機(jī)械手是能夠按照給定程序、軌跡與要求模仿人手的部分動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取、搬運(yùn)或操作的自動(dòng)化裝置。并聯(lián)機(jī)械手在控制的實(shí)時(shí)性上要求比較高，目前，基于PLC的機(jī)械手控制系統(tǒng)由于輸入輸出滯后、算法過于冗雜導(dǎo)致程序掃描周期過長，使得電機(jī)控制的實(shí)時(shí)性不夠。

　　本文主要針對(duì)這些問題，設(shè)計(jì)了基于西門子運(yùn)動(dòng)控制器317ＴPLC的控制系統(tǒng)，采用主周期任務(wù)控制方式，并精簡控制算法，從而保證了對(duì)機(jī)械手實(shí)時(shí)、精確地控制。

1 兩自由度并聯(lián)機(jī)械手

　　1.1 兩自由度并聯(lián)機(jī)械手結(jié)構(gòu)

　　兩自由度并聯(lián)機(jī)械手主要由1對(duì)伺服電機(jī)、1對(duì)主動(dòng)臂、1對(duì)從動(dòng)臂、2支平衡桿、和1個(gè)托盤組成（圖1）。該機(jī)械手系統(tǒng)使得靜平臺(tái)始終保持與機(jī)架固定狀態(tài)，當(dāng)平動(dòng)盤在平面運(yùn)動(dòng)時(shí)，主動(dòng)臂始端連接的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)2條運(yùn)動(dòng)鏈，共同完成機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)操作。

圖1 兩自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

　　1.2 兩自由度并聯(lián)機(jī)械手工作原理

　　整個(gè)系統(tǒng)由控制器、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、機(jī)械臂和其它輔助結(jié)構(gòu)組成。

　　首先要在實(shí)際的空間即虛軸（ｘ，ｙ軸）中規(guī)劃機(jī)械手目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，使用插補(bǔ)指令（直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、多項(xiàng)式插補(bǔ)）在虛軸中實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，插補(bǔ)指令每個(gè)時(shí)刻的輸出是當(dāng)前機(jī)械手在虛軸中的坐標(biāo)（ｘ，ｙ），此坐標(biāo)作為運(yùn)動(dòng)學(xué)反解算法的輸人，經(jīng)過運(yùn)算得出此時(shí)機(jī)械手的實(shí)軸坐標(biāo)即兩個(gè)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)角（θ1，θ2），把這兩個(gè)角度實(shí)時(shí)地送往機(jī)械臂的兩個(gè)電機(jī)使其協(xié)調(diào)同步運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　兩自由度并聯(lián)機(jī)械手系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由工控機(jī)，PLC、觸摸屏、伺服驅(qū)動(dòng)器（2個(gè)）、同步交流電機(jī)（2個(gè)）和編碼器（2個(gè)）組成。其中工控機(jī)和觸摸屏為監(jiān)控層、用于對(duì)機(jī)械手運(yùn)行情況的監(jiān)控。PLC為控制層，用戶在工控機(jī)里編寫程序并下載到PLC中，從而實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)的控制，控制兩個(gè)伺服電機(jī)的協(xié)調(diào)同步運(yùn)行。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)控制器選用西門子317Ｔ運(yùn)動(dòng)控制CPU，執(zhí)行位操作工作循環(huán)時(shí)間僅為0.05μｓ，內(nèi)置直線、圓弧插補(bǔ)等運(yùn)動(dòng)控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)兩自由度并聯(lián)機(jī)械手的高速、精確、穩(wěn)定的控制要求。伺服驅(qū)動(dòng)器選用ＳＩＮＡＭＩＣＳ?。郑叮埃诵吞?hào)伺服驅(qū)動(dòng)器采用全閉環(huán)控制回路，確保精確定位，同時(shí)其具有快速電流限制（ＦＣＬ）功能，即使是剛性較低的系統(tǒng)，也可有效抑制加速／減速時(shí)的振動(dòng)。伺服電機(jī)選用西門子1ＦＫ7，其具有高功率密度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)的通信選擇：在317Ｔ控制器與ＰＣ機(jī)（用于編寫控制程序并監(jiān)控）、觸摸屏之間采用ＭＰＩ總線方式進(jìn)行通信，控制器通過ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ－ＤＲＩＶＥ（運(yùn)動(dòng)控制專用總線）總線同伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行連接，伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器通過專用電纜進(jìn)行連接。