【正文】 有利弊。且PTP控制中在A、B兩點(diǎn)間應(yīng)無障礙物，否則機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程對(duì)軌跡沒有明確要求易碰撞到障礙物而造成事故。模擬CP控制既不像CP控制中需要存儲(chǔ)大量的目標(biāo)坐標(biāo)也不同PTP控制對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡無任何約束。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(yùn)動(dòng)速度不連續(xù)的現(xiàn)象。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(diǎn),這樣要計(jì)算出每個(gè)過程點(diǎn)機(jī)械手各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，計(jì)量過大,，但這種方法較為簡(jiǎn)單，我們可以根據(jù)需要規(guī)劃好機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡，并從軌跡中選擇幾個(gè)特征點(diǎn),分別計(jì)算出機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到幾個(gè)特征點(diǎn)時(shí)各轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角,使機(jī)械手按所求的轉(zhuǎn)角動(dòng)作便可使機(jī)械手按所規(guī)劃的軌跡運(yùn)動(dòng)。想要機(jī)械手按所規(guī)定的軌跡運(yùn)動(dòng)就須控制每臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，通過準(zhǔn)確的計(jì)算來使步進(jìn)電機(jī)按所設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)。[10]（1）首先我們要確定連桿間的連桿參數(shù)：1）為從到沿測(cè)量的距離2）為從到繞旋轉(zhuǎn)的角度3）di為從Xi1到Xi沿測(cè)量的距離4）為從到Xi沿旋轉(zhuǎn)的角度其中—連桿i1的長(zhǎng)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(shí)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。290176。030176。30019．20150176。490176?！?50176。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。采用代數(shù)反解法來求解運(yùn)動(dòng)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(duì)于原點(diǎn)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(duì)連桿矩陣求逆來求解。圖31 機(jī)械手簡(jiǎn)化示意圖1—為機(jī)械手2軸轉(zhuǎn)角 L1—2軸長(zhǎng)度2—為機(jī)械手3軸轉(zhuǎn)角 L2—3軸長(zhǎng)度3—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。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)。機(jī)械手2軸至 4軸結(jié)構(gòu)示意如圖31 所示。三個(gè)轉(zhuǎn)角三種不同狀態(tài)排列組合共有27種狀態(tài)。[12]（1）、為銳角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （36）（2）為銳角為直角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （37）為銳角為直角，鈍角（＞180176。） （38）（3）為銳角為鈍角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （39） 為銳角為鈍角， 鈍角（＞180176。） （310）（4）、為直角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （311）、為直角，鈍角（＞180176。） （312）（5）為直角為鈍角，銳角、直角、鈍角（＜180176。） （314）（6）、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(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、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。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。[13]在已知1軸轉(zhuǎn)角后，我們就可以進(jìn)行軌跡規(guī)劃。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。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。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。脈沖數(shù)可根據(jù)以下公式317計(jì)算。實(shí)際運(yùn)行的結(jié)果與所設(shè)定的特征點(diǎn)若有偏差便進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，使機(jī)械手準(zhǔn)確運(yùn)行至軌跡的特征點(diǎn)處便可對(duì)機(jī)械手進(jìn)行示教，在示教結(jié)束后可以按示教結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行。圖42 機(jī)械手搬運(yùn)物品過程圖（3）機(jī)械手在自動(dòng)過程中各軸的運(yùn)動(dòng)流程圖圖43 機(jī)械手在自動(dòng)運(yùn)行中機(jī)械手各軸運(yùn)動(dòng)流程圖 I/O分配（1）PLC的具體I/O分配如表41與表42所示。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(diǎn)動(dòng)開始Y1132軸正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)開始Y1041軸反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)開始Y1142軸反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)開始Y1051軸急停Y1152軸急停Y10F1軸清除錯(cuò)誤標(biāo)志Y11F2軸清除錯(cuò)誤標(biāo)志（1）PLC的串行通信在本次設(shè)計(jì)中通過RS232接口進(jìn)行串口的數(shù)據(jù)傳送，以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)PLC進(jìn)行通信的目的。以下是串行通信程序：以上為串行通信程序，其中與第二臺(tái)PLC通信寄存器主要通過DT1DT14DT143來完成。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(yùn)算。由于檢查后的結(jié)果為十六進(jìn)制數(shù)，而傳送的校驗(yàn)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(shí)現(xiàn)，該指令執(zhí)行時(shí)將DT2800中的2個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)化為ASCⅡ碼并存入DT2810。這一過程通過F72AHEX指令來實(shí)現(xiàn)，該指令是將DT81內(nèi)8位ASCⅡ碼轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制數(shù)存入DT90中。當(dāng)R9049與R9048同時(shí)閉合時(shí)通過F71指令將DT1DT14DT143內(nèi)存儲(chǔ)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(jì)算形成校驗(yàn)碼，并將校驗(yàn)碼傳入DT160，通過F71指令將DT160轉(zhuǎn)換成ASCⅡ碼存入DT128。（2）步進(jìn)電機(jī)的控制 從上文的公式61可以求出機(jī)械手關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的脈沖數(shù)。FPΣ型PLC有2個(gè)通道能獨(dú)立的發(fā)出脈沖與方向信號(hào)來控制步進(jìn)電機(jī)。以下對(duì)控制步進(jìn)電機(jī)程序?？刂谱值木唧w控制如下圖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(shè)置的內(nèi)容發(fā)出脈沖；K0表明步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖/方向通道為0通道，K2表明步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖/方向通道為2通道。在控制字中的絕對(duì)控制是指所發(fā)出的脈沖數(shù)是針對(duì)原點(diǎn)而言，即從原點(diǎn)開始步進(jìn)電機(jī)所走過的距離。FPΣ型PLC有兩個(gè)通道能通過F171指令獨(dú)立的輸出脈沖，輸出通道如表44所示。位置控制模塊脈沖數(shù)的計(jì)算與步進(jìn)電機(jī)脈沖數(shù)計(jì)算相同，通過公式31來求得。以下是該模塊控制步進(jìn)電機(jī)程序。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。DT202內(nèi)儲(chǔ)存為電機(jī)初始速度，DT204內(nèi)儲(chǔ)存為電機(jī)最高速度，DT206內(nèi)存放加/減速時(shí)間，DT208內(nèi)存放電機(jī)的脈沖數(shù)。Y110為位置控制模塊中EPoint控制開始標(biāo)志，當(dāng)Y9閉合時(shí)，為控制模塊發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，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。在調(diào)試機(jī)械手的過程中我們可以通過點(diǎn)動(dòng)控制來進(jìn)行機(jī)械手的調(diào)整，以獲得所需的運(yùn)動(dòng)軌跡。以下是PLC控制步進(jìn)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制程序。其中DT110內(nèi)存放為控制字，控制字為H22表明為減計(jì)數(shù)，方向輸出為OFF，我可以根據(jù)需要設(shè)置不同的控制字來控制步進(jìn)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，控制字的具體設(shè)置如圖45所示。F172為點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行指令，當(dāng)XB閉合時(shí)。PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)由XB點(diǎn)動(dòng)按鈕來決定。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(duì)控制，回零操作時(shí)為正向回零位，,回零操作與極限輸入為高電平有效，零點(diǎn)尋找有效，接近零點(diǎn)輸入有效。當(dāng)X8閉合時(shí)運(yùn)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(gè)字節(jié)寫入位置控制模塊的共享寄存器內(nèi)。Y103或Y104表示位置控制模塊中1軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)輸出標(biāo)志。Y103或Y104閉合時(shí)，位置控制模塊正轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行或反轉(zhuǎn)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。（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(gè)特征點(diǎn)，通過計(jì)算公式來所求得到達(dá)特征點(diǎn)各機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角。示教程序還具了較好的適應(yīng)性，在今后的實(shí)驗(yàn)中可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的要求通過示教的方法為機(jī)械手示教不同的運(yùn)動(dòng)軌跡。從以上程序可以看出XE為示教開始標(biāo)志，當(dāng)XE閉合時(shí)說時(shí)機(jī)械手進(jìn)入示教狀態(tài)。為了使機(jī)械手能準(zhǔn)確的按照軌跡運(yùn)動(dòng)，可以通過計(jì)算后求得各轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)，根據(jù)計(jì)算所求得的脈沖數(shù)編程程序，在運(yùn)行程序之后用手動(dòng)調(diào)整的方法使機(jī)械手能準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)到軌跡的特征點(diǎn)。在今后機(jī)械手按所規(guī)劃的軌跡運(yùn)行時(shí)，便按照寄存器中所存入的經(jīng)過值控制機(jī)械手動(dòng)作。此時(shí)便可以控制機(jī)械手進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行程序。1） 自動(dòng)運(yùn)行程序中首先應(yīng)對(duì)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(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)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(jì)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。表45 DT90052功能設(shè)置DT90052低四位設(shè)置設(shè)置后的功能HO（0000）不進(jìn)行軟件設(shè)置H1（0001）進(jìn)行軟件設(shè)置H2（0010）禁止計(jì)數(shù)H4（0100）禁止硬件復(fù)位H8（1000）停止輸出脈沖（清除指令）H9（1001）進(jìn)行軟件復(fù)位、停止輸出脈沖 在對(duì)位置控制模塊經(jīng)過值進(jìn)行復(fù)位可通過F151指令進(jìn)行軟件復(fù)位。2） 機(jī)械手各軸進(jìn)行初始化 在進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行程序后T11閉合，對(duì)各軸的各參數(shù)進(jìn)行初始化。3）自動(dòng)運(yùn)行程序自動(dòng)運(yùn)行程序是機(jī)械手自動(dòng)執(zhí)行示教后所規(guī)劃軌跡，按示教軌跡逐步運(yùn)行示教各個(gè)特征點(diǎn)。以上是自動(dòng)控制控制程序，從程序中我可以看出當(dāng)R11閉合時(shí)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(dòng)作的脈沖數(shù)。R12閉合后機(jī)械手運(yùn)行情況如R11閉合情況相類似，不同的是對(duì)機(jī)械手傳入第二示教點(diǎn)的脈沖數(shù)，通過程序驅(qū)動(dòng)機(jī)械手向第二示教點(diǎn)運(yùn)行。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。本機(jī)械手通過PLC控制，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、適應(yīng)能力強(qiáng)、可以廣泛用于各種工業(yè)控制的場(chǎng)合。在本次設(shè)計(jì)中雖然對(duì)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(duì)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。由于本人的能力有限，使本次設(shè)計(jì)存在了不足之處，望各位老師能給予幫助，將這次設(shè)計(jì)做的更加完善。畢業(yè)設(shè)計(jì)不但是一個(gè)對(duì)過去所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用的過程，更是一個(gè)學(xué)習(xí)新知識(shí)的過程。而且，我將以前所學(xué)的知識(shí)與新知識(shí)很快地融會(huì)貫通，并將其應(yīng)用到實(shí)際中，使理論與實(shí)際真正地掛上鉤。這些經(jīng)歷對(duì)于今后的工作是有很幫助的。在本次設(shè)計(jì)中在田老師細(xì)心幫助下，從原來對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的茫然到逐漸掌握設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，但由于時(shí)間倉促及水平有限，缺點(diǎn)和錯(cuò)誤再所難免，希望各位老師給予批評(píng)