【正文】 松下的位置控制模塊是因為該模塊不僅能同進控制兩臺步進電機發(fā)出驅(qū)動脈沖、控制步進電機轉(zhuǎn)動方向、控制加∕減速度、改變加∕減速時間還有多種工作方式給操作者選擇。松下的位置控制模塊是松下 PLC 一種智能擴展模塊，它與松下PLC 一樣用同樣的編程語言編程，并且具有多種控制方式 可供用戶選擇。該功能可以對電機的輸出進行監(jiān)控，以滿足控制精度要求，適用于閉環(huán)控制。 (7） Pulser Input Operation(脈沖發(fā)生器輸入操作 ) 在該模塊接入脈沖發(fā)生器，根據(jù)用戶需要設(shè)置不同的控制字，控制模塊可以根據(jù)控制字的設(shè)置對脈沖發(fā)生器輸入的脈沖進行不同的細(xì)分，用細(xì)分后的脈沖來控制電機。 (6） Deceleration Stop and Forced Stop(正常停止與急停 ) 在該模塊中提供了兩種停止方式即正常停止與急停。但在該工作方式中不能采用絕對控制， 否則會造成錯誤。 （ 4） JOG Positioning(JOG 位置控制 ) JOG 位置控制工作方式用戶通過設(shè)置控制字、起始速度、終止速度、加 /減速時間、輸出脈沖個數(shù)五個參數(shù)便可控制電機動作。此種方式較適用于電機帶載起動 。本模塊還提供幾種基本工作方式 給 操作者選擇，工作方式有如下幾種： 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 本科生 畢業(yè)設(shè)計 9 （ 1） E point control(單一速度控制 ) 在此控制方式中操作者可以根據(jù)需要設(shè)置控制字、起始速度、終止速度、加 /減速時間、輸出脈沖個數(shù)五個參數(shù)來控制步進電機。對于擴展單元的排序和類型沒有單獨要求，繼電器輸出類型和晶體管輸出類型的組合也是可行的?？蓪崿F(xiàn)最大 100KHZ（使 2 通道時為 60HZ）的梯形加減速控制，能夠控制步進電機和伺服電機。 FPΣ32 型 PLC 輸入 /輸出點數(shù)為 16 點，體積小，容量大，具有 12K 的編程容量，并且具有中型 PLC 所具備的所有功能。 三、 PLC 型號的選擇 此次研究的機械手驅(qū)動電機為步進電機， 步進電機主要由 PLC 與位置控制模塊來控制， 機械手的運動是由 五 臺步進電機協(xié)調(diào)運作而完成的 ，其中 PLC 控制三臺步進電機，位置控制模擬控制兩臺步進電機 。 （ 4） 功能強大的編程工具 FP 系列機不論采用的是手持編程器還是編 程工具軟件，其編程及監(jiān)控功能都很強。 二、 松下 PLC 的特點 在對機械手的控制 中選松下 PLC 來控制步進電機。 對于偶發(fā)性故障， PLC 能在檢測到故障條件時，立即把狀態(tài)存入存儲器，并以軟硬配合對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲器內(nèi)容被破壞。 （ 2）抗干擾軟件 措施 PLC 除了采用硬件措施來提高系統(tǒng)的抗干擾能力之外，還充分利用本身具有微機的高速、大容量的特點，發(fā)揮軟件的優(yōu)勢，保證系統(tǒng)不因干擾而停止 而且 又能達到工程所要求的精度和速度。 為防止 PLC 故障和誤動作，在微處理器部分及 I/O 回路之間采用了多種形式的隔離措施，這樣能有效地隔離輸入、輸出間電的聯(lián)系。 PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，平均無故障工作時間比繼電器系統(tǒng)和微機系統(tǒng)長，可靠性高，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。控制夾手的夾緊與放松是通過 PLC 發(fā)出控制信號使 電磁 閥 接通到不同的位上來控制的。在傳感器的工作中我們可以通過調(diào)整傳感器的旋鈕來調(diào)節(jié)傳感器的靈敏度，該傳感器沒有安裝反射板，在工作中傳感器發(fā)射出光線，若沒有檢測出物品便無法將光線反射回來，若檢測到物品光線就通過物品反射回傳感器的接收管。因此，在選擇傳感器的型號是一個關(guān)鍵，傳感器不能有誤動作的情況，并且一定要使機械手準(zhǔn)確的達到起始位置上與終止位置上才能發(fā)也觸發(fā)信號。我們將機械手最原始的靜止位置 作為 機械手的零點，在此位置上各軸安裝上行程開關(guān)，通過行程開關(guān)的通斷為機械手提供是否回零點的信號，控制機械手能否執(zhí)行下一步動作程序。軟件限位通過軟件編程限制機械手的運動范圍，硬件保護通過機械手的硬件來實現(xiàn)，硬件保護只能保護 機械 手不受損壞而不能停止機械手電機動作。在搬運物品的起始端與終止端裝有傳感器以檢測物品是否搬運到位。驅(qū)動裝置采用的是步進電機；傳動機構(gòu)采用的是同步帶輪傳動 ,帶輪傳動在電機堵轉(zhuǎn)時帶輪會產(chǎn)生打滑現(xiàn)象 ,在一定基礎(chǔ)上可以保護電機 ,使電機不易損壞。本次設(shè)計的機械手腰部為 1 軸。通常由兩個連桿組成，用以帶動腕部作平面運動。旋轉(zhuǎn)，并通過氣動電磁閥控制夾手夾緊 /放松。在本次設(shè)計中就涉及到對于 PLC 與步進電機的選擇與控制問題。 此 期間 機械手搬運 工件運動的軌跡可以人為設(shè)定，機械手根據(jù)所設(shè)定的軌跡來完成運動。機械手 有五個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)分別由步進電機控制，剩余一個自由度由氣動電磁閥控制 。機器人位置控制 又 分為點位控制和連續(xù)路徑控制。 系統(tǒng)構(gòu)成如 圖 11 所示。 機械手是一種機械裝置，由一系列彼此之間裝有關(guān)節(jié)或可相對滑動的段節(jié)構(gòu)成，為了抓握和移動物體，一般有幾個自由度。 2） 行星探測機器人 。 4） 中國無纜水下機器人 。 2） 英國 HYBALL 水下機器人。機器人 的應(yīng)用領(lǐng)域不再局限 于 工業(yè)，而是深入到軍事、航天、醫(yī)療、服務(wù)等各領(lǐng)域。 據(jù)資料表明： 僅 2020 年， 美國共裝備機器人11100 臺 ，截止至 2020 年底，美國共裝備各類機器人 104700 臺。 1979 年 Unimation 公司推出 PUMA 系列工業(yè)機器人。數(shù)控銑床于 1953 年在麻省理工學(xué)院（ MIT）輻射實驗室被研制出來。 1893 年加拿大人摩爾設(shè)計了用蒸汽驅(qū)動的能行走的機器人。 關(guān)鍵詞 ： 機械手 ； 運動軌跡 ； PLC； 步進電機 ABSTRACT Control object of the present design is manipulator which is an articulated robot with six degrees of freedom belonging to an industrial robot. The robot not only has higher accuracy, which greatly improves production efficiency, but also makes an appropriate adjustment depending on the environment, there is a strong adaptability. Joint movement of the manipulator is controlled by the stepper motor, PLC and position control module send pulses to the stepper motor to control the stepper motor action. Position control module is an extension of the intelligent unit, which can send pulses to control the stepper motor operation, and provides a variety of control modes for the user to choose. This paper introduces the design process of the handling manipulator system, discusses the robot trajectory planning process in detail as well as PLC and position control module of the stepper motor in a controlled manner. The RS232 bus with other PLC forms an industrial control work, pleted the control on the stepper motor at the same time, which can achieve a higher control accuracy to achieve the purpose of the position control. Key Words： Manipulator； Motion trajectory； PLC； Stepper motor I 目 錄 1 緒論 ................................................................................................................................ 1 機器人概述 .......................................................................................................... 1 研究內(nèi)容 .............................................................................................................. 3 2 機械手系統(tǒng)的硬件設(shè)計 ................................................................................................ 4 機械手硬件結(jié)構(gòu) .................................................................................................. 4 機械手的保護裝置 .............................................................................................. 5 設(shè)計控制總體方框圖 .......................................................................................... 6 PLC 型號的選擇 ................................................................................................. 6 位置控制模塊的選擇及其基本功能 .................................................................. 8 步進電機及其驅(qū)動器 ........................................................................................ 11 步進電機的選擇 ...................................................................................... 11 步進電機驅(qū)動器 ...................................................................................... 12 步進電機的控制與接線 .......................................................................... 14 3 軌跡規(guī)劃與方案選擇 .................................................................................................. 17 機械手運動軌跡的要求 .................................................................................... 17 軌跡規(guī)劃的方法 ................................................................................................ 17 軌跡規(guī)劃的方案比較與選擇 ............................................................................ 17 方案比較 .................................................................................................. 17 機械手轉(zhuǎn)角計算步驟 .............................................................................. 18 機械手轉(zhuǎn)角的簡便計算方法 ............................................................................ 20 輸出脈沖數(shù)的計算 ............................................................................................ 24 4 PLC