第一篇：高性能的PLC控制步進(jìn)電機(jī)在機(jī)器人機(jī)械手外文翻譯

高性能的PLC控制步進(jìn)電機(jī)在機(jī)器人機(jī)械手

摘要：在最近幾年，一個(gè)完整的多軸數(shù)字控制系統(tǒng)已經(jīng)研制成功。本文

介紹了一個(gè)用工業(yè)可編程邏輯控制(PLC）來(lái)控制五軸轉(zhuǎn)子位置，方向和速度，從而減少電路元件的數(shù)量，降低成本和提高可靠性。一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明是由控制器的高性能和功能得來(lái)的。關(guān)鍵詞：

PLC，機(jī)器人和步進(jìn)電機(jī)。

1、簡(jiǎn)介

運(yùn)動(dòng)控制的主要目的是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)器。這種性能必須達(dá)到優(yōu)化機(jī)械，即生產(chǎn)力實(shí)現(xiàn)更高的工作速度，盡量減少能源要求，減少了使機(jī)械磨損的因素（1）。一個(gè)完全數(shù)字化的體系來(lái)說(shuō)通過(guò)對(duì)基于總線控制系統(tǒng)的最大的靈活性應(yīng)用系統(tǒng)提供高性能的伺服控制是必需的。在大多數(shù)情況下，PLC是一種固態(tài)裝置，設(shè)計(jì)工作在嘈雜的工業(yè)環(huán)境并執(zhí)行所有的邏輯功能，早先就實(shí)現(xiàn)了對(duì)鼓機(jī)電繼電器開(kāi)關(guān)，機(jī)械定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的使用（2）。步進(jìn)電機(jī)，通常用于微型電子計(jì)算機(jī)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機(jī)器人（3）。在本文中，我提出了各軸包含一個(gè)由plc控制的步進(jìn)電機(jī)的五檔速度控制軸機(jī)器人。(SLC 150)

2、可編程控制器

PLC，像一臺(tái)電腦，采用了微處理器芯片進(jìn)行處理和存儲(chǔ)芯片來(lái)存儲(chǔ)方案。PLC的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，輸入設(shè)備是監(jiān)控機(jī)器或被控制的過(guò)程的傳感器。這些傳感器的狀態(tài)（ON或OFF）被輸送到PLC控制器。取決于這些傳感器輸入狀態(tài)的PLC的輸出可能切換到活力馬達(dá)，繼電器，閥門(mén)等....,來(lái)控制機(jī)器或過(guò)程。SLC150的PLC[2]有10個(gè)輸入，編號(hào)從1到10的，然后再?gòu)?0數(shù)到1的IO當(dāng)作 IO1的輸入。SLCI50有12個(gè)輸出編號(hào)從11至16，和111至116。

3、機(jī)器人的描述、圖2顯示了一個(gè)典型的機(jī)器人（4）。它由一英寸上有8-32螺紋孔的12英寸至14英寸大小的底板和炮塔——一個(gè)周?chē)鋫淞藗魉蛶У男D(zhuǎn)平臺(tái)（它的每一英寸的中心有8-32螺紋孔）。這些孔配合安裝在機(jī)器人的手臂和手腕馬達(dá)的相對(duì)于其中心的不同地；，炮塔鉗，可連接炮塔和炮塔軸；炮塔裝載，可連接底板唇，覆蓋炮塔馬達(dá)，和支撐炮塔軸和炮塔。炮塔軸是用來(lái)保留炮塔和炮塔內(nèi)的炮架集合，炮塔軸承（有兩個(gè)）的

呈遞擔(dān)保裝入舉行炮塔軸，推力 軸承安裝在炮塔的軸上，以適應(yīng) 機(jī)器人的重量，提供平穩(wěn)和旋轉(zhuǎn) 炮塔，推力墊圈安裝在炮塔軸接口的推力軸承的安裝和炮塔鉗總成（他們是在任的推力軸承一面放置），炮塔齒輪（有二分之一254?0tha屆一，步進(jìn)電機(jī)（五電機(jī)），數(shù)字編碼器，40齒）臂環(huán)節(jié)，是一個(gè)機(jī)器人手爪手，提供下巴 位置和動(dòng)態(tài)壓縮力信息到控制器。

第二篇：工業(yè)機(jī)器人機(jī)械手外文翻譯

外 文 翻 譯

Introduction to Robotics

Mechanics and Control

機(jī)器人學(xué)入門(mén)

力學(xué)與控制

系

別： 機(jī)械與汽車(chē)工程系 專學(xué)業(yè)生

名姓

稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 名： 郭仕杰

學(xué)

號(hào)：

06101315 指導(dǎo)教師姓名、職稱： 賀秋偉 副教授

完成日期 2014 年2 月28日 Introduction to Robotics

Mechanics and Control

Abstract This book introduces the science and engineering of mechanical manipulation.This branch of the robot has been in several classical field based.The main related fields such as mechanics, control theory, computer science.In this book, Chapter 1 through 8 topics ranging from mechanical engineering and mathematics, Chapter 9 through 11 cover control theory of material, and twelfth and 13 may be classified as computer science materials.In addition, this book emphasizes the computational aspects of the problem;for example, each chapter it mainly mechanical has a brief section calculation.This book is used to teach the class notes introduction to robotics, Stanford University in the fall of 1983 to 1985.The first and second versions have been through 2002 in use from 1986 institutions.Using the third version can also benefit from the revised and improved due to feedback from many sources.Thanks to all those who modified the author's friends.This book is suitable for advanced undergraduates the first grade curriculum.If students have contributed to the dynamics and linear algebra course in advanced language program in a basic course of statics.In addition, it is helpful, but not absolutely necessary, let the students finish the course control theory.The purpose of this book is a simple introduction to the material, intuitive way.Specifically, does not need the audience mechanical engineer strict, although much of the material is from the field.At the Stanford University, many electrical engineers, computer scientists, mathematicians find this book very readable.Here we only on the important part to extract.The main content

1、Background

The historical characteristics of industrial automation is popular during the period of rapid change.Either as a cause or an effect of automation technology, period of this change is closely linked to the world economy.Use of industrial robots, can be identified in a unique device 1960's, with the development of computer aided design(CAD)system and computer aided manufacturing(CAM)system, the latest trends, automated manufacturing process.The technology is the leading industrial automation through another transition, its scope is still unknown.In the northern America, machinery and equipment used in early 80's of the 20th century, the late 80's of the 20th century a short pull.Since then, the market more and more(Figure 1.1), although it is affected by economic fluctuations, all the market.Figure 1.2 shows the robots were installed in a large number of annual world industrial zone.Notably, the number of Japan's report is different from other areas: they count the number of machine of robot in other parts of the world are not considered robot(instead, they would simply be considered “factory machines”).Therefore, the reported figures for the Japanese exaggerated.One of the main reason for the growth in the use of industrial robots is that they are falling costs.Fig.1.3 shows that, in the last century 90's ten years, robot prices dropped although human labor costs.At the same time, the robot is not only cheaper, they become more effective and faster, more accurate, more flexible.If we factor these quality adjusted to the number, the use of robots to decrease the cost of even than their price tag faster.More cost-effective in the robot they become, as human labor to become more expensive, more and more industrial work become robot automation candidate.This is the most important trend to promote the industrial robot market growth.The second trend is, in addition to the economic, as robots become more can become more tasks they can do, may have on human workers engaged in dangerous or impossible.Industrial robots perform gradually get more complex, but it is still, in 2000, about 78% installation welding or material handling robot in USA robot.A more challenging field, industrial robots, accounted for 10% unit.This book focuses on the dynamics and control of the most important forms of industrial robot, manipulator.What is the industrial robot is sometimes debate.Equipment, as shown in Figure 1.4 is always included, and CNC milling machine(NC)is usually not.The difference lies in the programmable complex place if a mechanical device can be programmed to perform a variety of applications, it may be an industrial robot.This is the part of a limited class of tasks are considered fixed automation.For the purpose of this difference, do not need to be discussed;the basic properties of most materials suitable for various programmable machine.In general, the mechanical and control research of the mechanical hand is not a new science, but a collection of the theme from the “classic” field.Mechanical engineering helps to machine learning methods for static and dynamic conditions.The mathematical description of movement of the tool manipulator space supply and other attributes.Provide design evaluation tool to realize the motion and force the desired algorithm control theory.Electrical engineering technology applied in the design of electrical engineering technology for sensor applied in design and industrial robot interface sensor, are programmed to perform the required task of basic computer science and the equipment.Figures：

FIGURE 1.1: Shipments of industrial robots in North America in millions of US

dollars

FIGURE 1.2: Yearly installations of multipurpose industrial robots for 1995-2000 and

forecasts for 2001-2004

FIGURE 1.3: Robot prices compared with human labor costs in the 1990s

FIGURE 1.4:The Adept 6 manipulator has six rotational joints and is popular in many applications.Courtesy of Adept Technology, Inc.2、Control of mechanical arm In the study of robots, 3D spatial position we constantly to the object of interest.These objects are all manipulator links, parts and tools, it deals, and other objects in the robot's environment.In a coarse and important level, these objects are described by two attributes: the position and direction.Of course, a direct interest in the topic is the attitude in which we represent these quantities and manipulate their mathematics.In order to describe the human body position in space and direction, we will always highly coordinate system, or frame, rigid object.Then we continue to describe the position and orientation of the reference frame of the coordinate system.Any framework can be used as a reference system in the expression of a body position and direction, so we often think of conversion or transformation of the body of these properties from one frame to another description.The 2 chapter discusses the Convention methods of dealing with job descriptions discussed method of treating and post convention described positioning and manipulation of coordinate system the quantity and mathematics different.Well developed skills relevant to the position and rotation of the description and is very useful in the field of rigid robot.Kinematics is the science of sports, the movement does not consider the force which resulted in it.In the scientific research of kinematics, a position, velocity, acceleration, and the location variable high order derivative(with respect to time of all or any of the other variables(S)).Therefore, the kinematics of manipulator is refers to the geometric and temporal characteristics of all movement.The manipulator comprises nearly rigid connection, which is the relative movement of the joint connection of adjacent links.These nodes are usually instrument position sensor, so that adjacent link is a relative position measurement.In the case of rotating or rotary joint, the displacement is called the joint angle.Some robots including sliding(or prism)connection, in which the connection between the relative displacement is a translation, sometimes called the joint offset.The manipulator has a number of independent position variables are specified as the mechanism to all parts of the.This is a very general term, any mechanism.For example, a four connecting rod mechanism has only one degree of freedom(even with three members of the movement).In the case of the typical industrial robots, because the robots is usually an open kinematic chain, because each joint position usually define a variable, the node is equal to the number of degrees of freedom.The free end of the link chain consisting of the manipulator end effector.According to the application of robot, the end effector can be a starting point, the torch, electromagnet, or other device.We usually by mechanical hand position description framework description tool, which is connected to the end effector, relative to the base, the base of the mobile manipulator.In the study of mechanical operation of a very basic problem is the kinematics.This is to compute the position of mechanical static geometric problems in hand terminal positioning.Specifically, given a set of joint angles, the forward kinematics problem is to compute the position and orientation relative to the base of the tool holder.Sometimes, we think this is a change from the joint space is described as a manipulator position that Cartesian space description.“This problem will be discussed in the 3 chapter.In the 4 chapter, we will consider the inverse kinematics problem.The problems are as follows: the end effector position and direction of the manipulator, computing all possible joint angle, can be used to achieve the position and direction of a given.(see Figure 1.7.)This is a practical problem of manipulator is fundamental.This is quite a complex geometry problem, the conventional solution in tens of thousands of humans and other biological systems time every day.In a case like a robot simulation system, we need to create computer control algorithm can make the calculation.In some ways, the solution to this problem is the most important element in the operating system.This is quite a complex geometry problem, the conventional solution in tens of thousands of humans and other biological systems time every day.In a case like a robot simulation system, we need to create computer control algorithm can make the calculation.In some ways, the solution to this problem is the most important element in the operating system.We can use this problem as a mapping on 3D Descartes ”position“ space ”position“ in the robot joint space.This need will occur when the 3D spatial objects outside the specified coordinates.Lack of this kind of algorithm some early robot, they just transfer(sometimes by hand)required for the position, and then be recorded as a common set of values(i.e., as a position in joint space for later playback).Obviously, if the playback position and motion pattern recording and joint of the purely robot in Cartesian space, no algorithm for the joint space is necessary.However, the industrial robot is rare, the lack of basic inverse kinematics algorithm.The inverse kinematics problem is not a simple forward kinematics of A.The equation of motion is nonlinear, their solution is not always easy(or even possible in a closed form).At the same time, the existing problems of solutions and multiple solutions occur.The study of these problems provides an appreciation of what the human mind nervous system is achieved when we, there seems to be no conscious thought, object movement and our arms and hands operation.Manipulator is a solution of the presence or absence of a given definition of work area.A solution for the lack of means of mechanical hands can not reach the desired position and orientation, because it is in the manipulator working area.In addition to static positioning problem, we can analyze the robot motion.Usually, the analysis in the actuator velocity, it is convenient to define a matrix called the Jacobi matrix of the manipulator.The speed of Jacobi matrix specified in Descartes from the velocity mapping space and joint space.(see Figure 1.8.)This mapping configuration of the manipulator changes the natural changes.At some point, called a singularity, this mapping is not to make the transformation.This phenomenon are important to the understanding of the mechanical hand designers and users.Figures：

FIGURE 1.5: Coordinate systems or ”frames“ are attached to the manipulator and to

objects in the environment.FIGURE 1.6: Kinematic equations describe the tool frame relative to the base frame

as a function of the joint variables.FIGURE 1.7: For a given position and orientation of the tool frame, values for the joint variables can be calculated via the inverse kinematics.FIGURE 1.8: The geometrical relationship between joint rates and velocity of the end-effector can be described in a matrix called the Jacobian.3、Symbol Symbol is always the problems in science and engineering.In this book, we use the following convention: First: Usually, uppercase variables vector or matrix.Scalar lowercase variables.Second：Tail buoy use(such as the widely accepted)indicating inverse or transposed matrix.Third：Tail buoy not subject to strict conventions, but may be that the vector components(for example, X, Y, Z)or can be used to describe the PBO / P in a position of the bolt.Fourth：We will use a lot of trigonometric function, we as a cosine symbol angle E1 can adopt the following methods: because the E1 = CE1 = C1.In the vector sign note general: many mechanics textbook treatment number of vector at a very abstract level and often used vector is defined relative to expression in different coordinate systems.The most obvious example is, in addition to vector is relative to a given or known a different frame of reference.This is usually very convenient, resulting in compact structure, elegant formula.For example, consider the angular velocity, connected in series with the last body ° W4 'four rigid body(such as the manipulator links)relative to the fixed seat chain.Due to the angular velocity vector addition, angular velocity equation at last link we can write a very simple vector:

However, unless the information is relative to a common coordinate system, they cannot be concluded, therefore, although elegant, equation(1.1)calculation.Most of the ”work“.A case study of the manipulator, such statements,(1.1)work coordinate system hidden bookkeeping, which is often we need to practice.Therefore, in this book, we put the symbol reference frame vectors, we don't and carrier, unless they are in the same coordinate system.In this way, we derive expressions for computing numerical solution, ”bookkeeping" problem can be directly applied to the actual.Summary The robot is a typical electromechanical integration device, it uses the latest research results of machinery and precision machinery, microelectronics and computer, automation control and drive, sensor and information processing and artificial intelligence and other disciplines, with the development of economy and all walks of life to the automation degree requirements increase, the robot technology has been developing rapidly, the emergence of a variety of robotic products.The utility of robot products, not only can solve many practical problems difficult to solve by manpower, and the promotion of industrial automation process.At present, the research and development of robot relates to many aspects of the technology, the complexity of system structure, development and development cost is generally high, limiting the application of the technology, to some extent, therefore, the development of economic, practical, high reliability of robot system with a wide range of social significance and economic value.Based on the design of mechanical structure and drive system, the kinematics and dynamics of the cleaning robot is analyzed.Kinematics analysis is the basis of path planning and trajectory control of the manipulator, the kinematics analysis, inverse problem can complete the operation of space position and velocity mapping to drive space, using the homogeneous coordinate transformation method has been the end of manipulator position and arthrosis transform relations between the angle, geometric analysis method to solve the inverse kinematics problem of manipulator, provides a theoretical basis for control system design.The robot dynamics is to study the relationship between the motion and force of science, the purpose of the study is to meet the need of real-time control, this paper use straightaway language introduced the related mechanical industrial robots and control knowledge for us, pointing the way for our future research direction.Robot is a very complicated learning, in order to go into it, you need to constantly learn, the road ahead is long, I shall search.機(jī)器人學(xué)入門(mén)

力學(xué)與控制

摘要

本書(shū)介紹了科學(xué)與工程機(jī)械操縱。這一分支學(xué)科的機(jī)器人已經(jīng)在幾個(gè)經(jīng)典的領(lǐng)域?yàn)榛A(chǔ)的。主要的相關(guān)的領(lǐng)域是力學(xué)，控制理論，計(jì)算機(jī)科學(xué)。在這本書(shū)中，第1章通過(guò)8個(gè)主題涵蓋機(jī)械工程和數(shù)學(xué)，第9章通過(guò)11個(gè)蓋控制理論材料，第12和13章可能被歸類為計(jì)算機(jī)科學(xué)材料。此外，這本書(shū)強(qiáng)調(diào)在計(jì)算方面的問(wèn)題；例如，每章這方面主要以力學(xué)有一個(gè)簡(jiǎn)短的章節(jié)計(jì)算考慮。這本書(shū)是從課堂筆記用來(lái)教機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論，斯坦福大學(xué)在1983的秋天到1985。第一和第二版本已經(jīng)通過(guò)2002在從1986個(gè)機(jī)構(gòu)使用。第三版也可以從中受益的使用和采用的修正和改進(jìn)由于許多來(lái)源的反饋。感謝所有那些誰(shuí)修正了作者的朋友們。這本書(shū)是適合高年級(jí)本科生一年級(jí)的課程。如果學(xué)生已經(jīng)在靜力學(xué)的一門(mén)基礎(chǔ)課程有助于動(dòng)力學(xué)和線性代數(shù)課程可以在高級(jí)語(yǔ)言程序。此外，它是有幫助的，但不是絕對(duì)必要的，讓學(xué)生完成入門(mén)課程控制理論。本書(shū)的目的是在一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹材料，直觀的方式。具體地說(shuō)，觀眾不需要嚴(yán)格的機(jī)械工程師，雖然大部分材料是從那場(chǎng)。在斯坦福大學(xué)，許多電氣工程師，計(jì)算機(jī)科學(xué)家，數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)這本書(shū)很易讀。在這里我們僅對(duì)其中重要部分做出摘錄。

主要內(nèi)容

1、背景

工業(yè)自動(dòng)化的歷史特點(diǎn)是快速變化的時(shí)期流行的方法。無(wú)論是作為一個(gè)原因或一個(gè)效果，這種變化的時(shí)期自動(dòng)化技術(shù)是緊密聯(lián)系在一起的世界經(jīng)濟(jì)。利用工業(yè)機(jī)器人，成為可識(shí)別在1960年代的一個(gè)獨(dú)特的裝置，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）系統(tǒng)的特點(diǎn)，最新的趨勢(shì)，制造業(yè)的自動(dòng)化過(guò)程。這些技術(shù)是領(lǐng)先的工業(yè)自動(dòng)化 通過(guò)另一個(gè)過(guò)渡，其范圍仍然是未知的。在美國(guó)北部，在早期有機(jī)器設(shè)備多采用世紀(jì)80年代，其次是上世紀(jì)80年代后期一個(gè)簡(jiǎn)短的拉。自那時(shí)起，市場(chǎng)越來(lái)越多的（圖1.1），雖然它是受經(jīng)濟(jì)波動(dòng)，是所有市場(chǎng)。圖1.2顯示的機(jī)器人被安裝在大數(shù)每年世界各國(guó)的工業(yè)區(qū)。值得注意的是，日本的報(bào)告數(shù)量有所不同從其他地區(qū)一樣：他們算一些機(jī)器的機(jī)器人在世界的其他地方都沒(méi)有考慮機(jī)器人（而不是，他們會(huì)簡(jiǎn)單地認(rèn)為是“工廠的機(jī)器”）。因此，該報(bào)告的數(shù)字為日本有些夸大。

在工業(yè)機(jī)器人的使用增長(zhǎng)的一個(gè)主要原因是他們正在下降成本。圖1.3表明，在上世紀(jì)90年代的十年中，機(jī)器人的價(jià)格下降了雖然人類的勞動(dòng)成本增加。同時(shí)，機(jī)器人不只是越來(lái)越便宜，他們變得更有效更快，更準(zhǔn)確，更靈活的。如果我們的因素這些質(zhì)量調(diào)整成數(shù)，使用機(jī)器人的成本下降甚至比他們的價(jià)格標(biāo)簽更快。在他們的工作機(jī)器人變得更具成本效益的，作為人類勞動(dòng)繼續(xù)變得更加昂貴，越來(lái)越多的工業(yè)工作成為機(jī)器人自動(dòng)化的候選人。這是最重要的趨勢(shì)推動(dòng)了工業(yè)機(jī)器人的市場(chǎng)增長(zhǎng)。第二個(gè)趨勢(shì)是，除了經(jīng)濟(jì)，隨著機(jī)器人變得更能成為他們能夠做的更多以上的任務(wù)，可能對(duì)人類工人從事危險(xiǎn)的或不可能的。工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行逐步得到更多的應(yīng)用復(fù)雜的，但它仍然是，在2000年，大約78%安裝在美國(guó)進(jìn)行焊接或材料搬運(yùn)機(jī)器人的機(jī)器人。

一個(gè)更具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，工業(yè)機(jī)器人，占10%裝置。這本書(shū)著重于力學(xué)和最重要的形式控制的工業(yè)機(jī)器人，機(jī)械手。到底什么是工業(yè)機(jī)器人是有時(shí)辯論。設(shè)備，如圖1.4所示是總是包括在內(nèi)，而數(shù)控（NC）銑床通常不。區(qū)別在于的可編程的復(fù)雜的地方如果一個(gè)設(shè)備機(jī)械設(shè)備可以被編程為執(zhí)行各種應(yīng)用程序，它可能是一個(gè)工業(yè)機(jī)器人。這是最機(jī)部分有限的一類的任務(wù)被認(rèn)為是固定的自動(dòng)化。為目的本文的區(qū)別，不需要討論；大多數(shù)材料的基本性質(zhì)適用于各種可編程機(jī)。

總的來(lái)說(shuō)，其力學(xué)和控制機(jī)械手的研究不是一個(gè)新的科學(xué)，而只是一個(gè)收集的主題從“經(jīng)典”的領(lǐng)域。機(jī)械工程有助于機(jī)器學(xué)習(xí)方法靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的情況下。數(shù)學(xué)描述空間供應(yīng)工具機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)和其他屬性。控制理論提供了工具以實(shí)現(xiàn)所期望的運(yùn)動(dòng)和力的應(yīng)用評(píng)價(jià)算法設(shè)計(jì)。電氣工程技術(shù)施加在傳感器的設(shè)計(jì)電氣工程技術(shù)施加在傳感器的設(shè)計(jì)和工業(yè)機(jī)器人接口，與計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)這些設(shè)備進(jìn)行編程以執(zhí)行所需任務(wù)。

附圖：

圖1.1在數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人在美國(guó)北部的工業(yè)機(jī)器人的出貨量美元

圖1.2 年安裝的多用途的工業(yè)機(jī)器人1995-2000年和2001年至2004年預(yù)測(cè)

圖1.3 機(jī)器人的價(jià)格與上世紀(jì)90年代的人類勞動(dòng)成本的比較

圖1.4 嫻熟的6臂有六個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)（流行于眾多制造行業(yè)）

2、力學(xué)和機(jī)械臂的控制

機(jī)器人的研究中，我們不斷的關(guān)注對(duì)象的位置三維空間。這些對(duì)象是機(jī)械手的鏈接，零件和工具，它的交易，并在機(jī)器人的環(huán)境的其他對(duì)象。在一個(gè)粗而重要的水平，這些對(duì)象是由兩個(gè)屬性描述：位置和方向。當(dāng)然，一個(gè)直接感興趣的話題是態(tài)度在我們所代表的這些量和操縱他們的數(shù)學(xué)。

為了描述人體在空間中的位置和方向，我們將始終高度坐標(biāo)系統(tǒng)，或框架，嚴(yán)格的對(duì) 象。然后我們繼續(xù)相對(duì)于一些參考描述該幀的位置和方向坐標(biāo)系統(tǒng)。任何框架可以作為一個(gè)參考系統(tǒng)內(nèi)的表達(dá)一個(gè)身體的位置和方向，所以我們經(jīng)常認(rèn)為轉(zhuǎn)化或改變身體的這些屬性從一幀到另一個(gè)的描述。2章討論了公約的方法處理與職位描述討論了公約的方法處理與職位描述定位和操縱這些量與數(shù)學(xué)不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。發(fā)展良好的技能有關(guān)的位置和旋轉(zhuǎn)的描述甚至在剛體機(jī)器人領(lǐng)域是非常有用的。

運(yùn)動(dòng)學(xué)是科學(xué)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)運(yùn)動(dòng)不考慮力這導(dǎo)致它。在運(yùn)動(dòng)學(xué)的科學(xué)研究，一個(gè)位置，速度，加速度，和所有的高階導(dǎo)數(shù)的位置變量（相對(duì)于時(shí)間或任何其他變量（S））。因此，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究是指所有的運(yùn)動(dòng)的幾何和時(shí)間特性。機(jī)械手包括近剛性連接，這是由關(guān)節(jié)連接允許相鄰鏈接的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這些節(jié)點(diǎn)通常儀表有位置傳感器，使鄰近的鏈接是相對(duì)位置測(cè)量。在旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)接頭的情況下，這些位移被稱為關(guān)節(jié)角度。一些機(jī)器人包含滑動(dòng)（或棱鏡）連接，其中之間的聯(lián)系相對(duì)位移是一個(gè)翻譯，有時(shí)也被稱為聯(lián)合偏移量。機(jī)械手具有數(shù)獨(dú)立的位置的變量會(huì)被指定為定位該機(jī)制的所有部分。這是一個(gè)總稱，任何機(jī)制。為例如，一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)只有一個(gè)自由度（即使有三運(yùn)動(dòng)的成員）。在典型的工業(yè)機(jī)器人的情況下，因?yàn)闄C(jī)器人通常是一個(gè)開(kāi)放的運(yùn)動(dòng)鏈，因?yàn)槊總€(gè)關(guān)節(jié)的位置通常定義一個(gè)變量，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目等于自由度。

在鏈接組成的機(jī)械手的末端執(zhí)行器的自由端鏈。根據(jù)機(jī)器人的應(yīng)用，末端執(zhí)行器可以是一個(gè)抓手，焊槍，電磁鐵，或其他裝置。我們一般通過(guò)描述工具的框架描述的機(jī)械手的位置，這是連接到端部執(zhí)行器，相對(duì)于底座，所對(duì)移動(dòng)機(jī)械手的基礎(chǔ)。在機(jī)械操作的研究一個(gè)非常基本的問(wèn)題就是了運(yùn)動(dòng)學(xué)。這是計(jì)算的位置的靜態(tài)幾何問(wèn)題機(jī)械手的末端定位。具體而言，給定一組關(guān)節(jié)角，正向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題是計(jì)算位置和方向工具架相對(duì)于底座。有時(shí)，我們認(rèn)為這是改變從關(guān)節(jié)空間描述為一個(gè)機(jī)械手位置的表示笛卡爾空間的描述。“這個(gè)問(wèn)題將在3章探討。在4章中，我們將考慮的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題提出了如下：給出了末端執(zhí)行器的位置和方向機(jī)械手，計(jì)算所有可能的關(guān)節(jié)角度，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)給定的位置和方向。（見(jiàn)圖1.7。）這是一個(gè)根本性的問(wèn)題機(jī)械手的實(shí)際應(yīng)用。這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的幾何問(wèn)題，常規(guī)的解決在人類和其他生物系統(tǒng)時(shí)間每天成千上萬(wàn)。在一個(gè)案例像一個(gè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)，我們需要?jiǎng)?chuàng)建的控制算法計(jì)算機(jī)可以使這個(gè)計(jì)算。在某些方面，這個(gè)問(wèn)題的解決方案是在操作系統(tǒng)中最重要的元素。

這是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的幾何問(wèn)題，常規(guī)的解決在人類和其他生物系統(tǒng)時(shí)間每天成千上萬(wàn)。在一個(gè)案例像一個(gè)機(jī)器人仿真系統(tǒng)，我們需要?jiǎng)?chuàng)建的控制算法計(jì)算機(jī)可以使這個(gè)計(jì)算。在某些方面，這個(gè)問(wèn)題的解決方案是在操作系統(tǒng)中最重要的元素。

我們可以把這個(gè)問(wèn)題作為一個(gè)映射在三維笛卡爾的“位置”空間的“位置”在機(jī)器人的關(guān)節(jié)內(nèi)的空間。這需要自然會(huì)出現(xiàn)每當(dāng)目標(biāo)外部三維空間指定的坐標(biāo)。一些早期的機(jī)器人缺乏這種算法，他們只是轉(zhuǎn)移（有時(shí)用手）所需的的位置，然后被記錄為一組共同的值（即，作為一個(gè)位置關(guān)節(jié)空間）用于以后回放。顯然，如果機(jī)器人用純粹的模式記錄和關(guān)節(jié)的位置和運(yùn)動(dòng)的播放，沒(méi)有算法有關(guān)的關(guān)節(jié)空間的笛卡爾空間是必要的。然而，是罕見(jiàn)的工業(yè)機(jī)器人，缺乏基本的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法。逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題不是簡(jiǎn)單的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)一個(gè)。由 于運(yùn)動(dòng)方程是非線性的，他們的解決方案并不總是容易（甚至可能在一個(gè)封閉的形式）。同時(shí)，對(duì)存在的問(wèn)題解和多解的出現(xiàn)。這些問(wèn)題的研究提供了一個(gè)欣賞什么人的心靈神經(jīng)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)當(dāng)我們，似乎沒(méi)有有意識(shí)的思考，移動(dòng)和我們的雙臂和雙手操作的對(duì)象。一個(gè)解的存在或不存在的定義工作區(qū)一個(gè)給定的機(jī)械手。一個(gè)解決方案的缺乏意味著機(jī)械手不能達(dá)到所需的位置和方向，因?yàn)樗跈C(jī)械手的外工作區(qū)。

除了處理靜態(tài)定位問(wèn)題，我們不妨分析機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。通常，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度分析，它是方便的定義一個(gè)矩陣的數(shù)量稱為機(jī)械手的雅可比矩陣.指定的速度雅可比矩陣在笛卡爾從關(guān)節(jié)空間的速度映射空間。（見(jiàn)圖1.8。）這種映射配置的自然變化機(jī)械手的變化。在某些點(diǎn)，稱為奇點(diǎn)，這映射是不使轉(zhuǎn)化。這一現(xiàn)象的理解是設(shè)計(jì)師和用戶的重要機(jī)械手。

附圖：

圖1.5 坐標(biāo)系統(tǒng)或“幀”連接到機(jī)械手環(huán)境中的物體

圖1.6運(yùn)動(dòng)學(xué)方程描述刀具架相對(duì)于底座作為一個(gè)聯(lián)合變量的函數(shù)

圖1.7 對(duì)于一個(gè)給定的位置和方向的工具框架，值為關(guān)節(jié)變量可以通過(guò)逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算

圖1.8 聯(lián)合率和速度之間幾何關(guān)系端部執(zhí)行器可以在一個(gè)矩陣描述了所謂的雅可比矩陣

3、標(biāo)識(shí)符號(hào)

符號(hào)一直是科學(xué)和工程問(wèn)題。在這本書(shū)中，我們使用以下公約： 第一、通常，大寫(xiě)變量表示的向量或矩陣。小寫(xiě)的變量的標(biāo)量。第二、尾標(biāo)使用（如被廣泛接受的）指示逆或轉(zhuǎn)置矩陣。

第三、尾標(biāo)不受?chē)?yán)格的公約，但可能表明向量的組件（例如，X，Y，Z）或可用于述在PBO / P一個(gè)螺栓的位置。

第四、我們將使用許多三角函數(shù)，我們?yōu)橐粋€(gè)余弦符號(hào)角E1可以采用下列方式：因

為E1 = CE1 = C1。

在一般的矢量符號(hào)注：許多力學(xué)教材處理矢量在一個(gè)非常抽象的層次上的數(shù)量和經(jīng)常使用向量定義相對(duì)于在表達(dá)不同的坐標(biāo)系統(tǒng)。最明顯的例子是，除了向量是給定的或已知的相對(duì)于不同的參考系。這是通常很方便，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)緊湊，有優(yōu)雅的公式。為例如，考慮角速度，在串聯(lián)連接的最后一次身體°W4 '四剛體（如機(jī)械手的鏈接）相對(duì)的固定座鏈。由于角速度矢量相加，我們可以寫(xiě)一個(gè)非常簡(jiǎn)單的向量的最后環(huán)節(jié)的角速度方程：

然而，除非這些量是相對(duì)于一個(gè)共同的坐標(biāo)表示系統(tǒng)，他們不能總結(jié)，所以，雖然優(yōu)雅，方程（1.1）隱藏大部分的“工作”的計(jì)算。為研究個(gè)案機(jī)械手，這樣的陳述，（1.1）隱藏簿記的工作坐標(biāo)系統(tǒng)，這往往是我們需要實(shí)踐的想法。因此，在這本書(shū)中，我們把符號(hào)參考框架向量，我們不要和載體，除非他們?cè)谕蛔鴺?biāo)系統(tǒng)。在這種方式中，我們推導(dǎo)出的表達(dá)式，解決“記賬”問(wèn)題可直接應(yīng)用于實(shí)際的數(shù)值計(jì)算。

總結(jié)

機(jī)器人是典型的機(jī)電一體化裝置，它綜合運(yùn)用了機(jī)械與精密機(jī)械、微電子與計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制與驅(qū)動(dòng)、傳感器與信息處理以及人工智能等多學(xué)科的最新研究成果，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和各行各業(yè)對(duì)自動(dòng)化程度要求的提高，機(jī)器人技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種各樣的機(jī)器人產(chǎn)品。機(jī)器人產(chǎn)品的實(shí)用化，既解決了許多單靠人力難以解決的實(shí)際問(wèn)題，又促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的進(jìn)程。目前，由于機(jī)器人的研制和開(kāi)發(fā)涉及多方面的技術(shù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開(kāi)發(fā)和研制的成本普遍較高，在某種程度上限制了該項(xiàng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此，研制經(jīng)濟(jì)型、實(shí)用化、高可靠性機(jī)器人系統(tǒng)具有廣泛的社會(huì)現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在完成機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)物料抓取機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是路徑規(guī)劃和軌跡控制的基礎(chǔ)，對(duì)操作臂進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆問(wèn)題的分析可以完成操作空間位置和速度向驅(qū)動(dòng)空間的映射，采用齊次坐標(biāo)變換法得到了操作臂末端位置和姿態(tài)隨關(guān)節(jié)夾角之間的變換關(guān)系，采用幾何法分析了操作臂的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求解問(wèn)題，對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。機(jī)器人動(dòng)力學(xué)是研究物體的運(yùn)動(dòng)和作用力之間的關(guān)系的科學(xué)，研究的目的是為了滿足是實(shí)時(shí)性控制的需要，本文用通俗易懂的語(yǔ)言為我們介紹了工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)力學(xué)與控制的知識(shí)，為我們以后的研究方向指明了道路。機(jī)器人的研究是一門(mén)非常復(fù)雜的學(xué)問(wèn)，為了深入去探究它的方方面面，就需要不斷的去學(xué)習(xí)，正所謂路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。

第三篇：三菱PLC與步進(jìn)電機(jī)控制練習(xí)題 1

三菱PLC與步進(jìn)電機(jī)控制練習(xí)題 1

1.參數(shù)設(shè)置與工作要求。

按照自己設(shè)計(jì)的電氣圖設(shè)置，主回路由一個(gè)帶星-三角降壓?jiǎn)?dòng)的正反轉(zhuǎn)電機(jī)控制回路【正、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)，星形運(yùn)行時(shí)間 4秒，再轉(zhuǎn)換成三角運(yùn)行；正、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)的時(shí)間間隔為5 秒】、變頻器控制的單速電機(jī)三速段變速控制回路【設(shè)置參數(shù)：變頻器設(shè)置為第一速段為25Hz加速時(shí)間 2 秒,第二速段為35Hz、第三速段為50 Hz】、步進(jìn)電機(jī)控制回路【設(shè)置參數(shù)：步進(jìn)電機(jī)，第一次動(dòng)作為正向旋轉(zhuǎn)4 圈，脈沖頻400Hz；第二次動(dòng)作為正向旋轉(zhuǎn) 3圈脈沖頻率400Hz；第三次動(dòng)作為反向向旋轉(zhuǎn)6圈，脈沖頻率600Hz：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為4 細(xì)分，電流設(shè)置為1.5A。】組成。競(jìng)賽以電機(jī)旋轉(zhuǎn)“順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正向，逆時(shí)針為反向”為準(zhǔn)。

（1）整個(gè)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過(guò)程應(yīng)采用無(wú)人工干預(yù)的方式，由PLC控制實(shí)現(xiàn)。

（2）整個(gè)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)過(guò)程不考慮任何特殊情況下的如緊急停車(chē)或自動(dòng)恢復(fù)。

（3）使用SB1作為起動(dòng)、SB2停止的控制方式，并有工作狀態(tài)指示。

（4）整個(gè)控制電路（含主回路與控制回路），必須按自己設(shè)計(jì)的圖紙連接實(shí)現(xiàn)。

（5）熱繼電器FR1、FR2的整定電流均為0.4A。

2.工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)。

按下啟動(dòng)按鈕SB1后，M1按降壓?jiǎn)?dòng)模式(星形)正轉(zhuǎn)；4 s后，轉(zhuǎn)入三角形運(yùn)轉(zhuǎn)（為保證轉(zhuǎn)換時(shí)不出現(xiàn)短路，應(yīng)在程序上使KMY轉(zhuǎn)成KM△的時(shí)間間隔為0.2秒）。同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)M3第一次正向旋轉(zhuǎn) 4 圈停車(chē)；停2s后，變頻器所控電機(jī)M2以第二速段正向旋轉(zhuǎn) 6s停車(chē)(時(shí)間包含加速時(shí)間)，第一次動(dòng)作過(guò)程結(jié)束。停 1.5s后，步進(jìn)電機(jī)M3第二次正向旋轉(zhuǎn) 3圈停止；此時(shí)再停 2s 后，變頻器所控電機(jī)M2按第一速段反向旋轉(zhuǎn) 8s停車(chē)，當(dāng)變頻器所控電機(jī)M2停車(chē)的同時(shí)電機(jī)M1停轉(zhuǎn)（在停轉(zhuǎn)前的過(guò)程中電機(jī)M1一直保持三角形運(yùn)轉(zhuǎn)），第二次動(dòng)作過(guò)程結(jié)束。停5s 后，M1按降壓?jiǎn)?dòng)模式(星形)反轉(zhuǎn)；4 s后，轉(zhuǎn)入三角形運(yùn)轉(zhuǎn)（為保證轉(zhuǎn)換時(shí)不出現(xiàn)短路，應(yīng)在程序上使KMY轉(zhuǎn)成KM△的時(shí)間間隔為 0.2秒）。同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)M3第三次反向旋轉(zhuǎn)6圈停止；再停2s后，變頻器所控電機(jī)M2按第三速段正向旋轉(zhuǎn)，按下停止按鈕SB2后，整個(gè)動(dòng)作過(guò)程結(jié)束。

二、不考慮特殊情下系統(tǒng)故障的問(wèn)題

在編程時(shí)考慮例如緊急停止、突然斷電情況下系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，重新啟動(dòng)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)從當(dāng)時(shí)狀態(tài)恢復(fù)并繼續(xù)運(yùn)行、按下復(fù)位按鈕再按啟動(dòng)按鈕系統(tǒng)重新開(kāi)始從頭運(yùn)行。

第四篇：沈陽(yáng)理工大學(xué)plc課設(shè)報(bào)告(步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制)

摘 要

隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，它廣泛用于打印機(jī)、電動(dòng)玩具等消費(fèi)類產(chǎn)品以及數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械等機(jī)電產(chǎn)品中，其在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。研究步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，對(duì)提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換成機(jī)械角位移的一種裝置，每個(gè)脈沖使轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量，輸出角位移與輸入脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖成正比，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比。

步進(jìn)電機(jī)的控制方式簡(jiǎn)單，屬于開(kāi)環(huán)控制，且無(wú)累積定位誤差，有較高的定位精度，而PLC作為一種工業(yè)控制微機(jī)，是實(shí)現(xiàn)電機(jī)一體化的有力工具，因此基于PLC的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)已廣泛用于數(shù)字定位控制中。本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。其中，硬件設(shè)計(jì)主要包括步進(jìn)電機(jī)的工作原理、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)、PLC的輸入輸出特性、PLC的外圍電路設(shè)計(jì)以及PLC與步進(jìn)電機(jī)的連接與匹配等問(wèn)題的實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)包括主程序以及各個(gè)模塊的控制程序，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向及轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制。本系統(tǒng)具有智能性、實(shí)用性及可靠性的特點(diǎn)。

本文主要介紹了西門(mén)子S7-200在步進(jìn)電機(jī)控制方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī)、PLC、西門(mén)子S7-200

目錄

1.概述...........................................................................................................................1 2.硬件設(shè)計(jì).....................................................................................................................2 2.1控制要求..........................................................................................................2 2.2選擇PLC型號(hào)................................................................................................2 2.2.1 I/O點(diǎn)數(shù)的估計(jì)..................................................................................3 2.2.2 用戶存儲(chǔ)器容量的估算.....................................................................3 2.2.3 CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇....................................................................3 2.2.4機(jī)型選擇..............................................................................................4 2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖....................................................................................4 2.4 I/O分配表.......................................................................................................5 2.5 I/O接線圖.......................................................................................................5 3.軟件設(shè)計(jì)....................................................................................................................6 3.1設(shè)計(jì)梯形圖.....................................................................................................6 3.3.1 梯形圖編程語(yǔ)言概述.........................................................................6 3.3.2 梯形圖指令程序................................................................................6 3.2設(shè)計(jì)指令表......................................................................................................8 4.調(diào)試..........................................................................................................................10 5.結(jié)束語(yǔ).......................................................................................................................11 6.參考文獻(xiàn)...................................................................................................................12

I

1.概述

在電氣信息時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還是在日常生活中的家用電器，都大量地使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制變得越來(lái)越重要了。電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)化。

步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其原理是通過(guò)對(duì)它每相線圈中的電流和順序切換來(lái)使電機(jī)作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路由脈沖信號(hào)來(lái)控制，所以調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的頻率便可改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通俗地說(shuō)：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。同時(shí)通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

PLC全稱可編程控制器，是在電器控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成為以微機(jī)處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)控制裝置。隨著PLC性價(jià)比的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷擴(kuò)大。PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)具有良好的控制能力,利用其高速脈沖輸出功能或運(yùn)動(dòng)控制功能,即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。利用PLC控制步進(jìn)電機(jī),其脈沖分配可以由軟件實(shí)現(xiàn),也可由硬件組成。

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1控制要求

在步進(jìn)電機(jī)單元完成本實(shí)驗(yàn)。

使用移位寄存器指令，可以大大簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)。移位寄存器指令所描述的操作過(guò)程如下，若在輸入端輸入一串脈沖信號(hào)，在移位脈沖作用下，脈沖信號(hào)依次移位到各個(gè)寄存器的內(nèi)部繼電器中，并將這些內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出，每個(gè)內(nèi)部繼電器可在不同的時(shí)間內(nèi)得到由輸入端輸入的一串脈沖信號(hào)。

圖2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的模擬實(shí)驗(yàn)面板圖

2.2選擇PLC型號(hào)

選擇合適的機(jī)型是PLC控制系統(tǒng)硬件配置的關(guān)鍵問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)PLC的廠家很多，不同的廠家的PLC場(chǎng)頻隨談基本功能相似，但有些特殊功能、價(jià)格、服務(wù)及使用的編程指令和編程軟件都不同。而同一廠家生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品又有不同的系列，同一系列中又有不同的CPU型號(hào)，不同系列、不同型號(hào)的。因此，如何選擇合適的機(jī)型至關(guān)重要。

PLC的選擇主要應(yīng)從PLC 的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模 2

塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下,力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式,安裝方式的選擇,相應(yīng)的功能要求,響應(yīng)速度要求,系統(tǒng)可靠性的要求,機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。

2.2.1I/O點(diǎn)數(shù)的估計(jì)

I/O點(diǎn)數(shù)是PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo).合理選擇I/O點(diǎn)數(shù)計(jì)可使系統(tǒng)滿足控制要求,又可使系統(tǒng)總投資量最低。PLC的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象所需控制的模擬量、開(kāi)關(guān)量等輸入/輸出設(shè)備情況來(lái)確定，一般一個(gè)輸入/輸出元件要占用一個(gè)輸入/輸出點(diǎn)。考慮到今后的調(diào)整和擴(kuò)充，一般應(yīng)在估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)上再加上20%到30%的備用量。

2.2.2 用戶存儲(chǔ)器容量的估算

PLC常用的內(nèi)存有EPROM、EEPROM和帶鋰電池供電的RAM。一般微型和小型PLC的存儲(chǔ)容量是固定的，介于1-2KB之間。用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、程序結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算。

2.2.3 CPU功能與結(jié)構(gòu)的選擇

PLC的功能日益強(qiáng)大，一般PLC都具有開(kāi)關(guān)量邏

輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理等基本功能，有些PLC還可擴(kuò)展各種特殊功能模塊，如通信模塊、位置控制模塊等，選型時(shí)可考慮以下幾點(diǎn)：

1）功能與任務(wù)相適應(yīng)

2）PLC的處理速度應(yīng)滿足實(shí)時(shí)控制的要求 3）PLC結(jié)構(gòu)合理、機(jī)型統(tǒng)一 4）在線編程合理和離線編程的選擇

2.2.4機(jī)型選擇

綜上所述，可知本次步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制的模擬中PLC型號(hào)選擇：I/O點(diǎn)數(shù)的統(tǒng)計(jì)：輸入1點(diǎn)（SD）；輸出4點(diǎn)（A、B、C、D），控制步進(jìn)電機(jī)。SD為啟動(dòng)按鈕。估計(jì)PLC用戶程序長(zhǎng)度：為I/O點(diǎn)數(shù)的（10-20）倍，選用S7-200 CPU226 CN AC/DC/RLY輸出的PLC即能滿足要求。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程示意圖

圖2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

2.4 I/O分配表

表2.1 I/O分配表

2.5 I/O接線圖

圖2.3 I/O接線圖

3.軟件設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)梯形圖 3.3.1 梯形圖編程語(yǔ)言概述

梯形圖(LAD)是與電氣控制電路圖相呼應(yīng)的圖形語(yǔ)言。它沿用了繼電器、觸點(diǎn)、串并聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和類似的圖形符號(hào)，并簡(jiǎn)化了符號(hào)，還增加了一些功能性的指令。梯形圖是融邏輯操作、控制于一體，面向?qū)ο蟮摹?shí)時(shí)的、圖形化的編程語(yǔ)言。梯形圖信號(hào)流向清楚、簡(jiǎn)單、直觀、易懂，很適合電氣工程人員使用。梯形圖（LAD）在PLC中使用得非常普遍，通常各廠家，各型號(hào)PLC都把它作為第一用戶語(yǔ)言。

3.3.2 梯形圖指令程序

3.2設(shè)計(jì)指令表

指令語(yǔ)句表（STL）使用助記符來(lái)表達(dá)PLC的各種控制功能的。它類似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，但比匯編語(yǔ)言直觀易懂，編程簡(jiǎn)單，因此也是應(yīng)用很廣泛的一種編程語(yǔ)言。這種編程語(yǔ)言可使用簡(jiǎn)易編程器編程，但比較抽象，一般于梯形圖語(yǔ)言配合使用，互為互補(bǔ)。目前，大多數(shù)PLC都有語(yǔ)句表編程功能，但各廠家生產(chǎn)PLC的語(yǔ)句表（STL）所用的助記符互不相同，不能兼容。

Network 1 // 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)題

LD T40 EU SHRB M0.0, M20.0, +4

Network 2 LD M20.4 ON I0.0 R M20.0, 4

Network 3 LD M20.3 ON I0.0 R M0.1, 1

Network 4 LD M20.0 S M0.1, 1 Network 5 LD I0.0 AN M0.1 = M0.0 Network 6 LD I0.0 AN T41 TON T40, +1

Network 7 LD T40 TON T41, +1

Network 8 LD M20.0 = Q0.0

Network 9 LD M20.1 = Q0.1

Network 10 LD M20.2 = Q0.2

Network 11 LD M20.3 = Q0.3

4.調(diào)試

步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)由可編程控制器和步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器組成，控制系統(tǒng)中PLC用來(lái)產(chǎn)生控制脈沖；通過(guò)PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角；同時(shí)通過(guò)編程控制脈沖頻率。

在輸入端輸入一串脈沖信號(hào)（1000），在移位脈沖作用下，此脈沖信號(hào)依次移位（1000-0100-0010-0001-1000-…...）至各個(gè)寄存器的內(nèi)部繼電器（Q0.0-Q0.1-Q0.2-Q0.3-Q0.0-……）中，并將這些內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出（LED燈A亮-B亮-C亮-D亮-A亮-……）。

若將梯形圖網(wǎng)絡(luò)三中復(fù)位指令的指令操作數(shù)M0.1改為M0.2或M0.3，各個(gè)寄存器的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出將發(fā)生改變（1000-0100-0010-0001，即A亮-B亮-C亮-D亮），不會(huì)循環(huán)移位；

若將梯形圖網(wǎng)絡(luò)四中置位指令的指令操作數(shù)M0.1改為M0.2或M0.3，各個(gè)寄存器的內(nèi)部繼電器的狀態(tài)輸出將發(fā)生改變（1000-1100-1110-1111，即A亮-AB亮-ABC亮-ABCD亮），不會(huì)循環(huán)移位。

5.結(jié)束語(yǔ)

這次課程設(shè)計(jì)我不僅把知識(shí)融會(huì)貫通，而且豐富了大腦，同時(shí)在查找資料的過(guò)程中也了解了許多課外知識(shí)，開(kāi)拓了視野，認(rèn)識(shí)了將來(lái)電子的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識(shí)方面和動(dòng)手能力方面有了質(zhì)的飛躍。

課程設(shè)計(jì)是對(duì)學(xué)校所學(xué)知識(shí)的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，對(duì)所學(xué)知識(shí)理論的檢驗(yàn)與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計(jì)者獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力。

在不斷的努力下我的課程設(shè)計(jì)終于完成了。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來(lái)知識(shí)太理論化了，面對(duì)單獨(dú)的課題的是感覺(jué)很茫然。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。

不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺(jué)。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。

總之，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。

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第五篇：PLC在物料搬運(yùn)機(jī)械手控制中的應(yīng)用

引言

機(jī)械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，適用于可變換生產(chǎn)品種的中、小批量自動(dòng)化生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于柔性自動(dòng)線[1>。筆者開(kāi)發(fā)的用于熱處理淬火加工的物料搬運(yùn)機(jī)械手，采用PLC控制，是一種按預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行工件分揀、搬運(yùn)和淬火加工的自動(dòng)化裝置，可部分代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行單調(diào)持久的作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化以及淬火工藝的要求隨時(shí)更改相關(guān)控制參數(shù)。物料搬運(yùn)機(jī)械手結(jié)構(gòu)

如圖1所示，物料搬運(yùn)機(jī)械手為三自由度氣壓式圓柱坐標(biāo)型機(jī)械手，主要由機(jī)座、腰部、水平手臂、垂直手臂、氣爪等部分組成。其中，腰部采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，手臂及氣爪采用氣缸等氣動(dòng)元件。對(duì)應(yīng)的物料分揀裝置由4個(gè)普通氣缸構(gòu)成，用以將不同長(zhǎng)度的工件經(jīng)分揀后送至各自的軌道中，并在軌道終端進(jìn)行淬火加工，加工完畢后再由機(jī)械手抓取、搬運(yùn)和分類堆放。機(jī)械手抓取長(zhǎng)、短工件的順序不是固定的，要視物料分揀裝置的分揀結(jié)果以及長(zhǎng)、短工件哪一個(gè)先到達(dá)軌道終端來(lái)定。但機(jī)械手對(duì)工件的堆放順序卻是固定的，要按照一定的規(guī)律堆放(如圖1中，長(zhǎng)、短工件各放一邊，以4個(gè)為一組進(jìn)行堆放)，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。

圖1 物料搬運(yùn)機(jī)械手裝置結(jié)構(gòu)示意圖 機(jī)械手控制系統(tǒng)組成

由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在機(jī)械手控制中，除了要對(duì)垂直手臂滑塊氣缸、氣爪等普通氣缸進(jìn)行控制外，還要涉及到對(duì)水平手臂氣缸以及機(jī)械手腰部回轉(zhuǎn)的伺服控制。其中，機(jī)械手水平手臂氣缸的伺服控制采用氣動(dòng)比例伺服控制系統(tǒng);機(jī)械手的回轉(zhuǎn)控制則采用三相混和式步進(jìn)電機(jī)及其控制系統(tǒng)。考慮到機(jī)械手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，對(duì)這種混合驅(qū)動(dòng)機(jī)械手采用PLC作為核心控制器，上述各控制對(duì)象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)同工作(如圖2所示)，PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16點(diǎn)輸入、16點(diǎn)輸出)。

圖2 基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)硬件原理圖

步進(jìn)電機(jī)選用深圳白山機(jī)電公司的BS110HB3L142-04型三相混合式步進(jìn)電機(jī)，最大扭矩:12Nm;保持轉(zhuǎn)矩:13.5Nm;額定電流4.2A。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到步進(jìn)電機(jī)的正常運(yùn)行，必須合理選配。為此，我們?nèi)赃x擇白山公司與BS110三相混合式步進(jìn)電機(jī)配套的Q3HB220M等角度恒力矩細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器，定位精度可達(dá)30000步/轉(zhuǎn)。為了確保步進(jìn)電機(jī)控制的穩(wěn)定性、可靠性以及便于日后維護(hù)，我們選擇與FX2N系列PLC配套的脈沖發(fā)生單元FX2N-1PG作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制單元[2>。PLC通過(guò)擴(kuò)展電纜、控制信號(hào)以及FROM/TO指令對(duì)1PG進(jìn)行控制，向1PG發(fā)出定位命令，然后由1PG通過(guò)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出指定數(shù)量的脈沖(最大100KPPS)來(lái)具體執(zhí)行這個(gè)定位命令，從而最終實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的伺服定位控制，既提高了控制的靈活性和可靠性, 又便于控制程序的編寫(xiě)。

在圖2中，F(xiàn)X2N-1PG的FP和RP分別與步進(jìn)電機(jī)的DR-和PU-端子相連，表示輸出脈沖類型分別為前向脈沖和反向脈沖。1PG的DOG端為確定步進(jìn)電機(jī)原點(diǎn)位置時(shí)所用。在調(diào)試時(shí)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接近原點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)通過(guò)此端對(duì)應(yīng)的按鈕接通24V電源，從而使步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始以原點(diǎn)返回速度(爬行速度)轉(zhuǎn)動(dòng)，以便在到達(dá)設(shè)定的原點(diǎn)位置時(shí)方便于PG0端的控制。PG0+和PG0-為步進(jìn)電機(jī)到達(dá)原點(diǎn)位置時(shí)的停轉(zhuǎn)控制信號(hào)，需外加一個(gè)5V電源，正端接PG0+，負(fù)端通過(guò)開(kāi)關(guān)K與PG0-相連。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在DOG信號(hào)的控制下緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)到達(dá)設(shè)定的原點(diǎn)位置時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)或行程開(kāi)關(guān)觸發(fā)PG0+和PG0-，使兩端接通5V電源，于是電機(jī)停轉(zhuǎn)，并將原點(diǎn)位置記錄下來(lái)，存貯在1PG的BFM#26和#27這2個(gè)寄存器中，作為PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)一步控制的基準(zhǔn)和重要參數(shù)。

氣動(dòng)比例伺服控制系統(tǒng)采用德國(guó)Festo公司的相關(guān)產(chǎn)品，主要由HMP坐標(biāo)氣缸、伺服定位控制器SPC200以及與之配套的內(nèi)置位移傳感器MLO-POT-0225、氣動(dòng)伺服閥MPYE-5-1/8-LF-010-B和伺服定位控制連接器SPC-AIF-POT等裝置組成。在圖2的控制系統(tǒng)硬件接線中，主要涉及其中SPC200的DIO數(shù)字量I/O模塊的接線[3>。從該圖中可見(jiàn)，一方面PLC通過(guò)輸出端Y0-Y3控制SPC200的定位指令(Record Select工作方式)記錄號(hào)選取，并通過(guò)Y6啟動(dòng)伺服定位;另一方面SPC200又通過(guò)定位任務(wù)完成信號(hào)Q0.4(MC-A)將定位執(zhí)行情況反饋到PLC的輸入端X12，以便于PLC 的程序控制。

在滑塊氣缸和氣爪上都安裝有磁性開(kāi)關(guān)傳感器，用于檢測(cè)氣缸活塞的位置。通過(guò)這些傳感器的信號(hào)，并結(jié)合步進(jìn)電機(jī)和氣動(dòng)伺服的啟停信號(hào)，在PLC的控制下，就能夠?qū)瑝K氣缸和氣爪對(duì)應(yīng)的電磁閥進(jìn)行控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣缸的動(dòng)作。控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì) 4.1 步進(jìn)電機(jī)初始化控制程序

PLC與1PG間通過(guò)FROM/TO指令進(jìn)行聯(lián)系。通過(guò)TO指令，PLC將控制命令及參數(shù)寫(xiě)入1PG的緩存，而在1PG控制下，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)則由PLC通過(guò)FROM指令讀入，以便程序處理。在圖3所示的部分步進(jìn)電機(jī)初始化程序中，PLC一旦通電運(yùn)行，便在每一個(gè)循環(huán)執(zhí)行周期中將其M0～M15寄存器的內(nèi)容寫(xiě)入1PG的操作命令緩存“BFM#25”中，控制1PG的工作。同時(shí)，PLC還不斷從1PG的“BFM#28”、“BFM#27”和“BFM#26”緩存中讀入步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和當(dāng)前位置值，以便在邏輯控制中通過(guò)對(duì)這些輸入值的處理來(lái)進(jìn)一步控制機(jī)械手的動(dòng)作。

圖3 步進(jìn)電機(jī)初始化控制程序

按設(shè)計(jì)要求，同類型工件每4個(gè)為一組放置，兩種工件各自的堆放順序不能互相干擾。因此，同類型的4個(gè)工件搬運(yùn)為一個(gè)基本循環(huán)，在各自的工件循環(huán)中分別設(shè)置了相應(yīng)的工件計(jì)數(shù)標(biāo)志位。

4.2 機(jī)械手綜合控制程序

綜合前述的步進(jìn)電機(jī)和氣動(dòng)伺服控制技術(shù)，同時(shí)結(jié)合對(duì)垂直手臂滑塊氣缸、氣爪的控制要求, 下面給出機(jī)械手完成一次定位并抓取工件的部分PLC程序(如圖4所示):

圖4 機(jī)械手綜合控制程序

該程序表明:當(dāng)工件分揀加工完畢后，機(jī)械手首先轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度指向取工件位置，待步進(jìn)電機(jī)定位結(jié)束后，垂直手臂滑塊氣缸活塞落下，然后水平手臂氣缸在氣動(dòng)伺服控制下伸出設(shè)定的定位位移。定位位移是由PLC的輸出端子(Y2～Y0)控制SPC200輸入端子(I0.2～I(xiàn)0.0)的狀態(tài)來(lái)決定的，如附表所示，從而實(shí)現(xiàn)了PLC對(duì)氣動(dòng)伺服定位的控制。當(dāng)氣動(dòng)伺服定位結(jié)束后，氣爪動(dòng)作,夾緊工件。后續(xù)的搬運(yùn)和放置工件的控制程序原理與之類似。

附表 PLC輸出端子與SPC200輸入端子接口狀態(tài)對(duì)應(yīng)表結(jié)束語(yǔ)

上述針對(duì)機(jī)械手的控制方法充分利用了PLC和其它控制裝置的特性，結(jié)構(gòu)緊湊、控制可靠，目前在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行良好。作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，它還可以通過(guò)RS-485總線或CC-Link總線與生產(chǎn)線上的其它PLC及控制器組成工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò), 實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的自動(dòng)化生產(chǎn)控制。

參考文獻(xiàn)

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