機械手是能夠按照給定程序、軌跡與要求模仿人手的部分動作，實現自動抓取、搬運或操作的自動化裝置。并聯機械手在控制的實時性上要求比較高，目前，基于PLC的機械手控制系統由于輸入輸出滯后、算法過于冗雜導致程序掃描周期過長，使得電機控制的實時性不夠。

　　本文主要針對這些問題，設計了基于西門子運動控制器317ＴPLC的控制系統，采用主周期任務控制方式，并精簡控制算法，從而保證了對機械手實時、精確地控制。

1 兩自由度并聯機械手

　　1.1 兩自由度并聯機械手結構

　　兩自由度并聯機械手主要由1對伺服電機、1對主動臂、1對從動臂、2支平衡桿、和1個托盤組成（圖1）。該機械手系統使得靜平臺始終保持與機架固定狀態，當平動盤在平面運動時，主動臂始端連接的伺服電機驅動2條運動鏈，共同完成機械手的運動操作。

圖1 兩自由度機械手結構圖

　　1.2 兩自由度并聯機械手工作原理

　　整個系統由控制器、伺服驅動器、伺服電機、機械臂和其它輔助結構組成。

　　首先要在實際的空間即虛軸（ｘ，ｙ軸）中規劃機械手目標運動軌跡曲線，使用插補指令（直線插補、圓弧插補、多項式插補）在虛軸中實現該目標運動軌跡曲線，插補指令每個時刻的輸出是當前機械手在虛軸中的坐標（ｘ，ｙ），此坐標作為運動學反解算法的輸人，經過運算得出此時機械手的實軸坐標即兩個伺服電機轉角（θ1，θ2），把這兩個角度實時地送往機械臂的兩個電機使其協調同步運行，實現機械手的運動。

2 系統硬件設計

　　兩自由度并聯機械手系統結構如圖2所示，它由工控機，PLC、觸摸屏、伺服驅動器（2個）、同步交流電機（2個）和編碼器（2個）組成。其中工控機和觸摸屏為監控層、用于對機械手運行情況的監控。PLC為控制層，用戶在工控機里編寫程序并下載到PLC中，從而實現PLC對伺服驅動的控制，控制兩個伺服電機的協調同步運行。

圖2 系統結構圖

　　系統控制器選用西門子317Ｔ運動控制CPU，執行位操作工作循環時間僅為0.05μｓ，內置直線、圓弧插補等運動控制功能，能夠實現兩自由度并聯機械手的高速、精確、穩定的控制要求。伺服驅動器選用ＳＩＮＡＭＩＣＳ?。郑叮?，此型號伺服驅動器采用全閉環控制回路，確保精確定位，同時其具有快速電流限制（ＦＣＬ）功能，即使是剛性較低的系統，也可有效抑制加速／減速時的振動。伺服電機選用西門子1ＦＫ7，其具有高功率密度、高動態響應等優點。系統的通信選擇：在317Ｔ控制器與ＰＣ機（用于編寫控制程序并監控）、觸摸屏之間采用ＭＰＩ總線方式進行通信，控制器通過ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ－ＤＲＩＶＥ（運動控制專用總線）總線同伺服驅動器進行連接，伺服電機和伺服驅動器通過專用電纜進行連接。