一种具有人机界面的多舵机机器手控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了具有人机界面功能的多舵机机器手控制系统，包括电源电路、单片机电路、初始位置检测电路、主电流控制电路、舵机PWM控制电路、HMI接口电路及电流检测电路。电源电路为系统提供所需的工作电压，单片机电路经引出线分别与电源电路、初始位置检测电路、主电流控制电路、舵机PWM控制电路、HMI接口电路及电流检测电路相连；舵机PWM控制电路经引出线与主电流控制电路及电流检测电路相连。本实用新型专利技术使用价格低、性能适中、稳定可靠并具有RS232接口功能的人机界面，通过与MCU之间的通信实现以舵机为驱动电机的机械手系统控制，并同时具有电流检测、断电保护和机械手初始位置检测等功能。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种采用人机界面通讯技术的运动控制系统，特别是一种具有人机界面的多舵机机器手控制系统。
技术介绍
传统的工业机器人控制一般采用离线编程方式或示教方式，机械手一般采用专用运动控制器配合MCU或DSP控制板方式。这几种控制方式存在交互性差、控制人员无法实时了解机器人或机械手末端执行器当前位姿和速度等信息及无法实时变更控制参数等诸多问题。经对现有技术的文献检索发现，蔡文明等在《浙江工贸职业技术学院学报》2008年第8卷第3期第25- 页上发表的“人机界面与PLC在物料分拣系统中的应用”，该文采用 TP460-T型触摸屏通过与三菱FX2N型PLC硬件的连接，及触摸屏、PLC和机械手之间的通信实现了全新的图形操作界面和物料分拣功能。但这种技术存在系统价格昂贵、需要中间控制PLC、通信环节多和协议复杂的缺点。
技术实现思路
技术目的本技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有人机界面的多舵机机器手控制系统。为了解决上述技术问题，本技术公开了一种具有人机界面的多舵机机器手控制系统，其特征在于，包括电源电路，单片机电路，所述单片机电路分别连接初始位置检测电路、主电流控制电路、舵机PWM控制电路、HMI接口电路及电流检测电路；其中主电流控制电路连接舵机PWM控制电路，舵机PWM控制电路连接电流检测电路；所述初始位置检测电路检测最底端舵机和机器手关节的初始位置；所述人机界面经HMI接口电路发送相应的舵机位置信号至单片机电路；所述单片机电路发送通路信号至主电流控制电路，并根据通信协议发送PWM信号至相应的舵机PWM 控制电路，实现舵机和机械手的位置控制；所述电流检测电路对舵机电流进行I/V转换和放大后馈入单片机电路，经A/D转换后输入舵机PWM控制电路和主电流控制电路；在电流超过舵机的额定电流时，单片机电路发送断路信号至主电流控制电路，关闭主电流电路和相应舵机的PWM信号以实现机械手的过流保护，同时在人机界面HMI显示报警信息。所述的电源电路，其核心为一块电源管理芯片，用于将外部电源提供的+12V电压转换为+3. 3V直流电压，为系统供电。本技术中，所述的单片机电路，其核心为一块MCU芯片，用于急停、初始位置检测、主电流控制电路通断、舵机PWM控制信号输出、与HMI通信及主电流控制电路电流检测等功能。优选地，所述单片机电路包括单片机芯片U2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、 电容C7、电阻R1、电阻R2、电感Li、按键开关SW1、发光管LED2、电阻R23、电容C16、电容C22、续流二极管D8及按键开关SW3 ；单片机芯片U2的引脚VCC端并联后接电源VCC，并分别经电容C3及电容C4去耦至地；单片机芯片U2的引脚GND端并联后接地GND ；单片机芯片U2 的引脚PB0/ICP端经电阻R2、发光管LED2后接电源VCC ；单片机芯片U2的引脚AVEF端经电容C5接地；单片机芯片U2的引脚AVCC端经电感Ll上拉至VCC并经电容C6去耦至地； 单片机芯片U2的引脚ADC6端经引出线与电流检测电路相连，用于流经主电流控制回路及舵机的电流检测；单片机芯片U2的引脚PC0/ADC0端、引脚PC1/ADC1端、引脚PC2/ADC2端、 引脚PC3/ADC3端、引脚PC4/ADC4端及引脚PC5/ADC5端经引出线与舵机PWM控制电路相连，用于驱动舵机PWM信号的转换和缓冲；单片机芯片U2的引脚PC6/RESET端经并联的电阻R23及反向二极管D8上拉至VCC，并经过按键开关SW3、电容C16及电容C22接地；二极管D8构成电容C16及电容C22的泄荷及放电回路；单片机芯片U2的引脚PD0/RXD端、引脚 PD1/TXD端经引出线与HMI接口电路相连，用于人机界面与单片机芯片U2的数据通讯；单片机芯片U2的引脚PD3/INT1端经电阻Rl上拉至VCC，并经电容C7及按键开关SWl接地， 用于系统起始与急停控制；单片机芯片U2的引脚PD4/T0/XCK端经引出线与主电流控制电路相连，用于主电流控制电路的通路、断路控制；单片机芯片U2的引脚PD7/Aim端经引出线与所述初始位置检测电路相连。本技术中，所述的初始位置检测电路，核心是一反射式光电传感器，用于最底端舵机和关节的初始位置检测。优选地，所述初始位置检测电路包括电阻R37、电阻R38及反射式光电二极管J20 ；反射式光电二极管J20的引脚GND接地；引脚mi端经电阻R37上拉至VCC，引脚IN2端经引出线与所述单片机芯片U2的引脚PD7/Aim端相连用于机器手最下端舵机和机器手关节初始位置检测与反馈。本技术中，所述的主电流控制电路，核心是一大功率MOSFET管和由两个三极管组成的推挽驱动电路，用于在单片机电路控制下的舵机PWM控制电路的驱动电压和驱动电流通断控制。优选地，所述主电流控制电路包括电阻R15、电阻R16、三极管Q8、三极管Q9、 二极管D2、二极管D4、电容C13、电容C14及MOSFET管Q20 ；所述三极管Q8、三极管Q9的基极并联后经电阻R15与单片机芯片U2的引脚PD4/T0/XCK端相连，三极管Q8的集电极上拉，并经电容C13去耦至地；三极管Q8的发射极与三极管Q9的发射极并联，再经并联的电阻R16及二极管D4与MOSFET管Q20的栅极相连；电阻R16为MOSFET管Q20的限流电阻， 二极管D4为MOSFET管Q20的快速泄流电路；MOSFET管Q20的漏极接至V12，并经电容C14 接地；MOSFET管Q20的源极经二极管D2和二极管D3上拉，再经引出线与舵机PWM控制电路相连；二极管D2、二极管D3为主电流控制电路的泄荷二极管。本技术中，所述的舵机PWM控制电路，核心是由NPN三极管组成的反相器电路，在单片机电路控制下向舵机发送所需位置控制的PWM信号。优选地，所述舵机PWM控制电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、 电阻R13、电阻R14、电阻R40、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、三极管Q7及舵机J5、舵机J6、舵机J7、舵机J8、舵机J9、舵机JlO ；三极管Q2的基极经电阻R3 与单片机芯片U2的引脚PC0/ADC0端相连，集电极经电阻R6上拉至VCC并与舵机J5的引脚PWM端相连，发射极接地；舵机J5的引脚VIN端经引出线与主电流电路中MOSFET管Q20 的源极相连，引脚GND端经引出线与电流检测电路相连；电阻R3、电阻R6及三极管Q2构成舵机J5的反相PWM转换与缓冲电路；三极管Q3的基极经电阻R4与单片机芯片U2的引脚PC3/ADC3端相连，集电极经电阻R7上拉至VCC并与舵机J6的引脚PWM端相连，发射极接地；舵机J6的引脚VIN端经引出线与主电流电路中MOSFET管Q20的源极相连，引脚GND端经弓丨出线与电流检测电路相连；电阻R4、电阻R7及三极管Q3构成舵机J6的反相PWM转换与缓冲电路；三极管Q4的基极经电阻R40与单片机芯片U2的引脚PC1/ADC1端相连，集电极经电阻R9上拉至VCC并与舵机J7的引脚PWM端相连，发射极接地；舵机J7的引脚VIN 端经本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种具有人机界面的多舵机机器手控制系统，其特征在于，包括：电源电路，单片机电路，所述单片机电路分别连接初始位置检测电路、主电流控制电路、舵机ＰＷＭ控制电路、ＨＭＩ接口电路及电流检测电路；其中主电流控制电路连接舵机ＰＷＭ控制电路，舵机ＰＷＭ控制电路连接电流检测电路；所述初始位置检测电路检测最底端舵机和机器手关节的初始位置；所述人机界面经ＨＭＩ接口电路发送相应的舵机位置信号至单片机电路；所述单片机电路发送通路信号至主电流控制电路，并根据通信协议发送ＰＷＭ信号至相应的舵机ＰＷＭ控制电路，实现舵机和机械手的位置控制；所述电流检测电路对舵机电流进行Ｉ／Ｖ转换和放大后馈入单片机电路，经Ａ／Ｄ转换后输入舵机ＰＷＭ控制电路和主电流控制电路；在电流超过舵机的额定电流时，单片机电路发送断路信号至主电流控制电路，关闭主电流电路和相应舵机的ＰＷＭ信号以实现机械手的过流保护，同时在人机界面ＨＭＩ显示报警信息。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨继全，宋立博，夏俊，
申请(专利权)人：南京敦超机电科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84