基于PLC的六自由度机械臂控制系统研究

《六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真》篇一一、引言六自由度机械臂，以其出色的灵活性、灵活的运动空间以及复杂的运动能力，在现代自动化工业和高端科技领域有着广泛的应用。

本篇论文旨在介绍一种六自由度机械臂控制系统的设计与运动学仿真。

通过详细阐述系统设计、控制策略以及运动学仿真结果，为六自由度机械臂的研发与应用提供理论依据和实验支持。

二、系统设计1. 硬件设计六自由度机械臂控制系统硬件主要包括机械臂本体、驱动器、传感器和控制单元等部分。

其中，机械臂本体采用串联式结构设计，通过六个关节的协调运动实现六自由度。

驱动器选用高性能直流无刷电机，并配备高精度减速器以提高控制精度。

传感器包括位置传感器、力传感器等，用于实时监测机械臂的状态和外部环境信息。

控制单元采用高性能微处理器，负责接收传感器信息、处理控制指令并输出控制信号。

2. 软件设计软件设计主要包括控制系统算法设计和人机交互界面设计。

控制系统算法包括运动规划、轨迹跟踪、姿态调整等模块，通过优化算法提高机械臂的运动性能和控制精度。

人机交互界面采用图形化界面设计，方便用户进行操作和监控。

三、控制策略1. 运动规划运动规划是六自由度机械臂控制系统的重要组成部分，主要任务是根据任务需求规划出合理的运动轨迹。

本系统采用基于规划的方法，通过预设的运动路径和速度参数，使机械臂按照规划的轨迹进行运动。

同时，采用动态规划算法对机械臂的运动进行实时调整，以适应外部环境的变化。

2. 轨迹跟踪轨迹跟踪是六自由度机械臂控制系统的核心部分，主要任务是使机械臂在运动过程中始终保持正确的姿态和位置。

本系统采用基于PID控制算法的轨迹跟踪策略，通过实时调整控制信号，使机械臂能够准确、快速地跟踪预设的轨迹。

同时，针对机械臂在运动过程中可能出现的扰动和误差，采用鲁棒性较强的控制策略进行优化。

四、运动学仿真为验证六自由度机械臂控制系统的设计效果和运动性能，我们进行了运动学仿真实验。

通过建立三维模型，模拟机械臂在不同任务下的运动过程，并分析其运动轨迹、姿态调整和速度变化等关键参数。

六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真摘要：近年来，随着工业自动化的快速发展，机械臂在生产制造领域的应用越来越广泛。

作为工业机器人的重要组成部分，机械臂的控制系统设计和运动学仿真成为了研究和应用的热点。

本文围绕六自由度机械臂的控制系统设计和运动学仿真展开研究，通过对机械臂的结构、动力学模型和运动学原理的分析，设计了一套完整的机械臂控制系统，并进行了运动学仿真验证实验。

研究结果表明，该控制系统能够实现六自由度机械臂的准确控制和精确运动。

关键词：六自由度机械臂，控制系统，运动学仿真，结构分析，动力学分析1. 引言机械臂是一种能够替代人工完成各种物体抓取、搬运和加工任务的重要设备。

随着工业自动化程度的提高和生产效率的要求，机械臂在生产制造行业中的应用越来越广泛。

机械臂的控制系统设计和运动学仿真成为了研究和应用的热点，尤其是六自由度机械臂。

六自由度机械臂具有较大的运动自由度，在复杂任务中具有更强的工作能力和适应性。

因此，研究六自由度机械臂的控制系统设计和运动学仿真对于改善机械臂的性能和应用具有重要意义。

2. 机械臂结构分析六自由度机械臂的结构由底座、第一至第六关节组成。

底座作为机械臂的固定支撑，通过第一关节与机械臂连接。

第一至第四关节形成了前臂部分，决定了机械臂的悬臂长度。

第五关节和第六关节分别为腕部和手部，负责完成机械臂的末端操作。

结构分析可以为后续的动力学和运动学建模提供基础。

3. 动力学模型机械臂的动力学模型是基于牛顿第二定律和欧拉定理建立的。

通过考虑机械臂各关节的质量、惯性和振动特性，可以对机械臂的力学性能进行描述。

动力学模型的建立是机械臂控制系统设计的重要基础。

4. 运动学原理机械臂的运动学原理研究机械臂的位置、速度和加速度之间的关系。

通过运动学原理可以确定机械臂的姿态和末端位置，实现机械臂的准确定位和精确控制。

运动学原理是机械臂控制系统设计和运动学仿真的重要内容。

六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真摘要：机械臂在现代工业自动化领域中扮演着重要的角色。

为了更好地应对复杂的工业任务，提高生产效率和精度，本文设计了一套六自由度机械臂控制系统，并利用运动学仿真进行了验证。

文章首先介绍了机械臂的概念及其应用领域，然后详细介绍了六自由度机械臂的结构、运动学原理以及控制系统设计方案。

最后，通过运动学仿真实验验证了设计方案的可行性和稳定性，为进一步进行实际应用提供了有力支持。

一、引言机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机械装置，广泛应用于工业制造、物流配送、医疗辅助等领域。

随着自动化技术的发展，机械臂正在不断发展和完善。

其中，六自由度机械臂由于其结构灵活、多功能和高精度的特点，成为研究和应用较多的一种类型。

二、六自由度机械臂结构与运动学原理六自由度机械臂由机械臂底座、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和末端执行器组成。

每个关节都有一个自由度，使得机械臂可以在六个方向上进行运动。

机械臂的运动是通过电机控制与驱动的。

机械臂的运动学原理是通过求解机械臂的位置、速度和加速度，来实现机械臂的运动控制。

机械臂的位置可以通过关节角度得到，而关节角度可以通过编码器和传感器实时获取。

机械臂的速度和加速度可以通过微分、反向运动学求解得到。

利用运动学原理，可以在给定任务下控制机械臂的精准运动。

三、六自由度机械臂控制系统设计方案本文设计的机械臂控制系统采用了嵌入式控制器进行控制。

主要原因是嵌入式控制器具有体积小、功耗低、响应速度快等优点，能够满足机械臂控制系统的需求。

控制系统主要包括关节驱动模块、通信模块、控制算法和人机交互界面。

其中，关节驱动模块用于控制机械臂的运动，通信模块用于与上位机进行数据传输，控制算法用于实现机械臂的运动控制，人机交互界面用于操作和监控机械臂的运动状态。

四、运动学仿真实验与结果分析为了验证设计方案的可行性和稳定性，本文进行了运动学仿真实验。

二、关键技术研究
1、控制系统设计与实现
控制系统是六自由度机械臂的核心，直接决定了机械臂的运动性能。常见的控 制系统有基于PC的控制系统、嵌入式控制系统和实时操作系统等。控制系统需 要设计数学模型，并根据数学模型选择合适的控制算法，如PID控制、模糊控 制和神经网络控制等。
2、数据采集与处理技术
近年来，机器学习技术在六自由度机械臂的应用逐渐增多，通过训练机械臂执 行各种任务，可以实现对机械臂的智能控制。例如，采用深度学习算法训练机 械臂抓取物品的位置和姿态，从而实现自动化抓取和搬运。此外，机器学习还 可以用于机械臂的路径规划和运动优化等方面，提高机械臂的工作效率和运动 性能。
三、实验与结果分析
实验与结果分析验证了所设计的六自由度机械臂系统在某些方面具有优越的性 能表现，同时也揭示了未来研究方向和需其关键技术的有效性，需要进行实验设计 与实施。实验应包括自由度数目的选择、运动区域的设定等内容，并要呈现实 验结果和数据分析。例如，可以通过对比实验，分别测试不同自由度数目的机 械臂在速度、精度和稳定性等方面的性能表现。实验结果应包括运动轨迹的展 示和误差分析等，并对实验结果进行总结。
数据采集与处理技术是提高机械臂运动性能的重要手段。通过采集机械臂各关 节的位置、速度和加速度等信息，经过数据处理和反馈控制，可以实现对机械 臂运动的精确控制。数据采集通常采用编码器、陀螺仪和加速度计等传感器， 数据处理则包括数据滤波、补偿和优化等步骤，以提高数据的准确性和可靠性。
3、基于机器学习的运动规划与 智能控制
根据实验结果，可以分析出本研究的优点和不足之处。例如，实验结果显示采 用六个自由度的机械臂具有较高的运动精度和稳定性，但在某些动作的执行上 可能需要更多的时间。此外，实验结果还可能揭示控制系统设计和数据处理技 术对机械臂性能的影响，为未来研究提供参考和改进方向。

Science and Technology & Innovation ┃科技与创新・123・文章编号：2095－6835（2016）23－0123－02一种六自由度机械臂的控制系统设计肖 海（广州明珞软控信息技术有限公司，广东 广州 510000）摘 要：机械臂是机器人最主要的执行机构，具有时变、强耦合、非线性等特点。

因此，对六自由度机械臂控制系统设计问题的研究十分重要。

以六自由度机械臂为研究对象，采用PLC （可编程序控制器）设计其控制系统，并进行了实现分析，以保证六自由度机械臂能够高效、平稳的运行。

关键词：机械臂；控制系统；适应性；PLC 控制系统中图分类号：TP241；TP273 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2016.23.123 1 六自由度机械臂研究发展简析六自由度机械臂就是多自由度机械臂，具有高速、灵活等特点，在工业生产等已知环境中扮演着非常重要的角色。

它属于典型的强耦合多输入/输出的非线性系统。

从目前情况看，对机械臂轨迹快速跟踪控制的研究比较多，但许多重点还未被突破，面临诸多问题。

具体而言，对机械臂建模和机械臂控制系统的研究是十分关键的。

2 六自由度机械臂结构与PLC 控制系统 2.1 六自由度机械臂结构六自由度机械臂是以六关节串联形成的结构，其关节传动是用绝对编码器电机和精密谐波减速器实现的。

小臂位置会装设相应的摄像头和气动工具，这些都是其非常关键的外部设备接口，且提供相应的电气接口。

另外，用户也能进行相应的功能扩展。

机械臂控制大多集成了PC 技术、图像技术和逻辑控制等，其间还采用专业运动控制技术、VME 运动控制器，其性能可靠、稳定且速度快、精度高。

2.2 PLC 控制系统PLC 控制被应用于各大领域，此类控制系统适应性强，且极具抗干扰能力，应用便捷、简单。

该控制系统应用于机械中意义重大。

比如用于中央空调的PLC 系统，它可实现数据显示、控制和连锁，同时，可以保护整个空调系统的运行安全，数据显示功能可以有效显示空调冷水出入口和冷却水出入口的温度，还能显示其蒸汽阀门开度和溶液泵等数据。

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2017.36.081基于PLC的机械手臂控制系统设计的研究应帅(吉安职业技术学院 江西吉安 343000)摘要：机械手臂为目前常用的一种先进工业技术装置，其在较多的工业生产制造中应用较多。

为了实现对机械手臂按要求进行动作控制，本文通过对机械手臂工作过程特点以及控制要求进行分析，利用PLC技术提出了一种基于PLC的机械手臂控制系统设计的研究。

利用PLC作为电气控制的核心对整个机械手臂的控制系统硬件进行了设计,从电气控制系统的设计等方面进行介绍，为后续机械手臂的控制系统设计提供了有利的参考。

关键词：机械手臂 PLC 控制系统 先进工业技术装置中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2017)12(c)-0081-02科学技术突飞猛进的发展给人们的生活带来了极大的改善，为人们的生产劳动带来了重大的变革。

随着国民经济的不断发展以及人们生活质量的不断提升，人们对工业制造的要求也越来越高。

近些年，在电气电子技术以及机械技术飞速发展的带动下，工业制造加快了向自动化、绿色环保化等方向转型。

机械手臂是工业自动控制领域出现的一项新技术。

机械手臂作为目前常用的一种先进工业技术装置，由于具有体积小、绿色环保无污染、动作灵敏等特点，是当下高新技术发展的热点之一，成为了现代工业制造生产过程中的一个重要成分，深受广大制造厂家的喜爱[1-2]。

目前机械手臂被广泛用于货物装箱流水线、机械加工、锻造、货物搬运等多种多样的自动化工业生产中。

通过应用机械手臂不仅可以减轻企业的生产劳动成本，降低劳动者的工作强度，而且还能有效提高产品的生产效率，提高生产作业中的安全保障。

尤其是在温度异常、具有易燃易爆、具有毒害气体以及放射性物质的环境下，通过机械手臂来替代人工操作就凸显出了非凡的意义。

本文通过对机械手臂的特点进行分析，采用PLC技术提出了一种基于PLC的机械手臂控制系统设计的研究。

基于PLC的机械臂控制系统设计简介本文档旨在介绍基于PLC（可编程逻辑控制器）的机械臂控制系统设计。

机械臂控制系统是一种自动化系统，用于控制机械臂的运动和操作。

系统设计1. 系统架构机械臂控制系统由以下几个主要模块组成：- PLC控制器：用于执行各种控制逻辑和算法。

- 电机驱动器：通过驱动机械臂的电机实现运动控制。

- 传感器：用于感知和获取机械臂当前的位置和状态信息。

- 人机界面（HMI）：提供用户与系统交互的界面，用于监控和控制机械臂。

2. 系统功能机械臂控制系统的主要功能包括但不限于：- 运动控制：通过控制电机实现机械臂的准确运动和定位。

- 位置检测：利用传感器获取机械臂当前的位置信息。

- 动作规划：根据用户输入或预设规则，规划机械臂的动作序列。

- 任务执行：根据规划好的动作序列，控制机械臂执行特定任务。

- 故障诊断和报警：监测系统状态，检测故障并及时报警。

3. 系统优势基于PLC的机械臂控制系统设计具有以下优势：- 稳定可靠：PLC控制器具有高度可靠性和稳定性，适用于工业环境。

- 可编程性：PLC支持各种编程语言，可以根据实际需求进行自定义编程。

- 灵活性：可以根据不同的应用需求进行系统配置和定制化开发。

- 扩展性：系统可支持并行控制多个机械臂，以实现更复杂的任务。

- 易于维护：模块化设计和标准化接口使系统维护更加简单和方便。

总结基于PLC的机械臂控制系统设计是一种稳定可靠、灵活可编程的自动化系统。

通过合理的系统架构和功能设计，可以实现机械臂的高效、准确的运动控制和任务执行。

该系统设计具有广泛的应用前景，在工业自动化领域有着重要的地位和作用。

以上为本文档的概要内容，请参考详细内容进行具体系统设计。

六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真一、本文概述随着机器人技术的快速发展，六自由度机械臂作为一种重要的机器人执行机构，在工业自动化、航空航天、医疗手术等领域得到了广泛应用。

六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真研究对于提高机械臂的运动性能、优化控制策略以及实现高精度操作具有重要意义。

本文旨在深入探讨六自由度机械臂控制系统的设计原理与实现方法，并通过运动学仿真验证控制系统的有效性和可靠性。

本文将首先介绍六自由度机械臂的基本结构和运动学原理，包括机械臂的正运动学和逆运动学分析。

在此基础上，详细阐述六自由度机械臂控制系统的总体设计方案，包括硬件平台的选择、控制算法的设计以及传感器的配置等。

接着，本文将重点介绍控制系统的核心算法，如路径规划、轨迹跟踪、力控制等，并分析这些算法在六自由度机械臂运动控制中的应用。

为了验证控制系统的性能，本文将进行运动学仿真实验。

通过构建六自由度机械臂的运动学模型，模拟机械臂在不同工作环境下的运动过程，并分析控制系统的实时响应、运动精度以及稳定性等指标。

本文将总结六自由度机械臂控制系统设计与运动学仿真的研究成果，并展望未来的研究方向和应用前景。

通过本文的研究，旨在为六自由度机械臂控制系统的设计与优化提供理论支持和实践指导，推动机器人技术在各领域的广泛应用和发展。

二、六自由度机械臂基本理论六自由度机械臂，又称6DOF机械臂，是现代机器人技术中的重要组成部分。

其理论基础涉及机构学、运动学、动力学以及控制理论等多个领域。

六自由度机械臂之所以得名，是因为其末端执行器（如手爪、工具等）可以在三维空间中实现六个方向上的独立运动，包括三个平移运动（沿、Y、Z轴的移动）和三个旋转运动（绕、Y、Z轴的转动）。

机构学基础：六自由度机械臂的机构设计是其功能实现的前提。

通常，它由多个连杆和关节组成，每个关节都有一个或多个自由度。

通过合理设计连杆的长度和关节的配置，可以实现末端执行器在所需空间内的灵活运动。

K e （ j） i∑ j=0 Ui = Ki × IL
k
k
K i ∑ e（ ） j 〈 Ki × IL
j=0 k
（ 2）
K i ∑ e （ j） K i × I L
j=0
改进的 PID 控制算法可表示为： u（ k） = K p e（ k） + U i + K d［ e（ k） － e（ k － 1 ） ］ （ 3） 由于 LM629 规划的速度是梯形图曲线， 在加速与减速阶 段加速度恒定， 保证了起始点与终止点速度的平滑过渡 。 在 运动过程中， 当存在速度扰动时， 由 PID 实现补偿控制使其 平均速度稳定在期望速度值 。 设计的控制系统硬件实物如图 4 所示。
由主处理器向 LM629 发送 PID 控 在控制系统运行时， 制参数以及速度、 加速度与目标位置值， 每个采样周期都用 这些参数计算电机下一时刻的位置参数并送入求和点， 作为 内部运算处理器的给定点； 由光电编码器反馈的电机实际位 置输出信号经过 LM629 四倍频后， 使分辨率提高。光电编码 器反馈信号作为求和点的另一个输入与给定值相减， 得到的 误差值 e k 作为数字 PID 校正环节的输入。主处理器可以在 任何时刻读取 LM629 的运动状态， 并根据实际需要调整相应 的控制参数以实现期望控制 。LM629 控制电机在运行时， 除 了加速度参数外， 所有参数值均可以随机改变 。 LM629 内部有数字 PID 控制器， 极大的简化了控制系统 的设计。LM629 内部采用增量式 PID 控制算法， 控制器将当 前的运行的轨迹的目标位置与当前的实际位置比较产生偏 Ki ， K d 确定 k 次采样时 差信号 e（ k） ； LM629 根据 e（ k） 与 K p ， 刻的控制量 u k ：

对六自由度机械臂智能控制系统设计分析关于六自由度机械臂的智能控制系统来说，主要的研究工作就是為了能够促进机械臂根据相关操作人员的命令指示实现各种规定动作，为此需要科学规划机械臂的轨迹动作，随后在其中的所有关节轴位置通过科学控制方式让机械臂实现预期动作。

而控制算法则是让机械臂保持准、平滑动作的重要步骤。

控制算法设计过程中通常是以运动学模型为基础，本文以六自由度机械臂动力模型为基础进行了设计与研究。

一、六自由度机械臂控制系统的算法设计1.建立模型如图1所示，六自由度机械臂中的机械结构主要包括六种自由度，是一种三维开环链式的结构，自下而上可以分成旋转臂、富养臂和基座等部分构成，而机械臂中的这些结构又由六种不同的旋转关节作为连接体，也就是腕部回转、腕部偏转、腕部俯仰、肘部仰俯、肩部仰俯和肩部回转等。

通过对上述六种状态进行全面准确控制，就能够让机械臂在相应的工作环境内实现自由的状态变化。

图1 机械臂模型针对上述文中提到的六种关节运动模式，参考D-H原则和右手规则，建立起运动坐标系，随后结合机械臂内部互相连接的杆件之间所拥有的一种空间几何联系，建立起针对六自由度机械臂运行过程的方程式，从而能够将机械尾端位置和机械关节坐标之间的联系性准确展示出来，其中比较常见的就是逆运动学模式。

同时自动化的机械臂控制器还能以逆运动学理论为基础，在设计完美运动轨迹的过程中，让机械臂内部各种关节能够实现目标角度值，随后在通过合理调整关机位置，对机械臂进行科学控制。

在建立机械臂构型后，还应该明确相应的运动学参数。

在六自由度机械臂中，本文主要通过D-H规则来科学选定运动参数，并通过齐次方程对六自由度机械臂中的连杆在坐标系中的几何关系进行确定。

利用齐次矩阵对相邻连杆之间的几何联系通过齐次矩阵进行准确描述，随后就可以推理出机械臂在参考坐标系中的末端位置。

2.规划算法规划轨迹属于一种能够控制六自由度机械臂整个运动状态的重要步骤，在各种形式不同的运动方式下，需要使用合理的轨迹规划算法，从而了解到恰当的轨迹曲线属于一项较为简便的规范轨迹算法。

六自由度教学机器手臂控制系统的研究的开题报告一、研究背景和意义随着机器人技术的不断发展，机器人在现代工业中的应用越来越广泛。

教学机器人手臂作为一种基础教学用机器，已经成为很多学校和企业的必备工具。

然而，如何控制教学机器人手臂并进行精准编程是值得探究的研究方向。

六自由度教学机器人手臂控制系统作为其中的一种，具有更加灵活的运动能力，因此在工业生产中应用价值高，同时在教学中也具有重要意义。

二、主要研究内容本文将对六自由度教学机器人手臂控制系统进行研究。

主要研究内容包括以下方面：1. 教学机器人手臂主要特点和基本结构介绍，通过图形化编程软件的介绍，详细分析教学机器人手臂的各个部分的结构和特点。

2. 研究机器人手臂的控制方式。

包括机器人手臂运动的控制，与外部设备的通信和数据传输。

分析分别使用基于c语言的单片机控制和基于pc机的控制的优劣并进行比较。

3. 建立六自由度教学机器人手臂的动力学模型。

教学机器人手臂的动力学模型是机器人的核心，研究建立动力学模型能更好地实现机器人的控制。

4. 模式识别算法的应用。

介绍机器手臂的视觉识别技术，利用深度学习算法进行目标检测并进行机械手臂的动作控制。

三、研究目标和意义本研究旨在研究六自由度教学机器人手臂控制系统，通过对教学机器人手臂的结构和机械原理的解析，实现机器人手臂运动控制、目标检测和动力学模型等多个方面的研究。

研究成果将完善教学机器人手臂的应用，帮助其在教学中发挥更好的效果，助力产业生产的智能化发展。

同时，研究成果对于应用机器人手臂解决人类实际问题具有重要意义。

四、研究方法和预期结果本文将采用理论分析和实验研究相结合的研究方法。

通过理论分析，研究机器人手臂运动的算法和动力学模型等方面的内容。

实验研究方面，通过实验操作验证算法和模型的正确性和可行性。

预期结果包括：建立六自由度教学机器人手臂的模型，实现机器人动作控制和目标识别，以及控制系统的搭建，成功实现教学机器人手臂的自主控制。

《如及乡悅乡報》2021年第2期工程科技基于单片机的六自由度机械手臂控制系统设计陈心怡学张春雨2朱丽华1(1.池州职业技术学院，安徽池州247000; 2•安徽科技学院，安徽滁州239000)摘要:机械手臂在工业生产中的自主识别、精准判断和快速响应能力，体现了加工过程的自动化程度和智能化水平，文章提出了基于TK-A66自由度机械手臂和LD1501-MG 数字舵机,STC89C52单片机为核心 的工业机械臂控制系统的设计。

运用运动学模型和TM 算法，对机械臂手臂的运动速度和轨迹进行控 制设计，在控制程序设计中利用微分插补法生成多路舵机PWM 速度控制信号，通过在Protues 软件中 仿真调试,完成了对机械臂的控制功能遥关键词:单片机;机械臂;6自由度机械臂;舵机中图分类号:TP241 文献标识码:A 文章编号：1672-0547(2021)02-0106-004一、弓I 言机械臂也称工业机器人，是以运动作为控制对象 的智能控制装备，主要由手臂、舵机、抓手等组成叫机 器人手臂的张开、夹紧等系列动作由电动机驱动，并 准确地反馈到可编程逻辑控制器。

在工业生产中控 制机械臂完成我们所需要的夹取和分拣动作，本项 目便是围绕六自由度机械臂控制系统展开的。

通常 一个52系列的单片机包含有FLASH R0M 、RAM 、3 个16位的定时器/计数器和1个UART 等，它具有性 能可靠、性价比高等特点。

在工业生产中，往往需要 机械手臂完成一些相对复杂的控制运动，机械手臂 系统中一个单片机远远不够，仍需要TK-A66自由 度机械手臂、1501 数字舵机等控制机械臂的运动。

本文就是用单片机作为核心控制器,LD1501- MG 数字舵机作为TK-A66自由度机械手臂的运动控 制单元，结合制成的6自由度机械臂的控制系统。

系 统采用单片机芯片STC89C52作为主控制器，A/D 转 换采用以双积分方式运行的ICL7135,利用定时计数 器的计数功能，测量外部电压,省去很多处部电路罠 单片机通过产生PWM 信号控制机械臂的舵机，从而图1机械臂模型控制6自由度的机械手臂。

一种六自由度机械臂的控制系统设计作者：肖海来源：《科技与创新》2016年第23期摘要：机械臂是机器人最主要的执行机构，具有时变、强耦合、非线性等特点。

因此，对六自由度机械臂控制系统设计问题的研究十分重要。

以六自由度机械臂为研究对象，采用PLC（可编程序控制器）设计其控制系统，并进行了实现分析，以保证六自由度机械臂能够高效、平稳的运行。

关键词：机械臂；控制系统；适应性；PLC控制系统中图分类号：TP241；TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.23.1231 六自由度机械臂研究发展简析六自由度机械臂就是多自由度机械臂，具有高速、灵活等特点，在工业生产等已知环境中扮演着非常重要的角色。

它属于典型的强耦合多输入/输出的非线性系统。

从目前情况看，对机械臂轨迹快速跟踪控制的研究比较多，但许多重点还未被突破，面临诸多问题。

具体而言，对机械臂建模和机械臂控制系统的研究是十分关键的。

2 六自由度机械臂结构与PLC控制系统2.1 六自由度机械臂结构六自由度机械臂是以六关节串联形成的结构，其关节传动是用绝对编码器电机和精密谐波减速器实现的。

小臂位置会装设相应的摄像头和气动工具，这些都是其非常关键的外部设备接口，且提供相应的电气接口。

另外，用户也能进行相应的功能扩展。

机械臂控制大多集成了PC技术、图像技术和逻辑控制等，其间还采用专业运动控制技术、VME运动控制器，其性能可靠、稳定且速度快、精度高。

2.2 PLC控制系统PLC控制被应用于各大领域，此类控制系统适应性强，且极具抗干扰能力，应用便捷、简单。

该控制系统应用于机械中意义重大。

比如用于中央空调的PLC系统，它可实现数据显示、控制和连锁，同时，可以保护整个空调系统的运行安全，数据显示功能可以有效显示空调冷水出入口和冷却水出入口的温度，还能显示其蒸汽阀门开度和溶液泵等数据。

应用这个系统，可以帮助人们及时发现设备中存在的问题。

牡丹江师范学院本科学生课程设计指导书题目基于PLC的六轴机械手控制系统设计班级2010工业电气指导教师白龙牡丹江师范学院2013 年5月30日电气控制与PLC课程设计指导书课程名称：基于PLC的六轴机械手控制系统设计学时数：2周学分数：3.5（本门课程）开课院、系（部）、教研室：工学院电气工程及其自动化教研室执笔人：白龙编写时间：2014.5.30一、设计目的（1）掌握六轴机械手控制的工作时序和继电器控制电路。

（2）掌握经验法设计梯形图的一般方法。

二、设计任务设计基于PLC的六轴机械手控制系统的继电器控制电路和梯形图。

三、基本内容与要求（1）设计I/O及内存表；（2）设计工作时序图；（3）设计继电器控制电路；（4）设计梯形图。

四、设计资料及有关规定1.设计过程可参考教材P317第九章。

2.PLC采用欧姆龙公司的CP1H。

五、设计成果要求设计论文六、物资准备1.到图书馆和相关网站查阅相关资料。

2.到可编程控制器实验室了解实验设备。

七、主要图式、表式各继电器控制电路和梯形图要求用绘图软件画出。

八、时间安排2014.6.1 设计动员，发放设计任务书2014.6.2-2014.6.3 查阅资料、拟定设计程序和进度计划2014.6.4-2014.6.10 确定设计方案、实验、编写设计说明书2014.6.11-2014.6.13 完成设计，交指导教师审阅2014.6.14 成绩评定九、考核内容与方式考核的内容包括：学习态度；技术水平与实际能力；论文(计算书、图纸)撰写质量；创新性；采取审定与答辩相结合的方式，成绩评定按百分制记分。

十、参考书目1.谢克明，《可编程控制器原理与程序设计》，电子工业出版社。

2.钟肇新，《可编程控制器原理及应用》，华南理工大学出版社。

3.王兆义，《可编程控制器教程》，机械工业出版社。

六自由度机械臂控制系统简介六自由度机械臂是一种具有六个关节的机械臂，可在三维空间内进行各种姿态变化和运动。

六自由度机械臂控制系统是通过控制每个关节的运动来实现机械臂的准确定位和运动轨迹规划。

本文将介绍六自由度机械臂控制系统的基本原理和主要组成部分。

基本原理六自由度机械臂的运动是通过对每个关节施加力矩来实现的。

每个关节都由一个电机驱动，通过控制电机的转动来改变机械臂的姿态和位置。

六自由度机械臂的控制系统需要能够接收外部指令并将其转化为对各个关节电机的控制信号。

控制系统组成部分控制器控制器是六自由度机械臂控制系统的核心组件。

它负责接收外部指令并将其转化为对各个关节电机的控制信号。

常见的控制器有单片机、PLC和工控机等。

控制器还需要具备实时性和高精度的要求，以确保机械臂的准确控制。

编码器编码器是用于测量关节位置和角度的装置。

它能够将关节的运动转化为数字信号，并传输给控制器进行处理。

通过编码器的信息，控制器可以准确地控制每个关节的位置和运动。

驱动系统驱动系统由电机和驱动器组成，负责提供足够的力矩和速度来驱动机械臂的运动。

电机和驱动器的选择要根据机械臂的负载和运动要求进行匹配，以确保系统的稳定性和可靠性。

传感器传感器用于监测机械臂的状态和环境变化。

常见的传感器有力矩传感器、位移传感器和光电传感器等。

它们能够实时监测机械臂的力矩、位置和光线等信息，并将其反馈给控制器进行调整。

通信模块通信模块用于与外部设备进行数据交换和通信。

通过通信模块，机械臂可以与计算机、传感器和其他外部设备进行连接，实现数据的传输和共享。

常见的通信模块包括以太网、串口和CAN等。

控制系统工作流程六自由度机械臂控制系统的工作流程如下：1.外部指令输入：通过控制器的输入接口，将外部指令输入到控制器中。

2.指令解析：控制器对外部指令进行解析和处理，确定机械臂的目标位置和运动轨迹。

3.运动规划：控制器根据目标位置和运动轨迹，通过算法进行运动规划，确定每个关节的运动参数。

简述基于PLC的六轴机械手控制摘要：本文通过对六轴机械手的控制系统、驱动系统以及程序设计等方面进行了综合全面的分析，并利用基恩士PLC作为控制系统核心，利用伺服电机驱动的操作方式，实现在应用过程中能够对工件进行灵活的抓取搬送，有效地提升了六轴机械手的操作和控制水平。

关键词：PLC；六轴机械手；触摸屏；控制系统；CC_Link随着工业生产智能化水平的不断提高，六轴机械手的应用范围也在不断扩大。

六轴机械手在应用过程中能够有效的替代人工来完成重复性操作的工作，有效的降低了在恶劣的工作环境下人工工作的压力。

六轴机械手的应用能够有效的提升工作效率，降低人工成本和劳动强度，更重要的是能够有效地提升企业的生产效率，保证人身安全的同时，也实现了自动化操作的目的。

一、六轴机械手系统组成及控制要求（一）六轴机械手系统组成六轴机械手设计的主要目的是为了能够更加高效的抓取、搬运工件，整体结构设计是由三部分组成，其中包括执行机构、控制系统以及驱动机构。

在实际操作运行过程中控制系统负责发出信号，驱动机构接收信号，驱动机构再将发出的指令传递到执行机构，从而实现具体的控制命令和要求。

执行机构主要由三个部分组成，分别是底座、臂以及夹具。

控制系统主要是以PLC为核心，利用程序的编写和修改等方式来达到对机械手运行动作的实际控制；驱动机构在运行过程中是利用伺服电机驱动方式，六轴机械手在运行过程中需要严格按照具体的流程和步骤进行动作。

（二）六轴机械手控制要求六轴机械手在实际运行过程中能够高效地模拟人的手臂完成工作内容。

在实际应用过程中利用六轴机械手能够实现工件抓取、搬运的操作，其中1、2、3、4轴是通过伺服电机带动轴承实现转动的，而5、6轴则是通过伺服电机带动皮带实现转动的。

每个轴的伺服电机都有机械上的旋转范围，1轴伺服电机旋转范围为：±170°，2轴伺服电机旋转范围为：-100°~+135°，3轴伺服电机旋转范围为：-209°~+76°，4轴伺服电机旋转范围为：±190°，5轴伺服电机旋转范围为：±120°，6轴伺服电机旋转范围为：±360°，当接近旋转范围极限时，六轴机械手会发生报警。

基于PLC的六自由度机械臂控制系统研究摘要：如今的工厂生产对于机械臂的依赖程度越来越大，由于机械臂能够通过对人体手臂的结构以及工作方式进行模拟，因此机械臂的发展对于生产生活的今后发展具有十分重要的作用。

六自由度机械臂是对人体优化程序学更高度模拟的一种机械臂结构，因此其在工厂生产中的应用也十分常见，但是相比于传统的机械臂结构，六自由度机械臂具有更加困难的操控步骤，因此导致其控制系统的开发也在不断进步。

本文主要基于PLC六自由度机械臂控制系统的研究，对机械臂的操控提出了控制系统的调整模式，以期能够为今后六自由度机械臂更好的应用做出微薄贡献。

关键词：PLC；控制系统；六自由度目前六自由度机械臂的操控方法已经受到了有关人员高度的关注，本文作者经过多年工作经验的总结，发现六自由度机械臂的控制系统依旧有着不小的提升空间，因此其控制系统依旧有着较大的提升空间。

在本次对机械臂的总结过程中，本文作者发现PLC控制系统对于提升六自由度机械臂的操控性具有较好的作用，因此本文重点对PLC控制系统与六自由度机械臂的结合策略进行分析和讨论。

一、六自由度机械臂结构分析一般来说，六自由度的机械臂主要结构就是其整个臂展长度的六个转弯出，通过并排连接的模式，使整个机械臂能够体现出人手臂的关节特征，确保其在工作过程中的精准和高效率程度[1]。

在如今的机械臂发展过程中，为了能够保证机械臂的运行速度和销量，一般都会在机械臂的小臂位置装上气压设施，同时设施会通过接口与外部的设备进行连接，使六自由度机械臂能够更好的保障运行平稳程度。

从六自由度机械臂的结构可以看出，该设施虽然结构的原理比较简单，但是由于其具有较高的人体优化程序学仿真程度，因此该机械臂的操控体系也应该受到管理人员的重视[2]。

二、PLC控制系统分析及概述PLC控制系统在如今的社会上已经有了较为广泛的应用，由于该系统在各类生产设备的应用方面都比较强大，同时在抗干扰性方面首屈一指，因此PLC控制系统应用在目前来看相当广泛[3]。