的无线机械手控制系统，该系统能实现对机械手的无线控制，当机械手与控制装置相隔较远时，能有效的解决现存的布线困难，信号易受干扰等问题，从而保证了控制的质量，更加能满足实际的需求。同时，本控制系统采用开环控制方式，系统结构简单，避免了线路繁琐的问题。可广泛应用于温室采摘、远程摄像头转动控制等领域。

本实用新型采取的技术方案是：

一种机械手的无线控制系统，包括主控系统和从控系统；

主控系统包括PC机和主控ZigBee无线通信模块；所述PC机的输出连接主控ZigBee无线通信模块的输入；

从控系统包括从控ZigBee无线通信模块、上级CAN控制器模块、CAN收发器模块和至少一组单轴机械手动作子系统；所述从控ZigBee无线通信模块的输出连接上级CAN控制器模块的输入；所述上级CAN控制器模块的输出连接CAN收发器模块的输入；所述CAN收发器模块的输出连接单轴机械手动作子系统；

所述单轴机械手动作子系统包括下级CAN控制器模块、MCU模块、步进电机驱动模块和步进电机；所述下级CAN控制器模块的输出连接MCU模块的输入；所述MCU模块的输出连接步进电机驱动模块的输入；所述步进电机驱动模块的输出驱动步进电机动作；

所述从控系统内的从控ZigBee无线通信模块与主控系统内的主控ZigBee无线通信模块之间通过无线通信相连。

进一步优选，所述从控系统还包括光耦合器；所述光耦合器设置在上级CAN控制器模块和CAN收发器模块之间。

进一步优选，所述单轴机械手动作子系统还包括光耦合器；所述光耦合器设置在CAN收发器模块与下级CAN控制器模块之间。

本实用新型中的光耦合器的作用是，用于隔离输入和输出信号，使得各个模块之间的信号更加的稳定、可靠，提高电路的抗干扰能力。

优选方案，所述单轴机械手动作子系统的数量为四；所述四组单轴机械手动作子系统独立工作。

进一步优选，本实用新型中的主控ZigBee无线通信模块与从控ZigBee无线通信模块皆选用的是现有技术中的自带增强型8051单片机的cc2530ZigBee模块。本实用新型中的步进电机为现有技术中的两相四线步进电机。步进电机驱动模块也采用的是现有技术中的两相四线步进电机驱动器。

本实用新型所述PC机包括可以与主控ZigBee模块通信和控制步进电机做出相应动作。PC机上另设置有步进电机手动操作按键，步进电机手动操作按键可实现手动直接控制步进电机。本实用新型所述的PC机为现有技术中的PC机，其具体结构和组成本实用新型不作详细的说明。

本实用新型中的上级CAN控制器模块、光耦合器、CAN收发器模块与从控ZigBee无线通信模块组成CAN消息发送节点，其作用是向各个独立的单轴机械手动作子系统内的下级CAN控制器模块的CAN节点发送不同ID的报文信息。

本实用新型中的CAN消息接收节点是由MCU模块、光耦合器、下级CAN控制器模块和CAN收发器模块组成的，其作用是接收上级CAN控制器模块内的CAN消息，以实现对各个步进电机的控制，完成机械手在相应维度上的运动。

本实用新型所述的CAN消息的发送与接收的协议由上级CAN控制器模块、CAN收发器模块和下级CAN控制器模块所完成，上级CAN控制器模块和CAN收发器模块之间采用的是CAN2.0B协议；所述CAN收发器模块和下级CAN控制器模块之间采用的是CAN2.0B协议；并且支持CAN2.0B协议规定的所有功能。本实用新型中所述的CAN2.0B协议为现有技术中的公知协议，其具体的协议内容本实用新型不作详细的说明。

本实用新型中的机械手的无线控制系统以MCU模块(单片机)为核心控制器，通过单片机控制对应的步进电机转动以实现对机械手的控制，基于无线通信的ZigBee技术，远程操控机械手。其具体实现分为三个部分：

第一部分：PC机向主控ZigBee无线通信模块发出指令，主控ZigBee无线通信模块将指令以无线通信方式发送给从控ZigBee无线通信模块。

第二部分：从控ZigBee无线通信模块根据主控ZigBee无线通信模块发送来的指令；CAN消息发送节点生成对应的CAN报文，并发送给CAN消息接收节点。

第三部分：CAN消息接收节点内的MCU模块对接收到的CAN报文进行解析，得出步进电机所需要的运动参数：如速度、转动量、方向等。步进电机驱动模块接收来自MCU模块的运动参数，驱动步进电机运动，实现机械手的运动，从而达到远程控制机械手的目的。

进一步优选，本实用新型所述的单轴机械手动作子系统的数量，根据每个机械手所需要运动的维数所决定。如机械手运动的维数多，则所需的单轴机械手动作子系统的数量多；反之，单轴机械手动作子系统的数量少。

本实用新型所述的PC机、主控ZigBee无线通信模块、从控ZigBee无线通信模块、上级CAN控制器模块、CAN收发器模块、下级CAN控制器模块、MCU模块和步进电机驱动模块，均为现有技术中的模块，其具体的每个模块组成本实用新型不作详细的描述。

本实用新型与现有技术相比的优点：1、通过无线通信技术实现对机械手的控制，避免了某些恶劣环境下布线困难的问题。2、以CAN总线通信的技术实现多轴步进电机的联动，提高了工作效率。3、ZigBee无线通信技术能保证通信的可靠性，加上功放和若干路由器节点，可提升无线通信的距离。4、使用步进电机作为执行机构，构成开环系统，只需控制电机转动所需的参数就能满足精确度的要求，相比传统的闭环而言，结构简单，执行效率高。

附图说明

图1是本实施例的总系统框图。

图2是本实施例的主控ZigBee无线通信模块的电路图。

图3是本实施例的上级CAN控制器模块的电路图。

图4是本实施例的CAN收发器模块的电路图。

图5是本实施例的MCU模块的电路图。

图6是本实施例的步进电机驱动模块的电路图。

其中，1、PC机，2、主控ZigBee无线通信模块，3、从控ZigBee无线通信模块，4、上级CAN控制器模块，5、光耦合器，6、CAN收发器模块，8、下级CAN控制器模块，9、MCU模块，10、步进电机驱动模块，11、步进电机。

具体实施方式

为使本实用新型的内容更加明显易懂，以下结合附图1-图6和具体实施方式做进一步的描述。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：

本实施例中采用现有技术中的四维机械手为例进行说明。

图1是本实施例机械手的无线控制系统总的系统框图，如图1所示，本实施例的机械手的无线控制系统，包括：主控系统和从控系统；

主控系统包括PC机1和主控ZigBee无线通信模块2。

从控系统包括从控ZigBee无线通信模块3、上级CAN控制器模块4、光耦合器5、CAN收发器模块6和四组单轴机械手动作子系统。

单轴机械手动作子系统包括光耦合器5、下级CAN控制器模块8、MCU模块9、步进电机驱动模块10和步进电机11。

主控系统内的PC机1的输出连接主控ZigBee无线通信模块2的输入。

从控系统内的从控ZigBee无线通信模块3的输出连接上级CAN控制器模块4的输入；上级CAN控制器模块4的输出连接CAN收发器模块6的输入；CAN收发器模块6的输出分别连接四个单轴机械手动作子系统。从控系统内的光耦合器5设置在上级CAN控制器模块4和CAN收发器模块6之间。

单轴机械手动作子系统内的下级CAN控制器模块8的输出连接MCU模块9的输入；MCU模块9的输出连接步进电机驱动模块10的输入；步进电机驱动模块10的输出驱动步进电机11动作。单轴机械手动作子系统内的光耦合器5设置在CAN收发器模块6与下级CAN控制器模块8之间。

从控系统内的从控ZigBee无线通信模块3与主控系统内的主控ZigBee无线通信模块2之间通过无线通信相连。

本实施例中的主控系统内的PC机1和主控ZigBee无线通信模块2通过PC机1上的USB端口相连。

从控系统内的四个单轴机械手动作子系统各自独立的对机械手上的维度一、维度二、维度三和维度四做出相应的动作。

本实施例中的PC机1是利用VC++编写的PC机，可以与主控ZigBee无线通信模块2通信，从而发送相应的指令使得远处的机械手做的相应的动作，实现对机械手的远程控制，操作十分简单。本实施例中通过主控ZigBee无线通信模块2与从控ZigBee无线通信模块3实现主控系统与从控系统的连接，使得主控与从控系统相结合，构成一个完整的系统。

如图2所示，本实施例中的主控ZigBee无线通信模块2与从控ZigBee无线通信模块3皆选用的是现有技术中的自带增强型8051单片机的cc2530ZigBee模块。

如图3所示，本实施例中的上级CAN控制器模块4和下级CAN控制器模块8，均选用SJA1000，SJAl000是一个独立的控制器，SJAl000功能模块主要有：接口管理逻辑、接收FIFO队列、接收滤波器、发送缓冲器和CAN核心模块。CAN核心模块基于CAN2.0B的协议执行对CAN帧的发送和接收。逻辑管理接口实现与外部单片机的连接。SJAlO00的发送缓冲器可以存储一个完整的报文，当单片机开始一个传送时，逻辑管理接口会使CAN核心模块读发送缓冲器的数据，依照CAN2.OB协议发送数据。当收到一个报文时，CAN核心控制模块将连续的位转换为标准的数据存放于接收过滤器中，通过验收码寄存器、验收屏蔽寄存器进行过滤处理，将符合标志位要求的数据放人接收FIF0队列中。

如图4所示，本实施例中的CAN收发器模块6采用现有技术中的TJA1050，CAN收发器模块6用于接收由主控ZigBee无线通信模块2发送来的CAN消息，并将消息发给与其相连的CAN控制器。CAN控制器在系统启动时被初始化完毕，完成了一系列的设置，当收到报文消息时，处于正常工作状态，发给与之相连的单片机。为了提高电路的抗干扰能力，在CAN收发器与CAN控制器之间连接高速光耦合器，实现了通信控制器与CAN总线的隔离，提高系统的可靠性。

如图5所示，本实施例中的MCU模块11采用现有技术中的STC89S512，本实施例中的所述的MCU模块11(单片机)用于初始化CAN控制器和接受处理CAN消息，并将其转化成需要的信息以驱动对应的步进电机。单片机首先对CAN控制器进行初始化，使其能正常工作。然后等待接受CAN消息，当接受到CAN消息时，迅速做出处理，转换成对应的步进电机运动所需的控制量，将处理的结果以电平的形式送到的与驱动器各端口相连的I/O，使得驱动器驱动所对应的步进电机做出相应的动作。

如图6所示，本实施例中的步进电机驱动器模块10用于驱动所对应的步进电机11，将1步进电机11的四根线正确与模块上指定端口相连，模块上有对应输入端，与单片机I/O口相连，当对应的I/O电平变化时，步进电机的运动状态随之而变，也就是说，只要操纵单片机的I/O就能实现对步进电机的运动控制。每个步进电机作为对应机械手上机械臂的动力源，当步进电机运动时，机械臂便随之而动，以满足实际的需求。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

本实用新型中所述具体实施案例仅为本实用新型的较佳实施案例而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本实用新型的技术范畴。

Claims (4)

1.一种机械手的无线控制系统，其特征在于，包括主控系统和从控系统；

主控系统包括PC机(1)和主控ZigBee无线通信模块(2)；所述PC机(1)的输出连接主控ZigBee无线通信模块(2)的输入；

从控系统包括从控ZigBee无线通信模块(3)、上级CAN控制器模块(4)、CAN收发器模块(6)和至少一组单轴机械手动作子系统；所述从控ZigBee无线通信模块(3)的输出连接上级CAN控制器模块(4)的输入；所述上级CAN控制器模块(4)的输出连接CAN收发器模块(6)的输入；所述CAN收发器模块(6)的输出连接单轴机械手动作子系统；

所述单轴机械手动作子系统包括下级CAN控制器模块(8)、MCU模块(9)、步进电机驱动模块(10)和步进电机(11)；所述下级CAN控制器模块(8)的输出连接MCU模块(9)的输入；所述MCU模块(9)的输出连接步进电机驱动模块(10)的输入；所述步进电机驱动模块(10)的输出驱动步进电机(11)动作；

所述从控系统内的从控ZigBee无线通信模块(3)与主控系统内的主控ZigBee无线通信模块(2)之间通过无线通信相连。

2.如权利要求1所述的机械手的无线控制系统，其特征在于，所述从控系统还包括光耦合器(5)；所述光耦合器(5)设置在上级CAN控制器模块(4)和CAN收发器模块(6)之间。

3.如权利要求2所述的机械手的无线控制系统，其特征在于，所述单轴机械手动作子系统还包括光耦合器(5)；所述光耦合器(5)设置在CAN收发器模块(6)与下级CAN控制器模块(8)之间。

4.如权利要求1所述的机械手的无线控制系统，其特征在于，所述单轴机械手动作子系统的数量为四；所述四组单轴机械手动作子系统独立工作。