針對多關節(jié)工業(yè)機械手的比例和開關控制，以plc作為其控制器，通過無線數(shù)傳模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)遠程無線遙控操作。

　　手持操作器采用16位單片機，對檢測到的按鈕和搖桿操作進行數(shù)據(jù)編碼后通過無線的方式發(fā)送至plc，plc對其解碼后獲得指令實現(xiàn)對機械手各關節(jié)運動的控制。該方案成本低，具有良好的通用性和可擴展性。

　　前言

　　可編程序邏輯控制器（programmablelogiccontroller，plc）是一種適用性強的工業(yè)用控制器，廣泛應用于各類工業(yè)生產(chǎn)線，移動機械設備的控制等環(huán)境較惡劣的工業(yè)場合。其工作性能穩(wěn)定，可擴展性強，應用簡便。根據(jù)不同的模塊配置，可以進行邏輯及算數(shù)運算，對數(shù)字開關量、模擬量等進行控制和采集，同時具有豐富的總線接口形式，可以利用公開的協(xié)議與不同設備構成復雜的系統(tǒng)。在我們所研制的工業(yè)機械手中，各關節(jié)由比例閥或開關閥構成開環(huán)液壓控制回路，實現(xiàn)比例調(diào)速或開關動作，因此我們選用了西門子的s7-200系列plc作為其控制器。[1>[2>

　　在一些環(huán)境復雜的應用場合，尤其是對于移動機械設備，控制系統(tǒng)的布線受到諸多限制，操作人員與控制系統(tǒng)的位置安排不方便。因此，具有高度靈活性的無線遙控操作系統(tǒng)的應用得到了推廣。目前工業(yè)上應用的無線遙控操作系統(tǒng)一般采用無線電數(shù)字傳輸方式。一些芯片廠商如infineon、micrel、rfmonolithics、melexis、cml、atmel等也都推出了各種適應于不同場合和要求的rf芯片[3>。

　　無線數(shù)傳模塊是一種集成式的專用于無線數(shù)據(jù)收發(fā)的模塊，可直接通過數(shù)據(jù)總線與其它控制、采集等模塊連接完成無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能，廣泛應用于工業(yè)遙控、遙測，無線抄表，自動化數(shù)據(jù)采集等場合。具有可靠性高，功耗低，協(xié)議透明使用方便等優(yōu)點。傳輸距離可以達到幾十至上百米，有些甚至可以到上千米的距離。目前很多廠商推出了工業(yè)化、系列化的產(chǎn)品，可以根據(jù)不同的使用場合和要求選擇合適的產(chǎn)品。

　　目前一些廠家推出了專用的基于嵌入式處理器的工業(yè)用無線遙控器，其性能優(yōu)異，集成度高。如hbc、jay等，應用于混凝土泵車、裝載機等場合。但由于其一般針對專用工程設備，不具有較好的通用性及可擴展性，且主要是國外廠家，價格高昂，其應用推廣受到限制。

　　在我們研制的多關節(jié)工業(yè)機械手中，采用plc作為其主控制器，完成對液壓泵站和各關節(jié)液壓閥的開關及比例控制，實現(xiàn)機械手的基本功能。采用無線數(shù)傳模塊通過無線通信方式收發(fā)數(shù)字信號，實現(xiàn)遠程無線遙控功能，所設計的手持遙控器的輸入開關量及模擬量由16位單片機采集并編碼輸出。

　　1.總體方案

　　該機械手用于巷道內(nèi)進行混凝土噴漿作業(yè)，有自動和手動操作兩種模式。自動模式下，plc控制機械手各關節(jié)按程序預定的軌跡運動，調(diào)整機械手末端的方位與角度，使噴漿噴頭按設定軌跡運動，且始終垂直于受噴的巷道面，完成巷道表面的噴漿作業(yè)。手動模式下，由操作員分別采用按鈕和比例搖桿對開關閥和比例閥進行控制，驅(qū)動各關節(jié)運動，控制混凝土噴頭的方位及角度。其中按鈕控制泵站的啟停及開關閥的方向切換，比例搖桿則根據(jù)操作人員的控制，形成一個±10v范圍內(nèi)的模擬量，比例閥根據(jù)模擬量的大小及方向，控制關節(jié)運動速度的大小及方向。

　　在布線方便的情況下，按鈕操作及搖桿操作的開關及比例信號可通過電纜直接輸入到plc的數(shù)字量及模擬量輸入模塊。這種方式結構簡單、成本低、可靠性高，控制系統(tǒng)的硬件設計及軟件編程極為簡化。但在實際工業(yè)現(xiàn)場中，布線受到諸多限制，尤其是對于移動型設備，采用有線控制方式人員操作不夠方便靈活。由于我們研制的機械手需要在軌道上長距離運動，且操作距離較遠，因此必須采用無線遙控操作的方式。為此我們采用無線數(shù)傳模塊作為通信模塊，并設計了基于16位單片機的手持式操作器，改進后的遙控型機械手控制系統(tǒng)總體功能框圖如圖2所示。無線數(shù)傳模塊成對使用，在手持操作器端和機械手本體上的控制系統(tǒng)端各有一塊，分別完成數(shù)據(jù)的無線發(fā)送及接收功能。在控制系統(tǒng)需要的時候，也可以雙向收發(fā)，即同一端的數(shù)傳模塊在數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送功能中切換。此時需要注意，數(shù)傳模塊的發(fā)送與接收功能的切換需要一定的時間。

　　手持操作器根據(jù)操作員對按鈕及搖桿的不同操作，通過io口及ad轉(zhuǎn)換進行采集，采集后的信息進行數(shù)字編碼后形成指令，以ascii碼的形式通過串口發(fā)送到無線數(shù)傳模塊，無線數(shù)傳模塊再將指令以無線方式發(fā)出;機械手上的控制系統(tǒng)的數(shù)傳模塊接收到發(fā)送來的指令編碼后通過串口總線傳送至plc，plc對指令編碼進行解碼，分解出不同的操作指令，然后進行邏輯運算，根據(jù)不同的指令得到不同的需要執(zhí)行的動作，再通過數(shù)字輸出和模擬輸出控制相應的繼電器或閥動作，從而實現(xiàn)對機械手各關節(jié)的遠程無線操作。通過信號電纜連接到plc的按鈕操作輸入及搖桿操作輸入保留在機械手本體上，作為備份或檢修使用。同時，在plc數(shù)字輸入口和手持操作器上均設置遙