注：1—機身；2—大臂電機；3—光電編碼器；4—大臂；5—小臂電機
6—同步帶；7—光電編碼器；8—小臂；9—手腕升降電機；
10—手抓電機；11—手抓。
圖2機械手簡化模型

2控制系統設計
2.1控制系統的工作原理
　　基于LM629芯片和PIC16F877單片機構成的單個關節直流電機伺服驅動系統如圖3所示。

圖3控制系統原理圖

　　運動芯片LM629通過8位數據線和6根控制線與單片機PIC16F877的I/O口相連。單片機通過數據線向LM629發送位置或速度命令、設定PID調節參數，并從LM629中讀取速度、加速度等數值。LM629輸出的脈寬調制幅度信號和方向信號直接驅動L298N，經過功率放大后驅動直流電機。增量式光電編碼器提供半閉環控制所需的反饋信號(A、B、IN),梯形圖發生器計算出位置或速度模式下所需控制的運動軌跡。PIC16F877為LM629提供加速度、速度和目標位置量,在每個采樣周期用這些值來計算出新的命令和位置給定值,將其作為指令值。由增量式光電編碼器檢測電機的實際位置,其輸出信號經過LM629四倍頻后進行解碼,形成位置反饋值。指令值與反饋值的差值作為數字PID校正環節的輸入。通過數字調節器PID計算，LM629輸出脈寬調制信號PWMM和方向信號PWMS用于控制功率芯片L298N,進而驅動電機運動到指定的位置。LM629在進行位置控制的同時，還對速度進行控制。LM629在接受到主機送來的位置信號后，按梯形圖生成加速、勻速、減速的速度曲線，曲線與坐標橫軸所包圍的面積就是指定的位置。PID算法中的比例、積分和微分系數有時需要進行修改，因此將它們存儲在單片機的E2PROM中。單片機和PC機通過無線發射和接收模塊進行串行通信。
2.2控制系統的硬件設計
　　本文所研究的平面關節型機械手的控制系統硬件結構主要包括運動模塊、功率放大模塊、位置檢測模塊和通信模塊。
（1）運動與功率放大模塊
　運動與功率放大模塊如圖4所示。運動模塊的核心芯片是LM629。LM629的8位數據口D0"D7與PIC單片機的RD0"RD7口相連,RC0"RC3分別和LM629的CS、RD、WR、PS相連，用于控制片選、數據的流向等。LM629接收來自單片機的位置、速度或加速度數據，經過內部梯形圖發生器和PID調節器的運算，輸出脈寬調制信號和方向信號，由引腳PWMM和PWMS輸出。功率放大模塊主要由L298N芯片和電流泄放回路組成。L298N是雙極性H橋功率放大電路，與LM629輸出信號PWMM和PWMS通過一個邏輯門電路相連，控制直流電機的正、反轉和停止。在芯片LM629和L298N之間增加光電耦合器4N25，進行電氣隔離，保護單片機和運動芯片并減少強電干擾。由于直流電機是感性負載，因此選用功率二極管DIN5391組成電流泄放回路，以保護功率芯片L298N。
（2）位置檢測模塊[3>

　　通信模塊建立單片機和PC機之間的通信。在PC機端，利用VisualC 編寫串行通信程序和參數輸入界面。在PIC16F877端，用匯編語言編寫通信程序，實現PC機和單片機之間的雙向通信。圖6表示主程序和中斷子程序的流程。
結語
　　本文介紹了平面關節型機械手的位置伺服控制板的設計方法，采用LM629和PIC16F877構成機械手各關節的伺服系統，同單純用單片機來實現機械手控制系統相比，具有硬件電路結構簡單、可靠性高、成本低廉以及單片機CPU負擔小，控制的實時性好等優點。這種自行開發制作的控制電路板應用面較廣，在移動機器人中也能取得很好的應用效果。