【正文】 由狀態(tài)； 若為高電平或懸空不接時，轉(zhuǎn)子處于鎖定狀態(tài)。（2）信號輸入部分：共有三路輸入信號，它們是：步進脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機信號FREE。步進電機驅(qū)動器就是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，或者說控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一個步距角。所用步進電機的型號是57BYG250C,2相四線輸出，176。在本次設(shè)計中采用開環(huán)控制，因此控制精度不如閉環(huán)控制精度高，但要在一定程度上滿足機械手的控制要求就要提高各部位關(guān)節(jié)步進電機的運動精度。因此電機隨頻率或速度的增大而使電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。2）步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點。一、基本原理與特點(1）步進電機基本原理步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。該模塊通過FPΣ32的擴展口連接，通過PLC直接編程傳入位置控制模塊的共享寄存器來達到控制步進電機的目的。在控制模塊中，可以通過修改其控制字來改變步進電機旋轉(zhuǎn)方向、加/減速模式、工作方式與各種極限位置的保護等等。此項功能不能與脈沖發(fā)生器輸入操作同時進行。在使用該功能中用戶中只設(shè)置控制字與終止速度兩參數(shù)就可實現(xiàn)該功能。正常停止是在停止信號發(fā)出后該模塊按加速率從終止速度減速至起始速度后停上脈沖輸出使電機停止。（5）Home Return(回零點操作)本模塊中提供了幾種回零的模式，用戶可根據(jù)具體需要來設(shè)置控制字來選擇不同的回零方式。此工作方式與E point control有類似之處即只能有一種終止速度，不同的是此工作方式在外部開關(guān)閉合后電機按所設(shè)置的參數(shù)加速到終止速度后并不執(zhí)行位置操作而是位置控制開始的輸入閉合后才按所設(shè)置輸出脈沖。（3）JOG Operation(JOG操作)JOG操作工作方式用戶只需設(shè)置控制字，起始速度、終止速度與加/減速時間四個參數(shù)便可控制電機動作。但此控制方式只有一種終止速度。[7]在位置控制模塊中通過對控制字的控制可以選擇不同的加/減速模式、方向控制與工作模式。提供梯形控制、返回原點、點動運行等專用高級指令。可實現(xiàn)全方位通信功能，使用工具口（RS232C）通過它主機能夠與觸摸屏或電腦實現(xiàn)通信。因此在選用PLC的型號時就應(yīng)在滿足機械手的硬件要求下完成的。（5） 強大的網(wǎng)絡(luò)通信功能。松下FP系列PLC有以下幾方面特點：[6]（1） 豐富的指令系統(tǒng)在FP系列PLC中即使是小型機也具有近200條指令，除能實現(xiàn)一般邏輯控制還可進行運動控制、復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，甚至可以控制變頻器實現(xiàn)電機的調(diào)速與對步進電機的控制。這樣，一旦檢測到外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)故障前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的處理。對于較低信噪比的模擬量輸入信號,PLC采用A/D模塊轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡x散的數(shù)字信號，將形成的數(shù)據(jù)時間序列存入計算機內(nèi)存，利用數(shù)據(jù)濾波程序?qū)Υ诉M行處理，從而濾去噪音部分而獲得單純信號。在PLC中，所有輸出模塊都受開門信號控制，而這個信號只有在規(guī)定的條件都滿足時才有效，以防止被控對象誤動作。（1）硬件措施對供電系統(tǒng)以及I/O線路采用了較多的濾波環(huán)節(jié)。由于該機械手屬于教學(xué)實驗型機械手，因此在該型號氣動電磁閥基本上能滿足控制要求。機械手到達起始位置或終止位置便要控制夾手開∕合來夾起∕下放物品。選用傳感器的型號為CX24，該型號的傳感器為擴散反射型短距離傳感器，有較強的抗干擾能力，能檢測出透明、半透明、不透明物品，檢測距離只有300mm,如流水線上物品的檢測。在搬運物品的起始點與終止點都應(yīng)安裝檢測物品的傳感器，起始位置上若傳感器檢測出有需要搬運的物品時就能發(fā)出信號控制PLC，通過程序控制機械手搬運物品。零點位置是機械手能按軌跡準(zhǔn)確運動的重要位置。11軸 22軸 33軸 44軸 5夾手 6基座 圖21 機械手結(jié)構(gòu)示意圖機械手在運動過程中每個運動關(guān)節(jié)都存在著運動限位，每個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的運動范圍都有機械限位與軟件限位兩種，機械限位一般由機械手硬件結(jié)構(gòu)構(gòu)成，機械手在制作的過程中總存在著硬件的極限位置限制了機械手的運動范圍，當(dāng)機械手運動到極限位置便停止機械手的運動。（3）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)在本次設(shè)計中采用兩臺PLC通過RS232進行串行通信對三臺步進電機進行控制,并在PLC上連接位置控制模塊,通過位置控制模塊對兩臺步進電機進行控制。（見圖21）。本次設(shè)計機械手的臂部為2軸（見圖21）。2）腕部腕部與手部相連，通常有3個自由度，主要是帶動手部完成預(yù)定姿態(tài)。如何選用合適的PLC與位置控制模塊對步進電機進行準(zhǔn)確的控制是本次設(shè)計的關(guān)鍵。機械手要達到此動作要求需要機械手中六個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)共同協(xié)作完成。機械手的運動精度主要由步進電機控制精度與機械精度來決定。點位控制這種方式中控制機器人操作器的起點和終點位置，而不關(guān)心這兩點間的運動軌跡。[3]圖11 工業(yè)機械手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖當(dāng)今高性能的通用型工業(yè)機器人一般采用關(guān)節(jié)式的機械結(jié)構(gòu)，每個關(guān)節(jié)中獨立安裝驅(qū)動電機，通過計算機對驅(qū)動單元的功率放大電路進行控制，實現(xiàn)機器人的操作。手工操縱機械手可能代替人在放射性的，極熱或極冷、有毒的環(huán)境下，以及在真空或高壓有害條件下工作。3）自由飛行空間機器人。 （6）空間機器人空間機器人是代替宇航員進行空間科學(xué)研究的有力工具，并伴隨空間技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。HYBALL 水下機器人可用于軍事上的搜索、排障、排雷等。（1）機器人在核領(lǐng)域中的應(yīng)用[2]在核能設(shè)施中存在有對人類傷害極大的放射性物體，因此人們很早就考慮到使用遠距離操作與及自動化（機器人化）。進入20世紀(jì)70年代以后，日本工業(yè)生產(chǎn)的高速發(fā)展和勞動力的嚴(yán)重短缺，為工業(yè)機器人發(fā)展帶來了有利的客觀條件，工業(yè)機器人很快受到日本政府和工業(yè)界的廣泛重視。同年，日本山梨大學(xué)的牧野洋研制成具有平面關(guān)節(jié)的SCARS型機器人，到了1980年全世界約有2萬余臺機器人在工業(yè)中應(yīng)用。60年代，George C. Devol 研制出一種裝置,稱之為可編程序關(guān)節(jié)型搬運裝置,他將遙控操作器的連桿機構(gòu)與數(shù)控銑床的伺服軸結(jié)合起來，預(yù)定的機械手動作一經(jīng)編程輸入后,并將這些位置序列記錄在數(shù)字存儲器內(nèi),任務(wù)執(zhí)行過程中,機器人可以再現(xiàn)這些位置。[1]真正的現(xiàn)代機器人是從二次大戰(zhàn)后發(fā)展起來的?！皺C器人”這一詞出現(xiàn)的較晚，但這一概念在人們想象中早已出現(xiàn)。位置控制模塊是一種擴展的智能單元，能獨立發(fā)出脈沖來控制步進電機運作，并提供了多種控制模式供用戶選擇。Manipulator天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)Tianjin University of Technology and Education畢 業(yè) 設(shè) 計專 業(yè)： 電氣技術(shù)教育 班級學(xué)號： 電氣0711 27 學(xué)生姓名： 徐飛 指導(dǎo)教師： 田庫 副教授 二〇一二年六月 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)本科生畢業(yè)論文基于PLC控制機械手的運動設(shè)計Designof該機械手各關(guān)節(jié)運動是通過步進電機進行控制的，PLC與位置控制模塊向步進電機發(fā)出脈沖從而控制步進電機動作。關(guān)鍵詞：機械手；運動軌跡；PLC；步進電機ABSTRACTControl 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 network, 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目 錄1緒論 1 1 32機械手系統(tǒng)的硬件設(shè)計 4 4 5 6 PLC型號的選擇 6 8 11 11 12 143軌跡規(guī)劃與方案選擇 17 17 17 17 17 18 20 244 PLC控制機械手運動軌跡軟件設(shè)計與分析 25 25 I/O分配 26 28結(jié) 論 38參考文獻 39致 謝 4041天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2012本科生畢業(yè)設(shè)計1緒論機器人一詞最早出現(xiàn)于1920年捷克作家Karel Capek的劇本《羅薩姆的萬能機器人》中，在該劇中，機器人“Robota”這個詞的本意是苦力，是一種人造的勞動力,而實際上的機器人與人很少有相似之處。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。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。1979年Unimation公司推出PUMA系列工業(yè)機器人。據(jù)資料表明：僅2002年，美國共裝備機器人11100臺，截止至2002年底，美國共裝備各類機器人104700臺。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。2）英國HYBALL水下機器人。4）中國無纜水下機器人。2）行星探測機器人。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。系統(tǒng)構(gòu)成如圖11所示。機器人位置控制又分為點位控制和連續(xù)路徑控制。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。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。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。旋轉(zhuǎn)，并通過氣動電磁閥控制夾手夾緊/放松。通常由兩個連桿組成，用以帶動腕部作平面運動。本次設(shè)計的機械手腰部為1軸。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。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。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。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