第 39 2018 卷第 年 04 04 期 月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol.39No.04 Apr. 2018 doi:10.13436/j.mkjx.201804058 基于 PLC 的六轴机械手控制 祁瑞敏 张国栋 ， 郑州工业应用技术学院 机电工程学院 郑州 ， 451100) ( 摘 要 计算和校对 交互界面 ： 设计分析了六轴机械手的基本结构 并结合实际给出了六轴机械手的 ， ， 实践证明 ， ， 关键词 中图分类号 ： 六轴机械手的 六轴机械手 ； PLC； PLC 控制灵活 人机界面 、 PLC 控制 ； 在此基础上以第二关节为例进行了参数的分析 控制 方便 为了更能灵活地监控机械手 ， 人机界面友好 具有一定的应用价值 、 设计了人机 ， ， 。 。 文献标志码 文章编号 ： TP241 Control of Six-axis Manipulator Based on PLC ： A ： 1003 － 0794（2018）04 － 0151 － 02 (College of Mechanical and Electrical Engineering of Zhengzhou University of Industrial Techinology， Zhengzhou 451100， QI Rui-min, ZHANG Guo-dong China) Abstract: Design analyzes the basic structure of the six-axis manipulator，on this basis，the parameters of the second joint are analyzed, calculated and proofed. The PLC control of the six-axis manipulator is given.In order to monitor the manipulator more flexibly，the interactive interface is designed. It has been proved that the PLC control of the six -axis manipulator is flexible，convenient and human - machine interface friendly. It has certain application value. Key words: six-axis manipulator; PLC; control; man-machine interface 引言 六轴机械手是一种新型机械手 0 能代替人类重复性的工作 矿井下的救援机器人 农业等领域都得到了广泛的应用 危险的地方长期工作 ， 如工业用的焊接机器人 援 比如 ， 发展方向 制了六轴机械手 件下很好地完成一些任务 下坚实的基础 基于以上原因 ， ， 、 ， ， ， 。 ， 在工矿企业和 ， 最重要的是能在 比 也能实现救 智能机器人是未来 为核心 控 能在实验条 为以后投入工矿企业打 PLC ， ； 。 ， 本设计以 并且通过上位机监控 喷漆机器人等 。 六轴机械手的组成 六轴机械手主要由 所示 1 图 1 。 个关节组成 。 6 其结构图如 2 5 4 2 3 1 6 7 8 六轴机械手基本结构 关节Ⅲ 4. 7. 关节Ⅳ 8. 关节Ⅵ 5. 关节Ⅰ 图 1 关节Ⅱ 3. 底座 1. 2. 气动手爪 关节Ⅴ 6. 六轴机械手在进行实际控制时 才能得以完成动作 需要有其他系 ， 比如人机交互系 。 六轴机械手的基本 组成如图 所示 ， 。 。 2 统相互配合 统 驱动系统等 、 ， 传 感 系 统 机交互系统 人 - 控制系统 驱动系统 机械结构系统 机械手环境 交互系统 图 2 六轴机械手基本组成 ， 后 度 作灵活 致 ， ， ， 六轴机械手设计 本设计过程中 按要求确定整体臂长 以及到每关节分配的尺寸比例 要点是计算选择好相应外购件 也就是机械手完全伸展长 使六轴机械手动 因为各关节计算方法一 避免运动互相干涉 ， ， ， 。 现以第二关节为例说明整个计算方法 ： 实际上计算过程即为选择减速机和电机过程 ， 以 进而确定相应 通过主要计算静扭矩 便求得此关节运动所需要的最小扭矩 减速比的减速器和电机 加速度扭矩和摩擦阻力矩 并进行惯量比计算匹配 、 ， ， 。 ， 已知第二关节承受重量 负载 重心偏移量 F＝ + 本体 ＝12 kg S＝300 mm 当使用滚动轴承时其摩擦阻力一般可以忽略 要求关节行程范围 要求角速度 θ＝90° 。 v＝ 60 （°）/s 151 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

Vol.39No.04 角加速度 ， 时间三等分 则角加速度 静扭矩 PLC 加速 令在 ： 180° 到达速度 范围内 则加速时间可知为 匀速 ， 、 减速 、 0.75 s， v ω＝π/3×0.75。 T1＝F×9.8×S=36 Nm 加速度扭矩 T2＝FS2ω=1.6 Nm 可知所需总扭矩 T＝T1+T2=37.6 Nm 因此 选择富士 100 W 伺服电机 ， 谐波减速器 ， : XB1-60-150。 校对 伺服电机输出扭矩约为 量 受扭矩 J1＝0.054×10-4 kg·m2 ； 72 Nm； 则伺服电机通过谐波产生扭矩 安全系数 惯量比 48/37.6＝1.28； 谐波减速比 0.32 Nm； i＝150； 电机惯 额定承 0.32×150＝48 Nm； ： 一般是整机体的惯量比与电机惯量及 则可 减速器减速比平方的比值为此关节的惯量比 知此关节惯量比为 ： J＝kg·m2/i2 ／ J1＝5 其余关节按此类推 最大在 为了控制成本 ， ， 即可 。 1.5 经验上安全系数最小为 1.2， 3 六轴机械手的控制 六轴机械手控制的难点是加减速的控制 本设 具体程序控制流程图 ， 计主要采用的是直线加减速 如图 所示 ， 3 。 确定初始长度区间 是 是 结束 计算区间长度 是否为 0？ 否 计算加减速长度 加减速处理 插补计算 判断是否 重合 ？ 第 卷第 期 04 39 并进行数据变量 设备连接 定义 ， I/O 设备 ， （2） 的定义 ； （3） （4） （5） 画面设计 动画连接 ， 联机调试 主要考虑界面友好性 ， 主要采用脚码程序进行编程实现 控制下位机实现监控 ； ； ， 。 主界面 自动 手动 复位 联机 图 4 人机界面结构图 个步骤最终可以得到人 机交互界面 - 通过这 所示 5 5 。 如图 图 5 人机交互界面 结语 5 该设计利用 PLC 进行了理论分析计算 进行了六轴机械手的控制 并 ， 为了能更好地控制六轴机械 ， 设计了人 手 ， - 机交互界面 ， 通过现场调试运行 该 ， 界面友好 ， 且该系统具有一定应用价值 。 参考文献 赵桂清 ［1］ ： ， 单鹏 . 基于 S7-200 机械手的控制 ［J］. 煤矿机械 ，2011，32 （10）：150-152. 黄 伟 玲 基 于 . 气 动 搬 运 机 械 手 设 计 煤 矿 机 械 ［J］. ，2009，30 PLC （10）：20-22. 谢宏 杨鹏 ， ， 陈海 滨 遗 传 优 化 模 糊 融 合 算 法 的 自 由 度 机 5 PID . ［2］ ［3］ 械手控制 电子测量与仪器学报 ，2015，29（1）：21-30. ［J］. 刘树林 ， ． 工业控制计算机 究 ［J］. 基于 的六轴机械手控制 祁瑞敏 等 ， ——— 否 调整长度区间 王勇 ， ［4］ 张润忤 管柱移运液 压 机 械 手 的 控 制 系 统 研 PID 图 直线加减速控制流程图 3 人机界面设计 人机界面的设计使整个系统人性化 4 便于操作 ， 本设计主要采用的人机交互界 ， 界面友好 ， 面是触摸屏 结合实际 ， 具体的结构图如图 所示 4 。 。 具体设计步骤 ： 工程的建立 主要根据设计者的构想进行创建 ， ； （1） ，2013，26(11) : 95-96． 郭忠 ， ［5］ 陈义保 ． 改进的 模 糊 滑 模 控 制 在 机 械 手 上 的 仿 真 研 究 自 （ 然科学与工程版 孙凌宇 ［6］ 田颖 ， 与仿真 ）［J］． 张明路 ， ， 计算机仿真 烟台大学学报 ，2013，26(3):194-199. 等 基于模糊 ． PID 的悬架移动机械手研究 ［J］． 作者简介 ： 研究方向 祁瑞敏 ，2014，31(3):406-409． 河南开封人 女 （1984- ）， , 讲师 , 智能控制与信息处理技术 通讯作者 ， ： ： 工学 ， 研究生 ， 张国栋 . 责任编辑 ： 吕振明 收稿日期 ：2017－12－27 硕士 ， 152 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net