基于arduino机械手臂在化工中的应用

基于arduino机械手臂在化工中的应用

李彤

（天津渤海职业技术学院，天津市300402）

摘要：本设计是为了化工厂遇到不易让工人处理危险的情况下通过使用arduino控制机械手臂的自行运行，实现机械手臂代替人工操作更为精准的控制，可以在人为手动与程序自动俩种控制之间实现不同模式的切换，并通过机上位组态的界面以及阿里云空间监测化工厂的实时数据，遇到问题及时控制械手的运动来处理问题。实现更低成本，更精准，更安全的化工厂监测与维护，是当代工作程序操作中不可缺少的好帮手。

关键词：Arduino平台；实时监测；位置控制；单片机；生产与维护

一、机械手自动控制的示意图：

1.机械手臂底座，2.机械手臂升降部分，3.机械手臂伸缩部分，4.机械臂控制爪

该arduino机械手臂主要是由交流接触器（KM）、时间继电器（KT）、按钮开关（SB）、HSV-18D-075驱动器、LT传感器（限位开关）及JB/T7352-199电磁阀等器件组成。

二、arduino机械手臂的设计方案

一般的机械手臂多是机械性的，按动起动按钮后固定且不灵活，给生产带来很大便利的同时一也产生了很多问题，而本设计为了使机械手臂按照生产突发情况的不同，来执行不同的生产意外应对动作，它通过arduino的控制来实现这一设计目的，根据所需要执行的动作要求编写出了对应的控制程序上传到云平台，再经过云平台的处理分析实现动作。并采用直流电动机，通过直流电机的正反转完成机械臂的各种方式的移动和对arduino机械爪的操控。

在这个的基础上，因为复杂机械手臂的设计和开发难度比较大，所以我们需要高效且设计简单的可控机械手臂，该设计基于和平台和Arduino平台互补利用。在这个机械手臂控制的方案当中，我们使用了基于Arduino平台的舵机形-控制板，充分利用到了Arduino这一平台的开源硬件电路板所具有开放技术优势和制造设计优势。这其中Arduino是机械手臂的控制核心，它可以准确控制机械手臂的运行轨迹及其软件编程和实体制作的全过程。

通过已经给定相应的程序，该机械臂可以根据预定设计的路线进行相关连的动作，从而基本实现了模拟人手的功能，用来完成对被测对象的转移、放置控制等动作。

为了实现管理员实时可视化的监控带控制以及远程监控，链接云平台的上位机系统，同时它具备实时数据、被检测装备的状态显示，实时的监测波形显示，参数配置设置，历史数据保存等功能，配置上了4GDTU以及服务器（串口）即可完成PC远程与在手机上施行监控。工业控制的重要部分是安全保障，可针对不同的人员分配他们不同的权限。参数的设计界面，可设定不同的参数，方便技术人员通过这些参数调整工艺。系统关键的参数的历史与查找方式，可根据被检测设备的二维码或者其他数据，追溯该产品的过去被检测情况。

三、验证操作的合理性

为了证明Arduino可控制机械手臂的设计方案稳定性以及可行性，经实践观察制作了基于单片机和Arduino双平台的可自控机械手臂的模拟信号，并利用该机械手臂进行实际测试。

设计过程与实际应用的效果都表明了基于单片机和Arduino是设退）。可控机械手臂的动作分为步进、步退和自动这两个过程。步进、步退的控制比较简单，按下x10或者x14，就可以进行步进、步退的操作。可控机械手臂的自动加工过程包括到了前进、加速、然后减速能量制动、退后、反向减速、反向加速、后退减速和慢速前进的过程。

Arduino可控机械手臂升降控制是与横梁的夹紧过程放松配合来实现的控制。在横梁上升或者下降的过场当中，信号传递到Arduino平台，横梁先进行放松，放松到位后再进行控制升降，到指定位置后，断开升降的支路，接通夹紧的支路，从而实现了横梁的夹紧。

四、Arduino可控机械手臂的运行优点

Arduino可控机械手臂的优点是可以使用遥控开关进行控制，从而实现连续的回路性质控制，将复杂的控制操作系统与其他设备相结合来使用，大大的提高了自动化生产的水平。

1.方便编程，操作简单、容易学习。Arduino可控机械手臂操作是简单方便的，它是可以利用非常简单的逻辑性控制指令便可以操作其任务的指令。即使是不懂电子电路是何，也不理解计算机操作的原理的操作员也是非常简单易就可以上手的。

2.操作很简单，运行速度快，反应迅速，Arduino可控机械手臂优点不仅仅在于它体积的小、体重的轻便、安装的简便等，也体现在自我诊断能力这一特点，被测单元能够通过它检测出来问题，给维修操作工人的工作带来了很大的方便。械手臂的耗能也比较低，在运行前，有备用电池储存电能；在运行的过程中，电能的损耗低，这一项节约能源的特点在其使用的过程当中，会深受人们的认可，这些特点在使用的过程中都体显了它所独有的优势。

本文通过对机械手臂的创新，巧妙利用了Arduino平台设计了可起保障作用的机械手臂控制系统，并且对这个系统的结构组成进行了分析与介绍，为今后机械手臂的控制系统的设计提供了可行有用的参考。

综上所述，因为机械手臂使用了Arduino控制系统，从而大大提升了整个机械手臂在化工安全生产中的反应效率和自动化程度，从而提高了整个机器人系统的安全性以及厂房的可靠性。本次设计迎合了现代机械产业-高效自动的时代潮流，提高了生产作业效率，降低了生产成本，减少了人力资源浪费，降低事故发生率，为今后机械手臂的控制系统设计提供了具有可行有用的参考，为实现中国全自动化生产模式奠定了坚实的理论实践基础。