【正文】 機器人和空間站艙內(nèi)服務(wù)機器人。工業(yè)機器人的主體主要是一只類似于人上肢功能的關(guān)節(jié)型機械手,其基本結(jié)構(gòu)一般由人機接口、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)與機械手部分組成。在本次設(shè)計中所控制的機器人為六自由度的機械手。根據(jù)機械手的運動控制要求通過PLC與位置控制模塊對步進電機發(fā)出適當?shù)拿}沖數(shù)來達到控制機械手運動目的。3）臂部臂部是用以連接腰部與腕部的部件。（2）驅(qū)動—傳動裝置驅(qū)動—傳動裝置包括驅(qū)動器和傳動機構(gòu)兩部份，它們通常與執(zhí)行機構(gòu)連成一體。在此次的設(shè)計中機械手只采用了軟件限位與硬件保護。終止端的傳感器是否發(fā)出檢測信號就能檢測出機械手搬運物品是否精確，若機械手不能準確的物品放在終止點的位置上就不能控制機械手執(zhí)行下一步的搬運。氣動電磁閥是二位五通電磁閥，,反應(yīng)時間小于30ms,最高操作頻率為5次∕秒。對微處理器所需的+5V電源，采用多級濾波并用集成電壓調(diào)整器進行調(diào)整，以適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動，它對過電壓、欠電阻均有—定的保護作用。PLC有比較完整的故障檢測系統(tǒng)，軟件能定期地檢測外界環(huán)境，如掉電，強干擾信號等等，以便及時地進行故障處理。（3） 大程序容量 FP系列的用戶程序容量也較同類機型大，其小型機一般可達3千步左右，最多可達5千步，而大型機最高可達60千步。本次設(shè)計選擇PLC型號為松下FPΣ32。FPΣ的控制單元最多可連接三塊FP0的擴展單元或FP0的智能單元。但此控制方式有多種終止速度，操作者可以根據(jù)需要編制程度以獲得多種速度。通過操作者的需要控制具體時間以控制位置控制的開始。停止信號由外部開關(guān)發(fā)出，為控制模塊提供停止信號。松下的位置控制模塊配合松下FP∑PLC共同使用對步進電機發(fā)出控制脈沖，以達到控制的目的。位置控制模塊控制步進電機接線如圖23所示。3）步進電機在運行時電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢。混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點，它輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，步距角小，高速特性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。（1）公共端：本驅(qū)動器的輸入信號采用共陽極接線方式，輸入信號的電源正極連到該端子上，將輸入的控制信號連接到對應(yīng)的信號端子上。由于PLC提供的電壓為24v，而輸入部分的電壓為5V，所以中間加了保護電路。這中間需要電壓放大，也需電流放大。 輸出最大電測為3A/相（峰值），通過驅(qū)動器面板上的六位撥碼開關(guān)第7三門可組合出八種狀態(tài)，對應(yīng)輸出八種電流，（具體選擇方式如表21）。因此要解決好既能提高定位速度，同時又能保證定位精度的矛盾。細分雖然將步距角變小，但系統(tǒng)步進信號的頻率相應(yīng)的提高。驅(qū)動器的輸入信號共有三路輸入信號，它們是：步進脈沖信號CP、方向電平信號DIR、脫機信號FREE(此端為低電平有效，這時電機處于無力矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電機可正常運行)。機器人的軌跡規(guī)劃是指機器人在運動過程中的位移、速度和加速度。（3）用拋物線過渡的線性插值對于給定的起始點和終止點的關(guān)節(jié)角度，并選擇拋物線作為插值函數(shù)表示路徑的形狀。拋物線對時間的二階導(dǎo)數(shù)為常數(shù)，即相應(yīng)區(qū)段內(nèi)的加速度為恒定的，這就使機械手在運動過程運動平滑，不會產(chǎn)生機械手運動中的跳躍現(xiàn)象。90176。在求得各連桿變換齊次矩陣后就可以描述具有任意復(fù)雜程序的連桿坐標系統(tǒng)之間的變換。在本次設(shè)計中我們可以通過簡化的方法來求解機械手各關(guān)節(jié)的運動角。） （35）、為銳角，鈍角（＞180176。）或為鈍角為銳角，鈍角（＞180176。） （315）、為鈍角，鈍角（＜180176。機械手在搬運物品的過程中1軸電機只起到將2至4軸轉(zhuǎn)動到與工件同一平面內(nèi)，我們在控制的過程中可以先控制機械手轉(zhuǎn)動到與工件同一平面內(nèi)再控制其它軸動作。（2）機械手搬運物品結(jié)構(gòu)圖 圖42中所示的機械手的搬運流程圖，圖中的搬運過程按此次設(shè)計控制要求制定的。執(zhí)行F70指令后，PLC按K中選擇的方式對DT81中的8位進行檢查，將檢查的結(jié)果傳入DT2800。根據(jù)所求得的脈沖數(shù)通過PLC程序可以發(fā)出脈沖來控制步進電機動作。在上文的程序中控制字為12表明步進電機的控制方式為絕對型控制，脈沖從PLC中Y3中輸出，方向由PLC中Y4中輸出，以控制步進電機的脈沖與方向。在該程序中DT200為數(shù)據(jù)表的首地址，存放的是控制字，我們可以根據(jù)控制要求的不同來設(shè)置不同的控制字。在此設(shè)計中PLC控制3軸、4軸的步進電機。圖45 F172中控制字的設(shè)置（5）位置控制模塊的點動控制程序位置控制模塊有單獨的指令來控制步進電機的點動運行，此程序如下。直至X8斷開或X0閉合時點動運行結(jié)束。當機械手運行到軌跡點1點后X8與XE閉合，將經(jīng)過特征點時機械手各軸的經(jīng)過值傳入數(shù)據(jù)寄存器中，完成示教過程。位置控制模塊中兩軸的經(jīng)過值為H10A與H11A，H10A與H11A都為2個字節(jié)，通過對DT600內(nèi)賦值0而對H10A與H11A清零復(fù)位。結(jié) 論當今社會機器人已深入到人們的生產(chǎn)與生活中，機器人的使用大大減少人們工作量，代替人們從事單調(diào)的工作，并能代替人類在危險與有毒性環(huán)境中工作，極大的提高了生產(chǎn)效率與工作精度。參考文獻[1] ，北京航天航空大學(xué)出版社出版，1994，第1版，P1224[2] ，電子工業(yè)出版社，2000，第1版，P1200[3] 殷際英，化學(xué)工業(yè)出版社，2005，第1版，P2078[4] 汪曉光，機械工業(yè)出版社，2003，第2版，P169[5] 劉寶延，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997，第1版，P134140[6] 、應(yīng)用、實驗，第2版，機械工業(yè)出版社，2003，P25145[7] ,2005，第1版，機械工業(yè)出版社，P42153[8] 蔡自興．機器人學(xué)，第2版，清華大學(xué)出版社，2000，P1080[9] 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A0控制字表明該操作中為絕對控制，回零操作時為正向回零位，,回零點輸入與接近零點輸入低電平有較，零點尋找有效，極限輸入高電平有效。若下一次給DT428賦值時，該值大于當前值時，方向為0FF；若該值小于當前值時，方向為ON；而輸出的脈沖數(shù)為當前值與目標值的差值。其指令為F171。當DT2810內(nèi)數(shù)據(jù)與DT85內(nèi)存儲的校驗碼相同時，說明數(shù)據(jù)傳送正確，我們便可將傳送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十六進制數(shù)存入DT 90內(nèi)。表41 2號PLC的I/O分配輸出Y05軸電機脈沖輸出Y15軸電機方向輸出表42 1號PLC的I/O分配輸入X01軸零點位置輸出Y03軸電機脈沖輸出X12軸零點位置Y13軸電機方向輸出X23軸零點位置Y34軸電機脈沖輸出X34軸零點位置Y44軸電機方向輸出X45軸零點位置Y6夾手氣動電磁閘X5物品初始位置檢測傳感器X6物品終止位置檢測傳感器X7反轉(zhuǎn)功能鍵X8第1軸點動起動X9第2軸點動起動XA第3軸點動起動XB第4軸點動起動XC第5軸點動起動XE示教開始XF自動信號（2）位置控制模塊I/O如表43所示。我們根據(jù)方案2采用模擬CP控制預(yù)先規(guī)劃機械手的運動軌跡,根據(jù)軌跡求出幾個特征點，并分別運用運動學(xué)反解的方法來求得機械手的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角或根據(jù)公式35至310來求得剩余兩個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。這種簡化方法相比較運動學(xué)方程反解計算,大大減少了計算量與運算時間,還為編制程序帶來了方便。）或為直角為銳角，銳角、直角、鈍角（＜180176。）或為鈍角為直角，銳角、直角、鈍角（＜180176。因此，只要控制好機械手2軸至 4軸各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角就可以控制機械手的定位精度。 （32）上式中：—連桿4的連桿變換矩陣 —連桿4相對于連桿3的連桿變換方程—連桿3的連桿變換矩陣 —連桿4相對于連桿2的連桿變換方程—連桿2的連桿變換矩陣 —連桿4相對于連桿1的連桿變換方程—連桿1的連桿變換矩陣 —連桿4相對于連桿0的連桿變換方程（3）通過以上求得的運動方程來求解關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角?！?50176。本次設(shè)計的機械手為六個自由度關(guān)節(jié)型機器人，通過控制五臺步進電機來控制機械手的運動。方案一中PTP控制方案雖然簡單但對軌跡沒有太大的約束，只適用于對運動軌跡要求不高或不要求的場合。在軌跡規(guī)劃有以下幾種方法[8]：（1）PTP控制（point to point control）這種控制方式只限于從一點到另一點，至于途中經(jīng)過的路徑是不重要的。3軌跡規(guī)劃與方案選擇機械手的在工作中起到了物品夾持與下放的作用。選擇合適的細分數(shù)對是十分重要的，細分數(shù)越大，電機步距角就越小，機械手控制的就越精確。細分是驅(qū)動器的一項十分重要的性能，步進電機在驅(qū)動器上選擇合適的細分數(shù)下將步進電機原有的步距角細分成不同的等分。利用驅(qū)動器面板上六位拔碼開關(guān)中第3位的組合可以得出不同的細分狀態(tài)（具體選擇方式如表22）。（3）推動級推動級的作用是將較小的信號加以放大，變成足以推動驅(qū)動級輸入的較大信號。[5]圖24 步進電機驅(qū)動器組成（1）環(huán)形分配器環(huán)形分配器用來接受來自控制器的CP脈沖，并按步進電動機狀態(tài)轉(zhuǎn)換表要求的狀態(tài)順序產(chǎn)生各相導(dǎo)通或截止的信號。（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。所用步進電機的型號是57BYG250C,2相四線輸出，176。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。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)。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。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。（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。（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。[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?？蓪?