【正文】 在本次設計中在田老師細心幫助下，從原來對畢業(yè)設計課題的茫然到逐漸掌握設計的思路與方法，這期間無不滲透田老師的心血，在老師的幫助下順利的完成了本次設計，但由于時間倉促及水平有限，缺點和錯誤再所難免，希望各位老師給予批評指正。而且，我將以前所學的知識與新知識很快地融會貫通，并將其應用到實際中，使理論與實際真正地掛上鉤。由于本人的能力有限，使本次設計存在了不足之處，望各位老師能給予幫助，將這次設計做的更加完善。本機械手通過PLC控制，具有可靠性高、抗干擾能力強、適應能力強、可以廣泛用于各種工業(yè)控制的場合。R12閉合后機械手運行情況如R11閉合情況相類似，不同的是對機械手傳入第二示教點的脈沖數(shù)，通過程序驅(qū)動機械手向第二示教點運行。3）自動運行程序自動運行程序是機械手自動執(zhí)行示教后所規(guī)劃軌跡，按示教軌跡逐步運行示教各個特征點。表45 DT90052功能設置DT90052低四位設置設置后的功能HO（0000）不進行軟件設置H1（0001）進行軟件設置H2（0010）禁止計數(shù)H4（0100）禁止硬件復位H8（1000）停止輸出脈沖（清除指令）H9（1001）進行軟件復位、停止輸出脈沖 在對位置控制模塊經(jīng)過值進行復位可通過F151指令進行軟件復位。此時便可以控制機械手進入自動運行程序。為了使機械手能準確的按照軌跡運動，可以通過計算后求得各轉(zhuǎn)動關節(jié)步進電機的脈沖數(shù)，根據(jù)計算所求得的脈沖數(shù)編程程序，在運行程序之后用手動調(diào)整的方法使機械手能準確的運動到軌跡的特征點。示教程序還具了較好的適應性，在今后的實驗中可以根據(jù)實驗的要求通過示教的方法為機械手示教不同的運動軌跡。Y103或Y104閉合時，位置控制模塊正轉(zhuǎn)點動運行或反轉(zhuǎn)點動運行。當X8閉合時運行F151指令，F(xiàn)151為寫入數(shù)據(jù)，將DT300數(shù)據(jù)表內(nèi)的數(shù)據(jù)中的8個字節(jié)寫入位置控制模塊的共享寄存器內(nèi)。PLC輸出的脈沖個數(shù)由XB點動按鈕來決定。其中DT110內(nèi)存放為控制字，控制字為H22表明為減計數(shù)，方向輸出為OFF，我可以根據(jù)需要設置不同的控制字來控制步進電機點動運行的轉(zhuǎn)動方向，控制字的具體設置如圖45所示。在調(diào)試機械手的過程中我們可以通過點動控制來進行機械手的調(diào)整，以獲得所需的運動軌跡。DT202內(nèi)儲存為電機初始速度，DT204內(nèi)儲存為電機最高速度，DT206內(nèi)存放加/減速時間，DT208內(nèi)存放電機的脈沖數(shù)。以下是該模塊控制步進電機程序。FPΣ型PLC有兩個通道能通過F171指令獨立的輸出脈沖，輸出通道如表44所示。F171指令是PLC輸出脈沖指令，該指令中DT 420表明PLC按DT420數(shù)據(jù)表內(nèi)所設置的內(nèi)容發(fā)出脈沖；K0表明步進電機輸出脈沖/方向通道為0通道，K2表明步進電機輸出脈沖/方向通道為2通道。以下對控制步進電機程序。（2）步進電機的控制 從上文的公式61可以求出機械手關節(jié)轉(zhuǎn)動角度的脈沖數(shù)。這一過程通過F72AHEX指令來實現(xiàn)，該指令是將DT81內(nèi)8位ASCⅡ碼轉(zhuǎn)化成十六進制數(shù)存入DT90中。F70指令為區(qū)塊檢查碼指令，在F70指令中K0為區(qū)塊檢查的方法，K0為加，K1為減，K2為執(zhí)行或運算。表43 位置控制模塊I/O分配1軸輸出Y1001軸EPoint操作開始2軸輸出Y1102軸EPoint操作開始Y1031軸正轉(zhuǎn)點動開始Y1132軸正轉(zhuǎn)點動開始Y1041軸反轉(zhuǎn)點動開始Y1142軸反轉(zhuǎn)點動開始Y1051軸急停Y1152軸急停Y10F1軸清除錯誤標志Y11F2軸清除錯誤標志（1）PLC的串行通信在本次設計中通過RS232接口進行串口的數(shù)據(jù)傳送，以實現(xiàn)兩臺PLC進行通信的目的。實際運行的結(jié)果與所設定的特征點若有偏差便進行手動調(diào)整，使機械手準確運行至軌跡的特征點處便可對機械手進行示教，在示教結(jié)束后可以按示教結(jié)果進行自動運行。在實際控制過程中由于機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實際脈沖數(shù)，我們可以通過手動的調(diào)整的方法通過軟件監(jiān)控機械手各通道中步進電機的經(jīng)過值，將軟件監(jiān)控經(jīng)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。因此在實際中我們中控制機械手的4個軸同時動作。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(zhuǎn)角，要讓機械手準確的轉(zhuǎn)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。） （314）（6）、為鈍角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （311）、為直角，鈍角（＞180176。） （39） 為銳角為鈍角， 鈍角（＞180176。） （37）為銳角為直角，鈍角（＞180176。[12]（1）、為銳角，銳角、直角、鈍角（＜180176。機械手2軸至 4軸結(jié)構(gòu)示意如圖31 所示。圖31 機械手簡化示意圖1—為機械手2軸轉(zhuǎn)角 L1—2軸長度2—為機械手3軸轉(zhuǎn)角 L2—3軸長度3—為機械手4軸轉(zhuǎn)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(xiàn)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。采用代數(shù)反解法來求解運動方程?！?50176。30019．20150176。290176。想要機械手按所規(guī)定的軌跡運動就須控制每臺步進電機，通過準確的計算來使步進電機按所設定的軌跡運動。在方案三中用拋物線過渡的線性插值，通過拋物線作為插值函數(shù)，這就避免了直線插值函數(shù)中所存在的加速度無限大而造成運動速度不連續(xù)的現(xiàn)象。且PTP控制中在A、B兩點間應無障礙物，否則機械手在運動過程對軌跡沒有明確要求易碰撞到障礙物而造成事故。插入插補點進行的PTP控制稱為模擬CP控制。（2）CP控制（continuous path control）所謂的CP控制是對目標坐標的連續(xù)控制,對機械手從一點到另一點的移動的軌跡做出了嚴格的控制。（2）機械手的搬運軌跡可以根據(jù)實際情況來人為設定。在工作中機械手先移到工件的指定位置，隨后夾起物品，按照指定的軌跡運動到下放物品的位置下放物品。圖25 步進電機電氣原理圖（2）步進電機驅(qū)動模塊圖26 驅(qū)動模塊連接圖圖26中由于PLC與位置控制模塊的輸出電壓為＋24V,因此PLC與位置控制模塊連接時要連接保護電路將電壓降至＋5V。我們可以利用電機的細分所提高的精度來彌補開環(huán)系統(tǒng)所帶來的誤差。用戶可以根據(jù)驅(qū)動器來選擇不同的細分數(shù)以達到所要求的控制要求。若所選的細分數(shù)為32細分，176。表21 驅(qū)動器拔碼開關的電流選擇567IONONONONONOFFOFFONONOFFONOFFONOFFONONOFFOFFOFFOFFONOFFOFFOFF3A表22 驅(qū)動器拔碼開關細分數(shù)的選擇123細分數(shù)ONONON保留OFFONON64細分ONONOFF8細分OFFONOFF4細分ONOFFON32細分OFFOFFON16細分ONOFFOFF半步OFFOFFOFF整步步進電機的轉(zhuǎn)速與其控制脈沖的頻率成正比，當步進電機在低頻下運行時，其轉(zhuǎn)速必然很低，而為了保證系統(tǒng)的定位精度，脈沖當量即步進電機轉(zhuǎn)一個步距角時，機械手移動的距離又不能太大，這兩個因素合在一起，帶來可一個突出的問題：定位時間太長，為了保證定位精度，脈沖信號當量不能太大，但卻影響了定位速度。半自動電流是上位控制機在半秒鐘內(nèi)沒有發(fā)出步進脈沖信號，驅(qū)動器將自動進入節(jié)電的半電流運行模式，在此狀態(tài)下電機繞組的相電流減少原設定值的一半，電機與驅(qū)動器的功耗與力矩也相應下降，這種狀態(tài)直至下一脈沖到來時自動結(jié)束并恢復原設定值。本驅(qū)動器采用開關電源設計以保證較寬的電壓范圍，電壓可在10V40VDC之間選擇。有時還承擔電平轉(zhuǎn)換的作用。信號放大的作用是將環(huán)形分配器的輸出信號加以放大，轉(zhuǎn)換成足夠大的信號送入推動級。每來一個CP脈沖，環(huán)形分配器的輸出轉(zhuǎn)換一次。信號源由PLC主機提供。脈沖輸入信號下降沿為一有效脈沖，驅(qū)動電機運行一步，為了能確保脈沖信號的可靠響應，脈沖信號低電平的持續(xù)時間應不小于10181。驅(qū)動器一般有以下幾部分組成：公共端、信號輸入部分、輸出部分等。/176。因此在本次設計中各關節(jié)的步進電機選用了兩相混合式步進電機。4）步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲二、步進電機的選擇步進電機是一種性能很好的數(shù)字化執(zhí)行元件，在數(shù)控系統(tǒng)的點、位控制中，可利用步進電機作為驅(qū)動電機，在本次設計的機械手中要滿足技術(shù)要求對機械手進行軌跡控制，使機械手按所設定的軌跡運動。一般來說，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。使用此擴展模塊不僅滿足了控制要求還無需其他的編程語言便可達到控制目的。在本次設計中有三臺在步進電機由PLC控制，有兩臺步進電機由位置控制模塊控制。在對步進電機控制過程中除了PLC通過編程對步進電機發(fā)出控制脈沖以達到控制步進電機的目的。此功能不能與反饋計數(shù)器同時操作。急停是指停止信號發(fā)出后電機沒有減速過程立即停止。具體的回零方式中有零點尋找與回零點操作兩種工作方式。位置控制開始屬于時間輸入，可接外部控制。電機走過的脈沖數(shù)由外部起動開關來控制，當開關閉合時電機按所設置的參數(shù)運行，當開關斷開后電機按所設置參數(shù)的加速率從終止速度開始減速至起始速度后停止脈沖輸出。（2）P point control(多種速度控制)在此控制方式中操作者可以根據(jù)需要設置控制字、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)來控制步進電機。該控制模塊為操作者提供幾種加/減速模式，即線性模式、正弦模式、二次曲線模式、擺線模式與三次曲線模式。脈沖輸出能實現(xiàn)四種形式：脈沖/信號輸出，CW/CWW輸出。此外，我們還可選擇帶有RS232C和RS485接口的通信卡實現(xiàn)通信功能。在本次設計中要選用兩臺PLC通過采用RS232通信端口使用串行通信傳輸數(shù)據(jù)來控制三臺步進電機。 FP系列的各種機型都提供了通信功能，而且它們所采用的應用層通信協(xié)議具有一致性，這為構(gòu)成多級PLC網(wǎng)絡，開發(fā)PLC網(wǎng)絡應用程序提供了方便。（2） 快速的CPU處理速度 FP系列機中CPU速度均優(yōu)于同類產(chǎn)品，小型機尤為突出。在PLC中還采用程序驅(qū)動故障指示的診斷方法。對于開關量輸入，為防止輸入觸點的抖動和接觸不良，PLC采用了逐次掃描輸入和掃描輸出的方法提高運行的可靠性。PLC大多采用模塊結(jié)構(gòu)，這對縮短故障修復時間方面有著重要作用。如采用LC、型濾波網(wǎng)絡，對高頻干擾信號有良好的抑制作用。圖22 設計總體方框圖本次控制方案如圖22所示，其中1號PLC控制兩臺步進電機，通過RS232串行通信與2號PLC進行聯(lián)機，2號PLC控制1臺步進電機，1號PLC擴展位置控制模塊，該模塊控制兩臺步進電機，且1號PLC通過PCLink與其它加工單元進行通信。夾手使用SVK0120型氣動電磁閥。該傳感器的反應時間小于1ms,體積小適合于安裝在狹小位置。在搬運物品的終止點也安放傳感器，通過傳感器發(fā)出的檢測信號控制機械手下放物品，以達到準確定位的目的。機械手在運動過程中必須有參考點，我們將機械手的零點作為運動的參考點，任何運動都要在此基礎上開始。機械手的軟件限位一般由軟件編程來實現(xiàn)，軟件限位一般置于機械限位之前，在編制程序的過程中當機械手運動到極限位置時發(fā)出信號停止機械手的運動以達到保護的目的。本次設計的機械手中五個轉(zhuǎn)動關節(jié)主要由五臺步進電機驅(qū)動，每個轉(zhuǎn)動關節(jié)都裝有機械限位裝置，即在每個運動關節(jié)的極限位置都裝有回零位的行程開關。5）基座基座是整個機器人的支持部分，因此該部件具有足夠的剛性與穩(wěn)定性。4）腰部腰部是連接臂和基座的部件，通常是回轉(zhuǎn)部件，腰部的回轉(zhuǎn)運動加上臂部的平面運動就