基于PLC的课程设计机械手运动控制

1、机械手运动控制摘 要本项目的主要研究任务是通过学习机械手模型的结构、控制系统原理、计算机的控制技术使机械手能够在活动范围内实现货物的抓取，并通过计算机能够跟踪机械手的运动轨迹。典型的机械手是多个连杆通过多个关节结合起来的结构。根元关节被固定在基座上，前端装有适应作业的末端执行器。作业对象物的抓取则使用作业所需的手抓或手，有时也装有传感器。我所设计的机械手属关节式机器人。有6个自由度，每个关节都是转动关节。我通过步进电机来控制机械手的运动。每一个关节都有一个步进电机来带动，通过plc发出脉冲来控制步进电机运动，从而带动机械手关节的运动。通过控制每个关节不同的位姿来控制达到控制机械手的最终位置的目

2、的。在设计中我使用的是fp-32t型plc，其中使用位置模块来控制机械手的动作。位置模块发出脉冲来控制不同关节的步进电机，每个关节的步进电机以不同的速度动作最终达到控制机械手末端的目的。5motion of manipulator control based on plcabstract study on the project's main tasks is through the learning model of manipulator control structures, control systems theory, computer technology enables

3、the robot to grab goods within the scope of activities, and through the computer to track the motion of the manipulator trajectory. typical manipulator is the connecting rod by multiple joint combines the structure. on the root element joint is fixed to the base, front end with adapting to end execu

4、tion of the job. jobs needed to use job objects grab of the hand or hands, sometimes fitted with sensors. i design of the manipulator is an articulated robot. 6 degrees, each joint is a rotating joint. i stepper motors to control the robot's movement. each joint has a stepping motor driven pulse

5、 to stepping motor controlled by plc issued movement, so as to drive the motion of manipulator joints. by controlling each posture control joints of different purpose to control the robotic arm of the final location. i use fp in the design of -32t plc, which module is used to control the robot's

6、 action. location module sent pulses to control the different joints of the stepping motor, stepping motor at different speeds for each joint action, ultimately, control robotic end purpose. keywords: robot manipulator; plc; trajectories; progress motors绪 论 机器人一词最早出现于1920年捷克作家karel capek的剧本罗萨姆的万能机器人

7、中，在该剧中，机器人“robota”这个词的本意是苦力，是一种人造的劳动力,而实际上的机器人与人很少有相似之处。“机器人”这一词出现的较晚，但这一概念在人们想象中早已出现。在我国东汉（公元12世纪）科学家张衡发明的指南车可以说是最早的机器人雏形。18世纪瑞士钟表匠德罗斯父子制造了机器人玩具，由弹簧驱动，用凸轮控制，可以写字，弹风琴。1893年加拿大人摩尔设计了用蒸汽驱动的能行走的机器人。1真正的现代机器人是从二次大战后发展起来的。 1949年，美国需要研制新型的军用飞机，这种飞机的零件要用机械加工出来。这就发起了对数控铣床的研制。数控铣床于1953年在麻省理工学院（mit）辐射实验室被研制出来

8、。60年代，george c. devol 研制出一种装置,称之为可编程序关节型搬运装置,他将遥控操作器的连杆机构与数控铣床的伺服轴结合起来，预定的机械手动作一经编程输入后,机械手就可离开人的辅助而独立运行.这种机器人也可接受示教而完成各种简单任务.示教过程中操作者用手带动机械手依次通过工作任务的各个位置,并将这些位置序列记录在数字存储器内,任务执行过程中,机器人可以再现这些位置。随着电子计算机、自动控制理论的发展和工业生产的需要及空间技术的进步，机器人技术在一些发达国家迅速发展起来。进入70年代，机器人在工业中逐步推广应用，这又促使了机器人技术的发展。1979年unimation公司推出pu

9、ma系列工业机器人。同年，日本山梨大学的牧野洋研制成具有平面关节的scars型机器人，到了1980年全世界约有2万余台机器人在工业中应用。美国是最先研制机器人的地方，经过几十年的发展，目前美国机器人制造厂家多达几百上千家。机器人产业的发展对美国经济发展起了巨大作用。据资料表明：仅2002年，美国共装备机器人11100台，截止至2002年底，美国共装备各类机器人104700台。进入20世纪70年代以后，日本工业生产的高速发展和劳动力的严重短缺，为工业机器人发展带来了有利的客观条件，工业机器人很快受到日本政府和工业界的广泛重视。在日本各界的大力扶持下，20世纪70年代成为日本工业机器人迅速发展时期

10、，超过美国，成为当今世界第一号“机器人王国”。据资料表明：仅2002年一年日本共装备机器人28400台，到2002年底，日本已装备机器人达352800台。机器人的应用领域不再局限于工业，而是深入到军事、航天、医疗、服务等各领域。（1）机器人在核领域中的应用2在核能设施中存在有对人类伤害极大的放射性物体，因此人们很早就考虑到使用远距离操作与及自动化（机器人化）。机器人能代替人类自动地远距离处理长尺寸、大重量、大体积的物体，能进行复杂作业，能在大范围内进行多种检测处监视。（2）点焊机器人与弧焊机器人（3）喷漆机器人（4）柔性制造系统和工业机器人（5）水下机器人a.德国1100m水下机器人主要用于石

11、油与天然气的开发。b.英国hyball水下机器人。hyball 水下机器人可用于军事上的搜索、排障、排雷等。还可用海洋考察、勘探、石油开发、船底检查清理等方面。c.日本万米水下机器人。d.中国无缆水下机器人。 （6）空间机器人空间机器人是代替宇航员进行空间科学研究的有力工具，并伴随空间技术的发展而发展。空间机器人有以下几种。a.空间站机器人 这类机器人包括空间站大型机械臂、空间站舱外自由移动机器人和空间站舱内服务机器人。b.行星探测机器人。c.自由飞行空间机器人。（7）军用机器人机器人技术现被广泛的应用于军事上。如自主地面战车、地面军用遥控机器人、战场机器人、扫雷清障机器人、处理爆炸物机器人、

12、机器人卫士、昆虫机器人、消防机器人、无人侦察机等 。机械手是一种机械装置，由一系列彼此之间装有关节或可相对滑动的段节构成，为了抓握和移动物体，一般有几个自由度。手工操纵机械手可能代替人在放射性的，极热或极冷、有毒的环境下，以及在真空或高压有害条件下工作。在工业中常用于弧焊、点焊、喷漆、搬运、夹持物品等等。工业机器人的主体主要是一只类似于人上肢功能的关节型机械手,其基本结构一般由人机接口、控制系统、驱动系统与机械人几部分组成。系统构成如图1-1所示。3图1.1 工业机械手系统结构图fig. 1.1 the industry manipulator system structure diagram

13、当今高性能的通用型工业机器人一般采用关节式的机械结构，每个关节中独立安装驱动电机，通过计算机对驱动单元的功率放大电路进行控制，实现机器人的操作。工业机器人通常具有示教再现和位置控制两种方式。示教再现控制就是操作人员通过示教装置把作业程序内容编制成程序，输入到记忆装置中，在外部给出启动命令后，机器人从记忆装置中读出信息并送到控制装置，发出控制信号，由驱动机构控制机械运动。机器人位置控制又分为点位控制和连续路径控制。点位控制这种方式中控制机器人操作器的起点和终点位置，而不关心这两点间的运动轨迹。连续路径控制这种方式不仅要求机器人以一定的精度达到目标点，而且对移动轨迹也有一定精度要求。在本次设计中所控制的机器人为六自由度的机械手。机械手有五个转动关节分别由步进电机控制，剩余一个自由度由气动电磁阀控制。机械手的运动精度主要由步进电机控制精度与机械精度来决定。步进电机的运动控制主要由plc与位置控制模块来实现。本次设计的机械手应能够完成对工件的送取过程，即机械手移动到输送带旁，从输送带一端夹起工件，并将工件放于指定位置。此期间机械手搬运工件运动的轨迹可以人