PLC在针灸机械手控制系统中的应用.pdf

2001年4月基础自动化Apr.2001
第8卷第2期BaSicAutomationVoI.8，No.2
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文章编号：1005-366（22001）02-0029-04

PLC在针灸机械手控制系统中的应用

贺黛芳，马笑潇，甘思源，曹晓莉，汪先矩
（重庆大学自动化学院，重庆400044）

摘要：罗克韦尔公司的MicroIogiX1000系列微型PLC具有较强的功能。本系统使用了PLC内部专用的
旋转编码器输入型高速计数器，实现了针灸机械手的运动控制。系统运行可靠，价格低廉，实用性强。
关键词：针灸机；旋转编码器；高速计数器
中图分类号：TP332.1+2文献标识码：B

以按下相应的点动开关实现点动操作；打到“自
1引言
动”，则由软件控制针灸机完成扎、捻、插、提、拔等
针灸机是机电一体化产品，其自动操作过程全部自动操作过程。患者躺在可活动床上，将穴
是顺序完成的逻辑控制过程。要求进针及捻转动位置于挡板的穴孔处。针头（如2寸毫针）的原点
作平稳、震荡小、扎入穴位速度响应快、进针深度，位置距离挡板穴孔20mm，挤压上限开关使之闭
高度精确。步进电机是一种输出与输入数字脉冲合。自动操作开始时，进给电机以17mm/S的起
对应的增量驱动元件，具有快速启停，精确步进以始速度加速旋转，带动针头垂直向下移动，使针尖
及直接接受数字量的特点，且步距角和转速仅与以最快170mm/S速穿皮，皮下1.0mm处减速，扎
脉冲频率有关，较一般伺服机不易受环境因素的到目标位置（浅部0.5寸）时M1停转，同时触发
影响、维护量小，故系统选用了三相反应式步进电PLC内部软件定时器计时针灸时间并启动捻转电
机作驱动单元。设计中综合考虑步进电机工作于机M2正反捻转运动，进给电机带动针头反复快
开环状态，其启动/停止时可能产生的失步或过插3mm，慢提1mm，逐渐由浅入深，直到针体通过
冲，会直接影响控制精度，除正确选择步进电机和真皮进入组织肌肉部分（深部约1.5寸），M1、M2
驱动电源以外，还在软件上实现了电机升降速度停转。针灸时间一到，启动M1反转快速退针，直
的控制。系统I/0点数不超过32点，故选择使用到上限开关动作，M1停转。操作过程中进给电
集电源、处理器、I/0及通讯接口于一体的机、捻转电机速度-位置关系如图1所示。
MicroIogiX1000系列PLC作为针灸机的控制器。
该PLC具有小型、廉价的特点，而且指令处理速
度快，达0.9k/m（S可靠性很高）。MicroIogiX1000
PLC内有一个高速计数器能够接收来自旋转编码
器的频率达20KHZ的脉冲输入测量值，可计数最
大为170mm/（S丝杆螺距为2mm）的进给速度，满
足了针灸机对控制器的性能要求。本文详细阐述图1针灸机进给/捻转速度-位置关系图
了以MicroIogiX1000PLC为控制器的针灸机PLC
控制系统的构成及控制方案。
3针灸机械手控制系统的组成
2针灸机械手的操作过程
针灸机械手是由PLC、进给电机和捻转电机、
针灸机械手操作方式有两种：自动操作和点进给丝杆、上限开关SO1、下限安全开关SO2、旋转
动操作。将自动/手动切换开关打到“手动”，可编码器和光电开关针头、穴位接触挡板、可移动床

收稿日期：2000-05-09
作者简介：贺黛芳（1971-），女，四川内江人，重庆大学硕士研究生，主要从事自动控制原理与应用等方面的工作。
·30·基础自动化第8卷

组成如图2所示。上限开关SO1闭合是针灸机启速度下，固定移动位移所对应的脉冲值是已知的、
动的一个条件，而下限开关SO2只起安全保护作固定的。实际上，只要给出进针深度的脉冲值，进
用，它的可靠动作接近距离为10.2mm。装于进针深度就可精确设定。上述措施使得进针深度与
给丝杆末端的旋转编码器MD，是将进给丝杆的进下限开关的位置精度及针头的长度无关，从而保证
给转速转换成脉冲数的测速元件。选用分辨率较了进针深度的控制精度。
高的MD，能够有效地将脉冲信号送给高速计数器与旋转编码器相配合的有Micrologix-1000
中进行计数，精确地控制进给位移。光电开关SPHPLC内部软件高速计数器，它可接受频率高达20
安装于针头下方，是针头的检测元件。当SPH检kHz的输入脉冲信号，达到了进给电机短距离快
测到针头时，高速计数器立即切换到高速计数器方速运行的速率测量要求。高速计数器累积计数到
式，开始对脉冲输入进行计数。当累积脉冲数等于高预置值时，将根据用户设置的HSC参数立即触
设定值时，计数器自动复位，进给电机停转。SPH发相应输出设备动作。HSC参数为：输出屏蔽、高
光轴到针灸的针尖底部