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步进电动机控制技术主要包括步进电动机的速度控制、步进电动机的加减速控制，以及步进电动机的微型计算机控制等。
控制步进电动机的运行速度，实际上就是控制系统发出时钟脉冲的频率或者换相的周期。系统可用两种办法来确定时钟脉冲的周期，一种是软件延时，另一种是用定时器。软件延时的方法是通过调用延时子程序的方法来实现的，它占用CPU时间。定时器方法是通过设置定时时间常数的方法来实现的。
对于点位控制系统，从起点至终点的运行速度都有一定要求。如果要求运行的速度小于系统的极限启动频率，则系统可以按照要求的速度直接启动，运行至终点后可以立即停发脉冲串而令其停止。系统在这样的运行方式下，步进电动机的速度可认为是恒定的。但在一般情况下，系统的极限启动频率是比较低的，而要求的运行速度往往较高。如果系统以要求的速度直接启动，因为该速度超过极限启动频率而不能正常启动，可能发生丢步或不能运行的情况。
系统运行后，如果到达终点时突然停发脉冲串，令其立即停止，则因为系统的惯性原因，会发生冲过终点的现象，使点位控制发生偏差。因此在点位控制过程中，运行速度都需要有一个加速→恒速→减速→（低恒速）→停止的过程，如图3-1所示。各种系统在工作过程中，都要求加减速过程时间尽量短，而恒速时间尽量长。特别是在要求快速响应的工作中，从起点至终点运行的时间要求最短，这就必须要求加速、减速的过程最短，而恒速时的速度最高。
图3-1 点位控制的加减速过程
加速规律一般可有两种选择：一是按照直线规律加速，二是按指数规律加速。按直线规律加速时加速度为恒值，因此要求步进电动机产生的转矩为恒值。从电动机本身的矩频特性来看，在转速不是很高的范围内，输出的转矩可基本认为恒定。但实际上电动机转速升高时，输出转矩将有所下降，如按指数规律升速，加速度是逐渐下降的，接近电动机输出转矩随转速变化的规律。用微型计算机对步进电动机进行加减速控制，实际上就是改变输出时钟脉冲的时间间隔。加速时使脉冲串逐渐加密，减速时使脉冲串逐渐稀疏，微型计算机用定时器中断方式来控制电动机变速时，实际上就是不断改变定时器装载值的大小。一般用离散办法来逼近理想的升降速曲线。为了减少每步计算装载值的时间，系统设计时就把各离散点速度所需的装载值固化在系统的EPROM中，系统运行中用查表方法查出所需的装载值，从而大大减少占用CPU的时间，提高了系统的反应速度。
步进电动机的工作过程一般由控制器控制，控制器按照设计者的要求完成一定的控制过程，使功率放大电路按照要求的规律，驱动步进电动机运行。简单的控制过程可以用各种逻辑电路来实现，但其缺点是线路复杂、控制方案改变困难。微处理器的问世给步进电动机控制器的设计开辟了新的途径。各种单片机的迅速发展和普及，为设计功能很强且价格低廉的步进电动机控制器提供了条件。使用微型计算机对步进电动机进行控制有串行和并行两种方式。
①串行控制 具有串行控制功能的单片机系统与步进电动机驱动电源之间有较少的连线，将信号送入步进电动机驱动电源的环型分配器（在这种系统中，驱动电源必须含有环型分配器）。
②并行控制 用微型计算机系统的数个端口直接去控制步进电动机各相驱动电路的方法，称为并行控制。在电动机驱动电源内，不包括环型分配器，而其功能必须由微型计算机系统完成。由系统实现脉冲分配器的功能有两种方法：一种是纯软件方法，即完全用软件来实现相序的分配，直接输出各相导通或截止的信号；另一种是软、硬件相结合的方法，在这种方法中，微型计算机系统向接口输入简单形式的代码数据，而后接口输出步进电动机各相导通或截止的信号。
步进电动机具有惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。步进电动机是低速大扭矩设备，传输更短，有更高的可靠性，更高的效率，更小的间隙和更低的成本。正是这一特点，使得步进电动机适用于机器人，因为大多数机器人运动是短距离要求高加速度达到低点的循环周期。步进电动机功率-重量比高于直流电动机。大多数机器人运动是不是长距离高速（因此高功率），但通常包括短距离的停止和启动。在低转速高扭矩工况步进电动机是理想的机器人驱动器。
机器人选用步进电动机具有以下优点：
①对于同等性能机器人采用步进电动机更便宜。
②步进电动机是无刷电动机，有更长的使用寿命。
③作为数字电动机，可以准确地定位。
④驱动模块不是线性放大器，这意味着更少的散热片，更高的效率，更高的可靠性。
⑤驱动模块比线性放大器比较便宜。
⑥没有昂贵的伺服控制的电子元器件，因为信号直接从MPU起源。
⑦软件故障安全。主控板问题步进脉冲。如果该软件无法工作或崩溃，电动机停止。
⑧电子驱动器故障安全。如遇驱动放大器故障的电动机锁固，将无法运行。当伺服驱动器发生故障的电动机仍然可以运行，可能在全速运转。
⑨速度控制精确和可重复的（晶体控制）。
⑩如果需要，步进电动机的运行可极为缓慢。
KTV休闲娱乐是娱乐活动之一，如何能实现自动点歌、自动选取消费品及美食等是目前设计要解决的问题。
自助机器人是在KTV活动中心解决这个问题的重要装置，控制装置可以选用PLC或者单片机来实现，操作装置主要是遥控器。消费者根据自己的喜好可以随意按动遥控器上的按钮就可以选中自己中意的菜单和美食。这样的一次投入对于经营者来说，既可以节省周而复始的人员成本，又可以使消费者参与和享受自助服务，更便于管理。自助机器人的出现，对于现代服务理念将是一个全新的挑战。
自助机器人是由小车系统来担负本身的运动和转向（在这里用小车比用环顾休闲吧台的流水线式的移动桌更省空间并具有更强的自主性；小车机构做成圆台形方便各个方向干涉）；在自助机器人的小车上装载有升降台装置，专门负责机器手的垂直位移以满足消费者对各个位置高度不同的消费菜单的选择；自助机器人的机械手装在升降装置的前上方，专门负责抓取或点击目标菜单。自主机器人的电气控制单元主要控制机器人的纵横向移动及转位移动，升降装置带动装置本身和手臂来完成垂直运动，机器人的手臂靠电动机驱动相同齿数和模数的对啮合齿轮来驱动角位移，如果要实现点击目标只需要一个机械手臂操作就可以了，旋转动作可以实现屏蔽。为了防止在KTV里消费者在不使用机器人或者在跳舞时因机器人在脚旁对消费者造成伤害，自助机器人做成圆台形，一方面消费者碰到它会沿着圆台旋转而不撞伤消费者，二是在圆台的6个方向均安装红外线测距传感器，当消费者距离自助机器人接近300mm时机器人上的蜂鸣装置发出有节奏的音乐或者发出有节奏的亮光提醒，同时自助机器人可以在传感器接通的方向驱动机器人沿着反方向移动（也就是消费者的前进方向）。整个自助机器人的操作是由步进电动机拖动，它总共有4个轴8个位移方向，消费者点击遥控按钮，PLC接收信号，然后PLC驱动步进电动机驱动器，驱动器驱动步进电动机按消费者的目标移动；整个控制过程的系统结构如图3-2所示，系统硬件部分由遥控器、PLC控制器、驱动器、步进电动机、蓄电池等组成。操作面板实现对自助机器人的操作功能；控制器PLC发出脉冲、方向信号，通过驱动器控制步进电动机的运行状态。
自助机器人的电气控制单元就是负责将图3-2各单元逻辑接口连接，这样消费者在点击自助机器人驱动按钮时或者传感器接收到位移信号后，机器人能按控制要求进行位移。为便于操作者远程控制和娱乐，驱动按钮安装在迷你遥控器上，遥控接收器收到信号后立即传给PLC的输入接口，PLC驱动驱动器继而驱动电动机，自助机器人变“活”了。
图3-2 系统控制原理图
步进电动机的主要作用是将接收到的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环执行元器件（如果是闭环系统，机器人的位移将更精确，但是价格将会更高）。自助机器人所能承载的食品或者菜单都是标准规格的，一般情况下不用考虑超载问题，故电动机的转速高低、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，也就是说，给电动机加一个脉冲信号，电动机则转过一个最小步距角。因脉冲信号与电动机角位移的线性关系，步进电动机只有周期性的误差并且没有累积误差。脉冲信号的频率决定电动机的速度，使得自助机器人在速度、位置等控制环节用步进电动机来控制变得非常简单。
可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是一种工业控制计算机，具有模块化结构、配置灵活、高速的处理速度、精确的数据处理能力、多种控制功能、网络技术和优越的性价比等性能，能充分适应工业环境。与单片机相比，PLC程序简单易懂，操作方便，可靠性高，编程容易和PLC故障诊断也很容易等特点从而是目前广泛应用的控制装置之一。PLC对步进电动机也具有良好的控制能力，尤其是利用其高速脉冲输出功能或运动控制功能对步进电动机的控制，也就是说PLC可实现对步进电动机的运动进行控制。利用PLC控制步进电动机，其脉冲分配既可以由软件实现，也可由硬件组成。
对利用PLC的KTV自助机器人控制系统的研究和对步进电动机的控制原理以及PLC控制系统的硬件和软件设计机理。
1）步进电动机的控制原理及特性
①步进电动机的控制原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行单元。步进电动机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置驱动，这就是步进电动机驱动器，控制系统每发出一个脉冲信号，通过驱动器就能驱动步进电动机按设定的方向转动一个同定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以步距角一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。通过改变通电顺序，可以实现改变电动机旋转方向的目的。步进电动机可以作为一种控制用的特种电动机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。
步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的驱动器如图3-3所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图3-3中点画线所包围的2个单元可以用微型计算机控制来实现。驱动单元必须与驱动器直接耦合（防电磁干扰），也可理解成微型计算机控制器的功率接口。
图3-3 步进电动机驱动器工作原理图
②步进电动机的特点
a.一般步进电动机的精度为步距角的3%～5%，且不累积，所以具有良好的跟随特性。
b.步进电动机的外表所能承受的最高温度范围。步进电动机温度过高首先会使电动机的磁性材料退磁，从而导致驱动力矩下降乃至于失步，因此电动机外表允许的最高温度应取决于不同电动机磁性材料的退磁点，一般来讲，步进电动机外表温度在80～90℃时完全正常。
c.步进电动机的驱动力矩会随转速的升高而下降。当步进电动机转动时，电动机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电动机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
d.步进电动机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有沉闷的声响。步进电动机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电动机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电动机则不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如图3-4所示为步进电动机脉冲频率的变化规律。
③步进电动机脉冲频率的变化规律 系统设计中采用的步进电动机为0.9°步距角二相步进电动机。步进电动机在启动和停止时有一个加速及减速过程，且加速度越小则冲击越小，动作越平稳，所以步进电动机的工作一般要经历以下的变化过程：加速→恒速（高速）→减速→恒速（低速）→停止。因步进电动机的转速与脉冲频率成正比，所以输入步进电动机的脉冲频率也要经历一个类似的变化过程，其变化规律如图3-4所示。可见在步进电动机启动时要使脉冲升频，停车时使脉冲降频。
图3-4 步进电动机脉冲频率的变化规律
由于步进电动机驱动器在输入脉冲200Hz时处于振荡区内，容易损坏内部的元器件，而在200Hz以下时运转速度较低，效率较低，故一般采用350Hz作为脉冲的低频起点。经测试，轻载时高频脉冲可达到6.8kHz。
2）步进电动机PLC控制系统的硬件设计
步进电动机：步进电动机有步距角、静力矩、电流三大要素。根据负载的控制精度要求选择步距角大小，根据负载的大小确定静力矩，静力矩一经确定根据电动机矩频特性曲线来判断电动机的电流。一旦三大要素确定，步进电动机的型号便确定下来了。本系统使用的是南京步进电动机厂的35BYG系列的步进电动机，其转矩比较高。
驱动器：遵循先选电动机后选驱动的原则，电动机的相数、电流大小是驱动器选择的决定性因素；在选型中，还要根据PLC输出信号的极性来决定驱动器输入信号是共阳极或共阴极。为了改善电动机的运行性能和提高控制精度，通常通过选择带细分功能的驱动器来实现，口前驱动器的细分等级有8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可达256倍。在实际应用中，应根据控制要求和步进电动机的特性选择合适的细分倍数，以达到更高的速度和更大的高速转矩，使电动机的运转精度更高，振动更小。经比较选用的是南京步进电机厂的HSM系列的步进电动机驱动器。
PLC：在对PLC选型前，应根据下式计算系统的脉冲当量、脉冲频率上限和最大脉冲数量。
根据脉冲频率可以确定PLC高速脉冲输出时的频率，根据脉冲数量可以确定PLC的位宽。运用PLC控制步进电动机时，应该保证PLC具有高速脉冲输出功能，通过选择具有高速脉冲输出功能或专用运动控制功能的模块来实现。设计中，根据选型原则和功能要求，采用的步进电动机为0.9°步距角的二相步进电动机；因为考虑到是用在机器人小车上，所有部件都需要跟车移动，所以整体选用两块12V蓄电池，PLC工作电源选用24V DC，用的是信捷XC3-14的PLC两个（因有4个步进电动机，而每个XC3-14只有2个高速脉冲输出）。
遥控器选择：机器人控制需要8个方向再加电源控制，选择HBGY801八方向（八点动型）+8个控制点，轻型遥控器。电源由空气开关手动启动。
硬件连接：按照系统控制要求，系统I/O硬件连接如图3-5所示（部分内容）。
图3-5 系统I/O连接图（部分）
3）步进电动机PLC控制系统的软件设计图
步进电动机控制程序可以采用梯形图或者指令表等进行编制，控制程序在上位机中编制、调试和编译后，即可下载到PLC中。
如图3-6所示为一个电动机控制梯形图（部分）：Y0口输出脉冲信号，Y1和Y2为方向和脱机信号。DPLSF为32位可变频的形式产生连续脉冲的指令，STOP为脉冲停止指令。设计时先用西门子S7-200 PLC编程调试，成功后改用无锡信捷的PLC。
图3-6 步进电动机控制梯形图
利用PLC可方便地实现对步进电动机的方向和位置进行控制，可靠地实现各种步进电动机的操作，完成机器人的各种复杂动作。步进电动机以其显著的特点，在自动化时代发挥着重大的用途。伴随着自动化控制技术的发展、传感器技术的发展以及步进电动机本身技术的提高，步进电动机将会在更多的领域中得到应用。利用PLC技术可以对家庭、办公室、音乐机器人、自动搜救机器人以及工业控制中各种自动、半自动技术发展起到促进作用，也进一步展现了PLC技术对现代服务业的有力支持和广阔应用。
苹果树的高度在3～5m，有的甚至更高，苹果采摘就成了广大果农面临的难题。目前全国苹果采摘方式还是比较落后的传统采摘方式，存在效率低、劳动强度大、劳动力成本高、安全性差等缺点，这种现状极大地制约了苹果产业化、商品化的发展。本项目构建了基于PLC的苹果采摘机控制系统，为实现苹果采摘的全自动化控制提供了参考。
1）总体结构
苹果采摘机器人由机械执行系统和控制系统2个部分组成。机械执行系统的总体结构如图3-7所示，主要包括末端执行器、采摘机械大臂和小臂、移动平台和横向滑移机构等。采摘机电源为采摘移动提供动力，并且为控制部分供电，步进电动机调节各杆臂的高度，同时步进电动机2还能够实现方向调节。
图3-7 机械执行系统的总体结构
2）果实特点与采摘要求
一般苹果成熟，果实体型比较大，并且果实成圆形。根据苹果的形状，可以把摘取苹果的机械手设计成两半的半圆形卡盘。半圆形卡盘以苹果的外形圆形曲线为基础，作用是夹紧果实，方便后面的电动刀切割苹果的果柄，同时在一定程度上保护果实，防止出现伤疤。因为苹果的表皮薄脆，所以苹果采摘机对苹果进行抓取时，对末端执行器的抓持力的控制要求很高，因此在半圆形卡盘中加入了US5100系列压力传感器，以对抓持力进行精确的控制，这样在保护果实的同时也达到了夹紧的目的。
3）方案选择
①人为手工类采摘法 完全依靠果农进行手工采摘，无论是从果实的完整性上，还是优质果实的选择上都是最好的。但是由于果树比较高，每棵果树在采摘时都需要搭建人工扶梯，搭建人工扶梯不仅浪费时间，而且安全性也不高，需要的劳动量比较大，不适合大规模的生产。从生产成本方面来讲人为手工采摘也不适合现代农业的发展需求。
②机械类旋转采摘法 在卡盘夹紧苹果后，卡盘旋转使苹果的果柄在旋转扭力的作用下扭断，从而达到摘取的目的。这种采摘方法具有简单、方便的特点，但是由于果实在成熟后比较软，枝干的柔韧性也相对较好，在使用旋转法采摘时会出现果实与枝干都被旋转下来的情况，有时还可能对果实的完整性造成破坏，造成了这种旋转采摘法的局限性。
③机械类直接下拉法 用卡盘夹紧果实后，卡盘直接下拉，利用下拉力使果实与枝干分离。这种方法相对比较快捷、高效，但是可能破坏果实的完整性，同时也可能使枝干折断，无论是从后期运输及储藏角度还是果树损伤角度来讲都是不太适宜的。
④机械类气吸采法 直接使用可吸气的采摘机，利用吸气产生的拉力吸取果实。这种方法高效、快捷、简单，但是存在着破坏果实的完整性、损伤果树枝叶等问题。这些对果实后期运输及储藏都是不利的，同时对果树的生长也有不利影响。
⑤机械类刀具采摘法 用卡盘夹紧果实后，利用卡盘上自带的机械刀具对果柄进行切割，使之与枝干分离，刀具在没有夹紧时位于卡盘的夹层中（图3-8），这样可以保护果实不被破坏，保证了果实的完整性，同时使用刀具切割果柄对果树的伤害也降到了最小。这种方法不仅保证了果实的完整性，也提高了工作效率，具有高效、快捷、简单、安全等特点。
图3-8 卡盘内部结构
果实的完整性决定着果实的后期价值，因此对比以上4种机械类采摘方法，刀具采摘法是效果最佳的方法。
4）控制系统的工作原理
由PLC控制采摘机器人的一系列动作。卡盘的圆形曲线形状是根据苹果的形状设计而成的，2个半圆形卡盘之间的足够间隔分别由2个电动机控制，用来夹紧苹果。在卡盘内部有US5100系列压力传感器，当果实被夹紧时的力达到预设值，压力传感器给PLC发出信号，PLC控制电动机停止转动。此时PLC控制内部刀具出刀切割果柄，切割完成后收刀，同时物料收集装置移动到卡盘的正下方，卡盘松开，苹果因重力作用自然下落进入物料收集装置的柔性网，通过柔性网减速缓冲使苹果慢慢进入存果箱中。为了防止果柄没有切割下来，在物料收集装置的网口加入一个VRK-760开关量传感器（图3-9），当果实下落经过网口传感器后，采摘机才会对下个果实进行切割，如果在设定时间内没有收到果实已经切割下来的信号，卡盘会对原果实进行再次夹紧，并且再次切割，直到采摘下来为止。
图3-9 物料收集装置接收网口
①PLC型号的选择及I/O地址分配 通过分析控制系统的工作原理，得到采摘机器人系统共需要8个输入端子，7个输出端子。因此选用S7-200 CPU224 PLC研制了一套符合采摘机器人操作要求的PLC控制装置，充分利用PLC的资源，提高操作的安全性和效率性。
S7-200 CPU224 PLC有14输入端子，10输出端子，因此既满足系统的使用要求，又利于以后的升级改造。
根据设定的控制方案及设备要求，建立现场控制元器件与PLC编程元器件的I/O地址分配关系如下：
I0.0：调节步进电动机到摘取指定点，卡盘开始工作，准备夹紧。
I0.1：限位行程开关1，表示卡盘已经张开到一定角度。
I0.2：US5100系列的压力传感器，表示卡盘已经夹紧苹果，可以进行采摘。
I0.3：限位行程开关2，用来控制内部刀具的伸出长度。
I0.4：限位行程开关3，用来控制内部刀具在进行切割时左右到达的位置。
I0.5：限位行程开关4，用来控制在内部刀具收回到达指定位置时柔性网前伸。
I0.6：限位行程开关5，用来控制在柔性网前伸到达指定位置时，卡盘松开，果实下落。
I0.7：VRK-760开关量传感器，用来检测果实是否被摘下，如果摘下，则进行下一个采摘。
Q0.0：卡盘张开。
Q0.1：卡盘夹紧。
Q0.2：出内部刀具。
Q0.3：收内部刀具。
Q0.4：内部刀具切割。
Q0.5：柔性网前伸。
Q0.6：柔性网收回。
②PLC外部接线端子 根据I/O地址分配关系，得到如图3-10所示的系统外部接线端子图。
图3-10 系统外部接线端子图
③软件设计 根据控制要求，得到如图3-11所示的程序设计流程。
图3-11 程序设计流程
本系统采用晶体管输出型S7-200 CPU224CN PLC，可同时输出两路脉冲到步进电动机驱动器，控制步进电动机的运行，它具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的命令，可以近乎完美地满足小规模的控制要求。
PLC控制步进电动机驱动系统原理如图3-12所示。
图3-12中脉冲信号发生电路用以产生步进脉冲信号，其频率按步进电动机进给速度的要求设计，步进量采用步进脉冲计数法进行控制，具体做法就是PLC的调整脉冲输入端和调整脉冲计数器对进给脉冲计数，按脉冲的个数控制进给量。采用硬件脉冲信号发生电路，工作频率较高，可在数控装置中做多轴插补控制，亦可方便地用于各种机械装置的驱动。
图3-12 系统原理
PLC控制器与步进电动机驱动器工作原理如图3-13所示。驱动器电源由面板上电源模块提供，注意正负极性，驱动器信号端采用+24V供电，需加1.5kΩ限流电阻。驱动器输入端为低电平有效。
图3-13 PLC控制器与步进电动机驱动器工作原理
控制要求：实现把放在 A 地的物体拿到 B 地。并实现对机械手各个动作的顺序控制。机械手传送工件系统如图3-14所示。
图3-14 机械手传送工件系统
以机械手复位点为原点 O （0，0，0），建立坐标系，单位为mm，如图3-15所示。 A 地的坐标是（80，50，0）， B 地的坐标为（80，50，30）。根据控制要求，逻辑流程可以分为15个部分。系统启动时，程序运行复位，各映像寄存器清零，气夹、基座、 X 轴、 Y 轴复位。各部位复位完成后，延时2s。当有工件放在工作台 A 上时，启动条件允许，则机械手横轴开始前伸80mm。当前伸到位时，停止前伸，机械手气夹旋转，旋转到位后，手张开（Q1.0为0）。然后机械手竖轴下降，下降50mm时，停止下降。
图3-15 机械手坐标系
这时手开始夹紧工件（Q1.0为0），同时启动延时0.5s（可以取T40）。待T40时间到，竖轴开始上升50mm，上升到位时，停止上升。机械手横轴开始缩回80mm，当到后位时，停止缩回。这时基座开始旋转，并产生一个 V pp 为24V的方波信号，每旋转30编码器发出一个脉冲，用于机械手的定位控制。旋转到位后，横轴开始前伸80mm，当前伸到位后，停止前伸。手开始旋转。旋转到位后，竖轴开始下降50mm，当下降到低位时，停止下降。机械手在低位时开始松开工件，同时启动延时0.5s定时器（T40）。待延时时间到，竖轴又开始上升。并通过程序，实现机械手软件复位。机械手等待工作台A再一次有物块时，进行下一周期操作。
根据机械手的控制要求，可以总结出基本的程序流程如图3-16所示。
图3-16 程序流程
①横轴、竖轴的定位控制 通过高速脉冲输出指令PTO，产生脉冲串，来控制步进电动机。通过设定控制字、周期、脉冲数，可以实现横轴和竖轴的定位控制。本设计中，取周期为500μs，频率为2000Hz。细分倍数设定为8，也就是说1600步数/圈，步距角为0.225°。螺距为5mm，传动速比约为1。根据控制要求，横轴移动80mm，竖轴移动50mm。
要实现基座定位的精确控制，需要首先构建闭环控制系统模型，并对基座定位系统的执行机构进行输出监控。在使用PLC作为主控单元的控制系统中，可以利用PLC的高速计数功能读取和电动机同步的光电码盘发出的高速脉冲信号，并对之进行计数，根据预定脉冲数和实际脉冲数的情况，具有高速脉冲输出功能的PLC，可向步进电动机发出应脉冲，从而实现电动机的闭环控制。PLC的高速计数模块在加减计数器中，可进行多个设定值区域的多段设定，进行计数时，计数值和设定值比较，在允许中断的状态下，当设定值和计数值一致时，则中断当前处理转去执行中断程序，中断程序执行完，则返回被中断处继续往下执行。
本设计中，基座每旋转3°，码盘发出一个脉冲。根据控制要求，基座旋转60°，所以可以用加计数器C1，进行计数，当计到20时，基座停止旋转。
②机械手各动作的顺序控制 S7-200 PLC中设置了256个顺序控制继电器（SCR），通过顺序控制指令来编制顺序控制程序。
编制顺序控制程序的步骤：
a.编制每一个顺序控制程序时，首先应启动相关的特殊标志位和状态位。在同一程序中，各程序的状态位不能相同。
b.每一个顺序控制程序都是以LSCR开始，启动状态位。以SCRT进行状态转换，结束前一个程序步，启动后一个程序步，则以SCRE结束。
c.在程序开始，使输出位置位。
本设计采用状态继电器编程。状态继电器是专门为顺序控制设计提供的，在编制顺序控制程序时应与步进指令一起使用。要使用状态继电器编程必须把握两个关键词，即状态和转移条件。所谓状态就是每一状态应完成相应的动作；转移条件即是从上一个状态转移到下一个状态，所应满足的条件。这里所说的状态即是：从原位开始，前伸、下降、夹紧、上升、缩回、旋转、前伸、下降、放松、上升、复位；这里所谓的转移条件即是：前伸、缩回、上升、下降到位和夹紧、放松的延时时间。先使各标志位和状态位都清零，再采用M0.1～M0.7，M1.0～M1.7，M2.0～M2.5，M3.0～M3.3等25个中间继电器，使机械手按控制流程图顺序动作。程序结束时，使输出位复位。
以上几个关键问题解决后，将程序输入PLC，经过多次调试和修改，直至机械手按要求动作。到此，就达到了机械手控制系统的设计要求。
PLC控制器与步进电动机驱动器连接工作可实现机械手的定位精准，最终可实现机械手在空间中的准确定位并抓放物体。系统可以根据机械手的不同作业要求，设计不一样的程序来实现预期的动作；很大程度上方便了用户的调试。系统功能灵活，可实现动作多样，调试方便，定位快速，并可以根据用户相关控制需要调整参数，实现人机智能化。