【導讀】機器人不僅有較高的工作精度，極大地提高了生產效率，還能。根據不同的環(huán)境進行適當的調整，有較強的適應性。該機械手各關節(jié)運動是通過。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。過程以及PLC與位置控制模塊對步進電機進行控制的方式。KeyWords：Manipulator；Motiontrajectory；PLC；Steppermotor

　　

【正文】 y yz z z zn o a pn o a pn o a p???????? 040 0 0 1x x x xy y y yz z z zn o a pn o a pTn o a p????????? （ 33） 可求得 1? ，在 1? 已知的基礎上可利用對連桿矩陣求逆來求解。 天津 職業(yè)技術師范大學 2020 本科生 畢業(yè)設計 20 1 0 14411 1 0 22 1 4 41 1 1 0 13 2 1 4 4A T TA A T TA A A T T???? ? ??????? （ 34） 來求得 2? 、 3? 、 4? 。 機械手轉角的簡便計算方法 231L1L2L3YX0 圖 31 機械手簡化 示意圖 1— 2? 為機械手 2軸轉角 L1— 2軸長度 2— 3? 為機械手 3軸轉角 L2— 3軸長度 3— 4? 為機械手 4軸轉角 L3— 4軸長度 從以上的軌跡規(guī)劃的方法中我們可以發(fā)現求機械手運動中特征的插補點是求解的關鍵，使用運動學方程反解的方法計算量較大。在本次設計中我們可以通過簡化的方法來求解機械手各關節(jié)的運動角。機械手的 1 軸的主要作用是將機械手的 2 軸至 4 軸旋轉到與搬運工件同一平面，而機械手在搬運的過程中所走的軌跡是建立在機械手 2 軸至 4軸與搬運工件在同一平面的基礎上，我們可以在控制機械手運動的過程中先假設機械手的 2 軸至 4 軸與工件在同一平面內，這就將三維的空間運動轉化到二維的直角坐標系運動。因此，只要控制好機械手 2 軸至 4 軸各關節(jié)轉角就可以控制機械手的定位精度。機械手 2 軸至 4 軸結構示意如圖 31 所示。 [11] 從 上 圖中可以看出 2? 、 3? 、 4? 機械手運動范圍內每個轉角只能有三種狀態(tài)，即銳角、直角、鈍角。三個轉角三種不同狀態(tài)排列組合共有 27 種狀態(tài)。我們可以分別求出每種不同組合狀態(tài)下機械手在直角坐標系下的位移量 X 與 Y，經過整理簡化后我們可以將 27種狀態(tài)整理得出以下六種狀態(tài)，機械手在直角坐標系下六種狀態(tài)的位移量如下 所示。 [12] （ 1） 2? 、 3? 、為銳角， 4? 銳角 、直角、鈍角（ 4? ＜ 180176。） 天津 職業(yè)技術師范大學 2020 本科生 畢業(yè)設計 21 1 2 2 3 2 3 4 3 21 2 2 3 2 3 4 3 2c o s s i n ( ) c o s ( )2s i n c o s ( ) s i n ( )2x l l ly l l l?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 35） 2? 、 3? 、為銳角， 4? 鈍角（ 4? ＞ 180176。） 1 2 2 3 2 3 4 3 21 2 2 3 2 3 4 3 2c o s s i n ( ) c o s ( 2 )2s i n c o s ( ) s i n ( 2 )2x l l ly l l l?? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 36） （ 2） 2? 為銳角 3? 為直角， 4? 銳角、直角、鈍角（ 4? ＜ 180176。） 或 2? 為鈍角 3? 為直角， 4? 銳角、直角、鈍角（ 4? ＜ 180176。） 1 2 2 2 3 3 21 2 2 2 3 3 21 2 2 2 3 3 21 2 2 2 3 3 2c o s( ) sin( ) sin ( )22c o s sin c o s( )2sin( ) c o s( ) c o s ( )22sin c o s sin( )2x l l ll l ly l l ll l l??? ? ? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ?＋ （ 37） 2? 為銳角 3? 為直角， 4? 鈍角（ 4? ＞ 180176。） 或 2? 為鈍角 3? 為直角， 4? 鈍角（ 4? ＞ 180176。） 1 2 2 2 3 3 21 2 2 2 3 3 21 2 2 2 3 3 21 2 2 2 3 3 23c o s( ) sin( ) sin ( )223c o s sin c o s( )23sin( ) c o s( ) c o s ( )223sin c o s sin( )2x l l ll l ly l l ll l l??? ? ? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? ? ??? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? （ 38） （ 3） 2? 為銳角 3? 為鈍角， 4? 銳角、直角、鈍角（ 4? ＜ 180176。） 或 2? 為鈍角 3? 為銳角， 4? 銳角、直角、鈍角（ 4? ＜ 180176。） 天津 職業(yè)技術師范大學 2020 本科生 畢業(yè)設計 22 1 2 2 3 2 31 2 2 3 2 31 2 2 3 2 31 2 2 3 2 33c os( ) c os( ) sin23c os c os( ) sin23sin( ) sin( ) c os23sin sin( ) c os2x l l ll l ly l l ll l l?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?4 3 24 3 24 3 24 3 2（ ）（ + + ）（ ）（ + + ） （ 39） 2? 為銳角 3? 為鈍角， 4? 鈍角（ 4? ＞ 180176。） 或 2? 為鈍角 3? 為銳角， 4? 鈍角（ 4? ＞ 180176。） 1 2 2 3 2 31 2 2 3 2 31 2 2 3 2 31 2 2 3 2 35c os( ) c os( ) si n25c os c os( ) si n25si n( ) si n( ) c os23si n si n( ) c os2x l l ll l ly l l ll l l?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ?4 3 24 3 24 3 24 3 2（ ）（ ）（ ）（ + + ） （ 310） （ 4） 2? 、 3? 、為直角， 4? 銳角、直角、鈍角（ 4? ＜ 180176。） 或 2? 為直角 3? 為銳角， 4? 銳角、直角、鈍角（ 4? ＜ 180176。） 2 3 3 4 31 2 3 3 4 3c o s ( ) c o s ( )2s i n ( ) s i n ( )2x l ly l l l? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 311） 2? 、 3? 、為直角， 4? 鈍角（ 4? ＞ 180176。） 或 2? 為直角 3? 為銳角，鈍角（ 4? ＞ 180176。） 2 3 3 4 31 2 3 3 4 33c o s ( ) c o s ( )223s in ( ) s in ( )22x l ly l l l??? ? ???? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 312） （ 5） 2? 為直角 3? 為鈍角， 4? 銳角、直角、鈍角（ 4? ＜ 180176。） 2 3 3 3 41 2 3 3 3 4c o s ( ) s in ( )2s in ( ) c o s ( )2x l ly l l l?? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 313） 2? 為直角 3? 為鈍角， 4? 鈍角（ 4? ＞ 180176。） 天津 職業(yè)技術師范大學 2020 本科生 畢業(yè)設計 23 2 3 3 3 41 2 3 3 3 4c o s ( ) s i n ( )2s i n ( ) c o s ( )2x l ly l l l?? ? ??? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? （ 314） （ 6） 2? 、 3? 、為鈍角， 4? 銳角、直角、鈍角（ 4? ＜ 180176。） 1 2 2 3 2 3 3 2 41 2 2 3 2 3 3 2 43c o s ( ) s i n ( ) c o s ( 2 )23s i n ( ) c o s ( ) s i n ( 2 )2x l l ly l l l?? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 315） 2? 、 3? 、為鈍角， 4? 鈍角（ 4? ＜ 180176。） 1 2 2 3 2 3 3 2 41 2 2 3 2 3 3 2 435c o s ( ) s i n ( ) s i n ( )22s i n ( ) c o s ( ) c o s ( )x l l ly l l l??? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 316） 從以上等式中我們可以發(fā)現只要在直角坐標系中 找出運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 1l 、 2l 、 3l 為固定值， 2? 、 3? 、 4? 中任意 一 角度 為 已知 量 ，我們就要以根據以上表達式求出其它兩轉角。這種簡化方法 相比較運動學方程反解計算 ,大大 減少了計算量 與運算時間 ,還為編制程序帶來了方便。 從以上兩種計算方法中可以看出 在 ? 的計算中，我們首先要求出機械手 1 軸 的轉角，要讓機械手準確的轉動到搬運物品同一平面是控制機械手準確完成搬運過程的關鍵。我們將 1 軸作為 機械手的原點，并已知物品起始位置坐標，我們便可求解出機器人的 1 軸坐標。 [13] 在已知 1 軸 轉角后，我 們就可以進行軌跡規(guī)劃。在軌跡規(guī)劃中為了減小計算量， 由于 機械手的 夾手隨 3 軸動作 ，即 夾手只能只旋轉運動。因此在實際中我們中 控制機械手的 4 個軸同時動 作。 機械手在搬運物品的過程中 1 軸電機只起到將 2 至 4 軸轉動到與工件同一平面內，我們在控制的過程中可以先控制機械手轉動到與工件同一平面內再控制其它軸動作。 通過簡化后的機械手我們可以將六自由度的機械手轉化成 四個 自由的機械手，這就將機械手的三維運動簡化成二維控制。我們 根據方案 2 采用模擬 CP 控制預先規(guī)劃機械手的運動軌跡 ,根據軌跡求出幾個特征點， 并分別運用運動學反解的方法來求得機 械手的關節(jié)轉角或根據公式 35 至 310 來求得剩余兩個關節(jié)轉角。在實際控制過程中由于機械的誤差我們還可根據示教的方法來求得軌跡中各特征點實際脈沖數，我們可以通過手動的調整的方法通過軟件監(jiān)控機械手各通道中步進電機的經過值，將軟件監(jiān)控經過值與理論計算值相比較求出兩值的偏差，以提高控制精度。 [14] 天津 職業(yè)技術師范大學 2020 本科生 畢業(yè)設計 24 輸出脈沖數的計算 在此設計中選用的步進電機的步距角 s ?＝ ，細分數為 n=2 ，根據 所 規(guī)劃 的 軌跡 可