【正文】 軸安裝上行程開關(guān)，通過行程開關(guān)的通斷為機(jī)械手提供是否回零點的信號，控制機(jī)械手能否執(zhí)行下一步動作程序。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(jī)械手準(zhǔn)確的達(dá)到起始位置上與終止位置上才能發(fā)也觸發(fā)信號。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?？刂茒A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。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(jī)系統(tǒng)長，可靠性高，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場。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。（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(jī)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(dá)到工程所要求的精度和速度。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(jìn)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。二、松下PLC的特點在對機(jī)械手的控制中選松下PLC來控制步進(jìn)電機(jī)。（4） 功能強(qiáng)大的編程工具 FP系列機(jī)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(qiáng)。三、PLC型號的選擇此次研究的機(jī)械手驅(qū)動電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)主要由PLC與位置控制模塊來控制，機(jī)械手的運(yùn)動是由五臺步進(jìn)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)作而完成的，其中PLC控制三臺步進(jìn)電機(jī)，位置控制模擬控制兩臺步進(jìn)電機(jī)。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?？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(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。對于擴(kuò)展單元的排序和類型沒有單獨(dú)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。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：（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(jìn)電機(jī)。此種方式較適用于電機(jī)帶載起動。（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(jī)動作。但在該工作方式中不能采用絕對控制，否則會造成錯誤。(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。(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(jìn)行不同的細(xì)分，用細(xì)分后的脈沖來控制電機(jī)。該功能可以對電機(jī)的輸出進(jìn)行監(jiān)控，以滿足控制精度要求，適用于閉環(huán)控制。松下的位置控制模塊是松下PLC一種智能擴(kuò)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。圖23 位置控制模塊接線圖機(jī)械手的AFPG431控制中位置控制模塊控制兩臺步進(jìn)電機(jī)，選用松下的位置控制模塊是因為該模塊不僅能同進(jìn)控制兩臺步進(jìn)電機(jī)發(fā)出驅(qū)動脈沖、控制步進(jìn)電機(jī)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。圖23所示的連接圖中位置控制模塊對步進(jìn)電機(jī)發(fā)出脈沖、方向進(jìn)行控制，其中脫機(jī)信號按PLC進(jìn)行控制，外接行程開關(guān)進(jìn)行回零位控制。(2）步進(jìn)電機(jī)特點：1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的35％，且不累積。頻率越高，反向電動勢越大。只要這幾部分步進(jìn)電機(jī)能按照人為設(shè)計的軌跡準(zhǔn)確的運(yùn)動就可以使步進(jìn)電機(jī)按所規(guī)定的軌跡準(zhǔn)確的運(yùn)動。存在低速振動區(qū)。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器?？刂菩盘柕碗娖接行?。方向信號輸入時用高∕低電平控制電機(jī)的兩個轉(zhuǎn)向，共陽極此端懸空為默認(rèn)為高電平。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器主要構(gòu)成如圖24所示，一般由環(huán)形分配器、信號處理級、推動級、驅(qū)動級等各部分組成。同時，環(huán)形分配器還要接受控制器的方向信號，而決定其輸出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是按正序或者按反序轉(zhuǎn)換，于是就決定了步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向。信號處理是實現(xiàn)信號的某些轉(zhuǎn)換、合成等功能，產(chǎn)生斬波、抑制等特殊功能的信號，從而產(chǎn)生特殊功能的驅(qū)動。一般需要設(shè)置過電流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等。在細(xì)分選擇方面，有七種運(yùn)動模式，分別為整步、改善半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分和64細(xì)分。散熱問題是驅(qū)動器正常運(yùn)行極為重要的問題。并且電機(jī)在工作過程中，由于各種原因可能會產(chǎn)生共振，影響電機(jī)低頻、低速時的工作特性，為了避免電機(jī)工作的共振點，改善電機(jī)在低頻低速時的工作特性，并進(jìn)一步提高步進(jìn)電機(jī)的控制精度，通常用細(xì)分電路來解決這一問題。這就是細(xì)分所起的作用。因此，我們也不能盲目的選擇細(xì)分?jǐn)?shù)，而應(yīng)在考慮步進(jìn)信號的頻率之下選擇合適的細(xì)分?jǐn)?shù)。（1）步進(jìn)電機(jī)電氣連接原理圖如圖25所示。[15]（3）步進(jìn)電機(jī)與PLC連接圖圖27 步進(jìn)電機(jī)與PLC連接原理圖圖27中所示，所選用的PLC只有兩個通道能控制兩臺步進(jìn)電機(jī)，其中0通道的脈沖、方向分別為Y0、Y1，1通道的脈沖、方向分別為YY4。在此過程中機(jī)械手按照人為規(guī)定的軌跡運(yùn)動。但所規(guī)劃的軌跡必須連續(xù)和平滑，使得機(jī)器人的在運(yùn)動過程中運(yùn)動平穩(wěn)。如果不直接進(jìn)行連續(xù)軌跡控制而是在A點與B點間設(shè)置C、D、E等多個目標(biāo)點，而每兩點之間可以近似到PTP控制，我們就可以將這種順序進(jìn)行的PTP控制看成近似的CP控制。以上的幾種軌跡規(guī)劃方案各有利弊。模擬CP控制既不像CP控制中需要存儲大量的目標(biāo)坐標(biāo)也不同PTP控制對運(yùn)動軌跡無任何約束。在本次軌跡規(guī)劃中選擇方案二, CP控制需要根據(jù)所規(guī)劃的軌跡記錄下大量的過程點,這樣要計算出每個過程點機(jī)械手各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，計量過大,，但這種方法較為簡單，我們可以根據(jù)需要規(guī)劃好機(jī)械手的運(yùn)動軌跡，并從軌跡中選擇幾個特征點,分別計算出機(jī)械手運(yùn)動到幾個特征點時各轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角,使機(jī)械手按所求的轉(zhuǎn)角動作便可使機(jī)械手按所規(guī)劃的軌跡運(yùn)動。[10]（1）首先我們要確定連桿間的連桿參數(shù)：1）為從到沿測量的距離2）為從到繞旋轉(zhuǎn)的角度3）di為從Xi1到Xi沿測量的距離4）為從到Xi沿旋轉(zhuǎn)的角度其中—連桿i1的長度，需大于等于零，而其它參數(shù)可正可負(fù)i—機(jī)械手的連桿數(shù)逆時針旋轉(zhuǎn)為正（2） 在確定連桿參數(shù)后我們可根據(jù)各連桿參數(shù)列寫連桿變換齊次矩陣，關(guān)節(jié)型機(jī)器人廣義連桿變換矩陣為： Ai＝Rot(Xi，)Trans(Xi, )Trans(,)Rot(，) ＝ （31）表31 連桿參數(shù)連桿變量變量范圍190176。030176。490176。設(shè)機(jī)器人末端連桿為連桿4，基座標(biāo)為連桿0，可寫各連桿變換方程。已知末端連桿位姿矢量已知，并令末端連桿位姿矢量等于末端連桿相對于原點的變換方各程，即末端連桿位姿＝ （33） 可求得，在已知的基礎(chǔ)上可利用對連桿矩陣求逆來求解。機(jī)械手的1軸的主要作用是將機(jī)械手的2軸至4軸旋轉(zhuǎn)到與搬運(yùn)工件同一平面，而機(jī)械手在搬運(yùn)的過程中所走的軌跡是建立在機(jī)械手2軸至4軸與搬運(yùn)工件在同一平面的基礎(chǔ)上，我們可以在控制機(jī)械手運(yùn)動的過程中先假設(shè)機(jī)械手的2軸至4軸與工件在同一平面內(nèi)，這就將三維的空間運(yùn)動轉(zhuǎn)化到二維的直角坐標(biāo)系運(yùn)動。三個轉(zhuǎn)角三種不同狀態(tài)排列組合共有27種狀態(tài)。） （36）（2）為銳角為直角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （38）（3）為銳角為鈍角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （310）（4）、為直角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （312）（5）為直角為鈍角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （316）從以上等式中我們可以發(fā)現(xiàn)只要在直角坐標(biāo)系中找出運(yùn)動軌跡中的特征插值點則該插值點在X、Y軸的投影已知，且、為固定值，、中任意一角度為已知量，我們就要以根據(jù)以上表達(dá)式求出其它兩轉(zhuǎn)角。[13]在已知1軸轉(zhuǎn)角后，我們就可以進(jìn)行軌跡規(guī)劃。通過簡化后的機(jī)械手我們可以將六自由度的機(jī)械手轉(zhuǎn)化成四個自由的機(jī)械手，這就將機(jī)械手的三維運(yùn)動簡化成二維控制。脈沖數(shù)可根據(jù)以下公式317計算。圖42 機(jī)械手搬運(yùn)物品過程圖（3）機(jī)械手在自動過程中各軸的運(yùn)動流程圖圖43 機(jī)械手在自動運(yùn)行中機(jī)械手各軸運(yùn)動流程圖 I/O分配（1）PLC的具體I/O分配如表41與表42所示。以下是串行通信程序：以上為串行通信程序，其中與第二臺PLC通信寄存器主要通過DT1DT14DT143來完成。由于檢查后的結(jié)果為十六進(jìn)制數(shù)，而傳送的校驗碼為ASCⅡ碼，為了檢查傳送數(shù)據(jù)是否正確我們要將檢查的結(jié)果進(jìn)行比較，因此我們要將區(qū)塊檢查的結(jié)果轉(zhuǎn)化成ASCⅡ碼，轉(zhuǎn)換過程通過F71HEXA指令來實現(xiàn)，該指令執(zhí)行時將DT2800中的2個字節(jié)轉(zhuǎn)化為ASCⅡ碼并存入DT2810。當(dāng)R9049與R9048同時閉合時通過F71指令將DT1DT14DT143內(nèi)存儲的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成ASCⅡ碼并將其存入DT121至DT127寄存器內(nèi)，并通過F70進(jìn)行區(qū)域塊查碼計算形成校驗碼，并將校驗碼傳入DT160，通過F71指令將DT160轉(zhuǎn)換成ASCⅡ碼存入DT128。FPΣ型PLC有2個通道能獨(dú)立的發(fā)出脈沖與方向信號來控制步進(jìn)電機(jī)。控制字的具體控制如下圖44所示。在控制字中的絕對控制是指所發(fā)出的脈沖數(shù)是針對原點而言，即從原點開始步進(jìn)電機(jī)所走過的距離。位置控制模塊脈沖數(shù)的計算與步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)計算相同，通過公式31來求得。在位置控制模塊中控制字有32位，高16位與低16位有各自不同的含義，由于書中有較為詳細(xì)的介紹，在此便不在敘述。Y110為位置控制模塊中EPoint控制開始標(biāo)志，當(dāng)Y9閉合時，為控制模塊發(fā)出觸發(fā)信號，使Y110閉合，以觸發(fā)控制模塊按照DT200內(nèi)的設(shè)置的內(nèi)容發(fā)出相應(yīng)的脈沖。以下是PLC控制步進(jìn)電機(jī)的點動控制程序。F172為點動運(yùn)行指令，當(dāng)XB閉合時。在此程序中可以看出DT300為數(shù)據(jù)表的首地址，在DT300內(nèi)存放為控制字，H90O為絕對控制，回零操作時為正向回零位，,回零操作與極限輸入為高電平有效，零點尋找有效，接近零點輸入有效。Y103或Y104表示位置控制模塊中1軸電機(jī)點動輸出標(biāo)志。（6）示教程序在進(jìn)行機(jī)械手的軌跡規(guī)劃中雖然可以從所規(guī)劃的軌跡中找出幾個特征點，通過計算公式來所求得到達(dá)特征點各機(jī)械手轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角。從以上程序可以看出XE為示教開始標(biāo)志，當(dāng)XE閉合時說時機(jī)械手進(jìn)入示教狀態(tài)。在今后機(jī)械手按所規(guī)劃的軌跡運(yùn)行時，便按照寄存器中所存入的經(jīng)過值控制機(jī)械手動作。1） 自動運(yùn)行程序中首先應(yīng)對各軸的經(jīng)過值進(jìn)行清零從以上程序中可以看出X0、XXX3分別是機(jī)械手14軸的回零位開關(guān)，當(dāng)機(jī)械手進(jìn)入自動運(yùn)行狀態(tài)時機(jī)械手的各軸處于零位，通過各軸的零位開關(guān)為各軸的高速計數(shù)器控制標(biāo)志寄存器進(jìn)行脈沖輸出的軟件復(fù)位、停止脈沖輸出等操作。2） 機(jī)械手各軸進(jìn)行初始化 在進(jìn)行自動運(yùn)行程序后T11閉合，對各軸的各參數(shù)進(jìn)行初始化。以上是自動控制控制程序，從程序中我可以看出當(dāng)R11閉合時將示教所獲得的經(jīng)過值傳入到各軸的寄存器中，將此值作為各軸步進(jìn)電機(jī)動作的脈沖數(shù)。因此機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、醫(yī)療、服務(wù)、太空探索等領(lǐng)域都有了較大的發(fā)展。在本次設(shè)計中雖然對機(jī)械手的軌跡規(guī)劃與機(jī)器人的控制方法有了一定的了解，但對軌跡規(guī)劃的算法方面沒有太過于深入的研究，且該機(jī)械手屬于開環(huán)控制，存在一定的積累誤差。畢業(yè)設(shè)計不但是一個對過去所學(xué)知識進(jìn)行綜合運(yùn)用的過程，更是一個學(xué)習(xí)新知識的過程。這些經(jīng)歷對于今后的工作是有很幫