基于PLC的高速并联机械手控制技术

　　2.2 数据传输

　　在所设计的控制系统中，PLC CPU 要经矩阵运算对3个伺服电机进行轨迹路径点运算，并将计算结果通过Q38B 基板提供给定位模块。定位模块采用三轴线性插补的方式，控制3个伺服电机联动。PLC CPU向定位模块传递位置和速度数据采用如下3种方式：

　　（1） 逐点传输：逐点传递即机械手轨迹规划与运动控制同时进行。PLC CPU 每完成一路径点的位置和速度计算，即将数据传递给定位模块。电池提取位置或放置位置不断变化或者在不确定的场合可使用该方法。此方法对于PLC CPU 的处理速度要求较高。

　　（2） 批量传输：批量传递即机械手准备就绪后，PLC CPU 先对机械手当前运动轨迹的所有路径点进行计算，并将当前路径点的所有数据全部传递给定位模块。传递完成后机械手开始运动。在定位模块执行运动控制的同时，PLC CPU 对机械手的下一次轨迹路径点进行规划。这样轨迹规划可以有效地利用取放电池的工作时间，有效减小了数据传输对机械手运动控制周期的影响，但需要知道机械手下一次的运动轨迹。

　　（3） 选择传输：将机械手抓放电池的起始点坐标和终点坐标通过触摸屏传输给PLC CPU 。PLC CPU计算出所有轨迹的路径点，然后锁存在PLC CPU 中。机械手每次运动前根据上位机传递的电池种类通过PLC CPU 将机械手的运动轨迹传输给定位模块。该方式在机械手运动控制过程中数据传递量小，响应快，但轨迹数量多时需要占用PLC CPU 较大的内存。

　　采用哪种数据传输方式需根据机械手的具体工况，本例中机械手用于对不同电化学性能的电池进行分选，工况为：电池托盘中256个电池（行×列＝16×16）测试完毕后通过上位机将测试数据传输给PLCCPU ，机械手收到当前行电池分类信息后从托盘内提取当前行电池，并快速将每个电池放置在相应的传送螺旋槽中。根据电池分选要求，所有电池分为（1～10）个质量等级。机械手抓取一行16个电池后，第一类要释放的电池有101种可能的运动路径。释放完第一类电池后剩下的电池有9种可能的运动路径。释放完第二类电池后剩下的电池有8种可能的运动路径。以此类推直至一排16个电池全部释放完毕，机械手共有65种可能的路径。考虑到QD75MH4支持的定位控制点数有限，且不能支持间接寻址，故本文中采用了选择传输。

　　依据上述规则，只需将电池的抓取位置坐标和释放位置坐标通过触摸屏输送给CPU 模块。机械手每分选一行电池前先根据电池的种类自动计算轨迹，然后CPU 模块将轨迹点通过传输给QD75MH4，从而控制机械手运动。

3 伺服参数的整定

　　为提高机械手的操作性能，需要根据机械手的负载、速度、可达空间对机械手的伺服参数进行调整。由于机械手末端执行气爪没有检测装置检测其定位误差，因此该系统为半闭环伺服系统。位置环、速度环和电流环均有调节器，也就是比例积分微分调节，调好这3个系数也就有效保证了机械手的操作性能。对于MR － J2S － B 系列伺服放大器，其伺服系统的控制算法都嵌入到放大器的硬件中，故整个系统的伺服参数调整都在放大器中进行。计算机通过MRZJW3－SETUP161E 三菱伺服设定软件以串行通讯的方式写入到放大器中。通过对基本参数、调整参数、扩展参数的分析，对负载惯量比、位置控制增益1和2增益进行了调整。调整后使机械手跟随误差较小，具有良好的刚性而且操作空间没有较大的振动和冲击。

4 结论

　　本文以“Mitsubishi Q02H PLC ＋ QD75MH4定位控制模块＋ 串行口通讯模块QJ71C24N”为核心搭建了高速并联机械手控制系统硬件平台，对并联机械手轨迹规划、数据传输、伺服参数整定等技术进行了深入的研究，得出如下结论： ① 以PLC CPU 、QD75MH4、QJ71C24N 为核心搭建出的机械手硬件平台，具有组态简单、可靠性高的优点，上位机与PLC实时进行通讯并且路径规划与运动控制并行处理，能够满足高速并联机械手实时控制的要求；② 根据机械手具体工况，提出了３ 种不同的轨迹路径点数据传输方式，满足了不同的工作要求；③ 根据机械手的负载、速度、可达空间对机械手的伺服参数进行了调整，使机械手具有良好的操作性能。