【導(dǎo)讀】機(jī)器人不僅有較高的工作精度，極大地提高了生產(chǎn)效率，還能。根據(jù)不同的環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，有較強(qiáng)的適應(yīng)性。該機(jī)械手各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是通過。位置控制模塊是一種擴(kuò)展的智能單元，能獨(dú)立發(fā)出脈沖來控制步進(jìn)電機(jī)。運(yùn)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(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)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(chǔ)上可利用對(duì)連桿矩陣求逆來求解。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2020 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jī)械手轉(zhuǎn)角的簡(jiǎn)便計(jì)算方法 231L1L2L3YX0 圖 31 機(jī)械手簡(jiǎn)化 示意圖 1— 2? 為機(jī)械手 2軸轉(zhuǎn)角 L1— 2軸長(zhǎng)度 2— 3? 為機(jī)械手 3軸轉(zhuǎn)角 L2— 3軸長(zhǎng)度 3— 4? 為機(jī)械手 4軸轉(zhuǎn)角 L3— 4軸長(zhǎng)度 從以上的軌跡規(guī)劃的方法中我們可以發(fā)現(xiàn)求機(jī)械手運(yùn)動(dòng)中特征的插補(bǔ)點(diǎn)是求解的關(guān)鍵，使用運(yùn)動(dòng)學(xué)方程反解的方法計(jì)算量較大。在本次設(shè)計(jì)中我們可以通過簡(jiǎn)化的方法來求解機(jī)械手各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角。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(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)化到二維的直角坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)。因此，只要控制好機(jī)械手 2 軸至 4 軸各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角就可以控制機(jī)械手的定位精度。機(jī)械手 2 軸至 4 軸結(jié)構(gòu)示意如圖 31 所示。 [11] 從 上 圖中可以看出 2? 、 3? 、 4? 機(jī)械手運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)每個(gè)轉(zhuǎn)角只能有三種狀態(tài)，即銳角、直角、鈍角。三個(gè)轉(zhuǎn)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(jī)械手在直角坐標(biāo)系下的位移量 X 與 Y，經(jīng)過整理簡(jiǎn)化后我們可以將 27種狀態(tài)整理得出以下六種狀態(tài)，機(jī)械手在直角坐標(biāo)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(shù)師范大學(xué) 2020 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shù)師范大學(xué) 2020 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shù)師范大學(xué) 2020 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(xiàn)只要在直角坐標(biāo)系中 找出運(yùn)動(dòng)軌跡中的特征插值點(diǎn)則該插值點(diǎn)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(jù)以上表達(dá)式求出其它兩轉(zhuǎn)角。這種簡(jiǎn)化方法 相比較運(yùn)動(dòng)學(xué)方程反解計(jì)算 ,大大 減少了計(jì)算量 與運(yùn)算時(shí)間 ,還為編制程序帶來了方便。 從以上兩種計(jì)算方法中可以看出 在 ? 的計(jì)算中，我們首先要求出機(jī)械手 1 軸 的轉(zhuǎn)角，要讓機(jī)械手準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)動(dòng)到搬運(yùn)物品同一平面是控制機(jī)械手準(zhǔn)確完成搬運(yùn)過程的關(guān)鍵。我們將 1 軸作為 機(jī)械手的原點(diǎn)，并已知物品起始位置坐標(biāo)，我們便可求解出機(jī)器人的 1 軸坐標(biāo)。 [13] 在已知 1 軸 轉(zhuǎn)角后，我 們就可以進(jìn)行軌跡規(guī)劃。在軌跡規(guī)劃中為了減小計(jì)算量， 由于 機(jī)械手的 夾手隨 3 軸動(dòng)作 ，即 夾手只能只旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此在實(shí)際中我們中 控制機(jī)械手的 4 個(gè)軸同時(shí)動(dòng) 作。 機(jī)械手在搬運(yùn)物品的過程中 1 軸電機(jī)只起到將 2 至 4 軸轉(zhuǎn)動(dòng)到與工件同一平面內(nèi)，我們?cè)诳刂频倪^程中可以先控制機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)到與工件同一平面內(nèi)再控制其它軸動(dòng)作。 通過簡(jiǎn)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(gè) 自由的機(jī)械手，這就將機(jī)械手的三維運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化成二維控制。我們 根據(jù)方案 2 采用模擬 CP 控制預(yù)先規(guī)劃?rùn)C(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡 ,根據(jù)軌跡求出幾個(gè)特征點(diǎn)， 并分別運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)反解的方法來求得機(jī) 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(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角。在實(shí)際控制過程中由于機(jī)械的誤差我們還可根據(jù)示教的方法來求得軌跡中各特征點(diǎn)實(shí)際脈沖數(shù)，我們可以通過手動(dòng)的調(diào)整的方法通過軟件監(jiān)控機(jī)械手各通道中步進(jìn)電機(jī)的經(jīng)過值，將軟件監(jiān)控經(jīng)過值與理論計(jì)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(shù)師范大學(xué) 2020 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 輸出脈沖數(shù)的計(jì)算 在此設(shè)計(jì)中選用的步進(jìn)電機(jī)的步距角 s ?＝ ，細(xì)分?jǐn)?shù)為 n=2 ，根據(jù) 所 規(guī)劃 的 軌跡 可