【正文】 的工作效率，又增強了運行的可靠性，減少了人力資源的開支，更讓當代企業(yè)迅速適應不斷變化的市場要求，產生巨大的經濟效益。 作為物流自動化領域的一門新興技術，近年來，碼垛技術獲得了飛速的發(fā)展。s Seven Five year Plan period,Our country has made torchplan projects and application of industrial robots as one of the key research and development has successfully realized robot industry from nonexistence to pass into existence plan. However, on the whole, our country39。 以 ACR9000 多軸運動控制器和 MT6100iV 人機界面為核心控制器件進行相關系統(tǒng)硬件線路設計，共分為以下幾個部分：相關器件選型、電氣線路連接、控制器與伺服信號線路連接、觸摸屏與控制器線路連接 以 ACR View 和 EB8000 為開發(fā)工具， 分別對下位機程序和人機界面進行開發(fā)。本文就是立足于此，以具體工程實踐為研究背景，進行四自由度碼垛機器人控制系統(tǒng)的研究，以實現(xiàn)對碼垛機器人的運動控制，滿足生產實踐需求。碼垛機器人以其高效、高精度、占地范圍小等優(yōu)勢正在快速占領整個碼垛行業(yè)。特別是西方發(fā)達國家?guī)缀跬耆娲巳斯ごa垛。論文的主要內容如下： 在緒論中簡要介紹了本論文的研究背景及意義。其中下位機程序運用 AcroBasic 語言進行模塊化編程以實現(xiàn)示教、回零、再現(xiàn)、手動運行、參數(shù)設置等功能。s robot industry is still underdevelopment, robots39。一方面，隨著企業(yè)集團化，生產能力規(guī)?；?，對碼垛能力的要求不斷提高，傳統(tǒng)的簡單的碼垛機和人工碼垛已不能滿足生產需要；另一方面，隨著產品生產向著多品種少批量的方向發(fā)展，企業(yè)往往需要一線多產品的生產線，這就要求碼垛機必須具備處理多種產品的能力。碼垛機器人以其特有的優(yōu)勢迅速搶占了碼垛市場。 機器人雖然前期投入較高，但是卻能達到成本效用最大化，且各家機器人都在為客戶的成本控制而在產品中不斷加入新的科技成果。雖然2021年的金融危機使機器人的生產廠商也受到牽連，機器人生產和銷售都有所影響，但隨著經濟的復蘇，機器人行業(yè)也出現(xiàn)回暖的形勢。經過多年的研究開發(fā)，我國的機器人技術已經日趨成熟；市場需求在“十五”初期也有了一個“井噴式”的發(fā)展。究其原因，很大程度在于自主品牌不夠，發(fā)展壯大自主品牌及其自動化成套裝備產業(yè)成為當務之急。從各方面顯示，工業(yè)機器人正處在迅猛發(fā)展階段，掌握機器人的控制系統(tǒng)設計刻不容緩。自 2021年起 ， 實施山東省機器人創(chuàng)新發(fā)展科技重大專項 ， 重點支持面向山東省主導產業(yè)及領域的機器人關鍵共性技術研發(fā)及產業(yè)化項目的實施。 本文主要研究內容 本文依據(jù)山東省科學院自動化研究所機器人國家工程研究中心山東分中心所自主開發(fā)的一款四自由度混聯(lián)碼垛機器人為研究背景。第 3章對伺服電機控制特性進行分析設計，并運用 MATLAB自帶的SIMULINK工具進行系統(tǒng)相關的仿真。最后一章是對本篇論文進行系統(tǒng)的總結 。所設計的碼垛機器人的具體機械結構如圖 21 所示。該機器人包含 4 個關節(jié)，能夠實現(xiàn) 4 種運動：手臂前后運動、上下運動、腰部旋轉運動、手腕回轉運動。其中λ =AC/BC=CF/DF. 如圖 23所示，設置一個固定的坐標系 XOY，其隨基座一起旋轉。 因為 D0F=DFy， D0E=DE+x，則 )a r c ta n (0001 xDE yDFFED ?????? (1) 圖 22 碼垛機器人機構簡圖 圖 23 機械結構運動分析示意圖 山東大學學士論文 6 EF= 2020 EDFD ? = 22 )()( xDEyDF ??? (2) 在Δ DEF中，有 θ 2=∠ DEF=arccos( EFDF DEEFDF ?? ??2 222 ) (3) θ 3=∠ FDE=arccos( DFDE EFDFDE ?? ??2 222 ) (4) 此時， C 點坐標為 ??? ???? ??? )s in ( )c o s (2121 ????CFyy CFxcc (5) 此時 A 點坐標為 ??? ?????? ?????? )s in ( )c o s (321321 ???? ????ACyy ACxxcAcA (6) 將式（ 5）帶入式（ 6）中，可得： ??? ????????? ???????? )s in ()s in ( )c o s ()c o s (3212132121 ?????? ?????? ACCFyy ACCFxAA (7) 將 θ θ θ 3及全部已知變量帶入式（ 7）中，利用幾何知識解得 ??? ???? xy xxAA 5840 6840 (8) 則有 ????????39。56yyxxAA (9) 如圖 24所示，機器人碼垛時，當碼垛機器人搬運物品從生產線上的 A（ x0， y0,z0）點到圖 24 碼垛示例圖 山東大學學士論文 7 托盤上的 B（ x1,y1,z1）點時 )arctan(90 111 xy???? （ 10） 水平關節(jié)移動距離為 6/))(( 021211 yyxl ??? （ 11） )5/()( 012 ??? zzl （ 12） 由以上分析可知，給定給定工作區(qū)間上初始 位置和任意一點，即可計算出各關節(jié)應旋轉的角度或位移。 山東大學學士論文 8 第三章 伺服控制方式選擇及仿真 伺服驅動系統(tǒng)要求 機器人電動伺服驅動系統(tǒng)是利用各種電動機產生的力矩和力，直接或間接地驅動機器人本體以獲得機器人的各種運動的執(zhí)行機構。 機器人對關節(jié)驅動電機的主要要求歸納如下： 1）快速性。在驅動負載的情況下，要求機器人的伺服電動機的起動轉矩大，轉動慣量小。 5）體積小、質量小、軸向尺寸短。永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有： 山東大學學士論文 9 ⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。 ⑸同功率下有較小的體積和重量。 圖 31 給出了 AC 伺服電機工作電路的基本組成。 （ 2）轉矩控制方式：轉矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設定電機軸對外的輸出轉矩的大小，可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。 碼垛機器人運動軌跡屬于 PTP 型，在運動過程中末端執(zhí)行器以最快的速度從一點準確定位到另一點。速度反饋調節(jié)器的主要作用是阻尼位置調節(jié)過程的超調。 位置環(huán)處理時采用積分 PID 算法。 機器人 MATLAB 仿真 系統(tǒng)仿真采用 MATLAB 中 Simulink 自帶的機器人系統(tǒng)實例。仿真結果如圖 34，其中第一幅仿真圖讀取的參數(shù)為機器人運動參數(shù)。 山東大學學士論文 13 圖 34 MATLAB 仿真結果 山東大學學士論文 14 本章小結 通過對伺服驅動系統(tǒng)的要求及 AC 伺服電機工作原理的分析，選擇合適的伺服控制方式，即位置控制方式。和圖 41 控制系統(tǒng)硬件結構圖 伺服驅動器 伺服驅動器 伺服驅動器 伺服驅動器 腰座 關節(jié) 水平 關節(jié) 垂直 關節(jié) 腕部 關節(jié) 上位機 觸摸屏 運動控制器 接近開關 電磁閥 氣缸 腕部 手爪 山東大學學士論文 16 傳統(tǒng)的板卡級運動控制卡相比， ACR9000 可脫離工控機工作 ，穩(wěn)定性好；封閉式結構，抗干擾強；屏蔽電纜連接，屏蔽性好，通訊距離長；體積小巧。威綸系列觸摸屏是目前市場上使用較為廣泛的一類觸摸屏。 3. 伺服驅動器及伺服電機 選用安川系列產品。 通信線路連接 觸摸屏與 ACR9000 的連接 觸摸屏與 ACR9000控制器之間通過 RS232進行串口通訊 [7]， 具體通信線路連接如圖圖 42所示： weinview MT8000 系列觸摸屏 COM1 ACR9000 RS232 COM1 2 RX 3 TX 5 GND 3 TX 2 RX 5 GND 圖 42 ACR9000 與觸摸屏連接示意圖 山東大學學士論文 18 其中通訊參數(shù)設置為 COM1（ 9600， N， 8， 1），不需要進行站號設置。上位機與 ACR9000的通訊是通過 Ether 實現(xiàn)的。通過控制器輸出伺服驅動器控制信號，以實現(xiàn)伺服電機電機的同步運行。從而實現(xiàn)由人機界面控制控制器，實現(xiàn)對伺服驅動器的控制，從而控制機器人按要求運行。設置導向中有一個易于使用的試運行裝置，用來快速驗證每一個軸的關鍵運動狀況和硬件設置；程序編輯模塊同時支持 AcroBasic 語言和 PLC語言編程。 山東大學學士論文 21 圖 51 新建窗口 下面我們新建一個工程：選中“ Create New Project”單選框，并在后面輸入工程的名字，我們這里輸入工程名為“ Demo1”，點擊“ OK”按鈕繼續(xù)，彈出新的對話框，在這里需要選擇控制器類型，我們這里選擇“ ACR9000”，如圖 52 所示： 圖 52 選擇控制器類型 單擊“下一步”按鈕，在新彈出的對話框中選擇所購買的 ACR 控制器型號，我們手頭的產品是 9000P1U6B0,因此選擇這個型號，如圖 53 示： 山東大學學士論文 22 圖 53 選擇控制器型號 單擊“下一步”按鈕，在新彈出的對話框中保持默認設置，再單擊“下一步” 至此，工程配置操作完成，彈 出 ACRView 主界面，如圖 54 示： 圖 54 ACR View 主界面 我們可以看到，該對話框主要分成四個區(qū)域： 山東大學學士論文 23 1. 最上面是菜單欄 2. 菜單欄下面是工具欄（分上下兩層，上層是通用工具欄，下層是梯形圖編程工具欄） 3. 工具欄下面左側是樹形向導，也是我們經常要打交道的地方 4. 樹形向導右側是主操作界面區(qū)域，其顯示內容會根據(jù)在樹形向導中所選擇內容的不同而變化，我們大部分操作都要在這個地方進行。我們單擊左 側“樹形向導”中的“ Configuration Wizard（配置向導）”，如圖 56 中藍色區(qū)域位置： 山東大學學士論文 24 圖 56 點擊配置向導 點擊后，會在主界面區(qū)域中彈出圖 57 所示對話框： 圖 57 配置向導說明 該對話框是對“ Configuration Wizard（配置向導）”簡單說明，點擊“ Find”按鈕（圖57 中黑框處）可以查看當前控制器中的固件版本號，單擊“ Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖58 所示對話框，該對話框說明了配置需要有哪些步驟，單擊“ Next”按鈕繼續(xù)到下一步。 Command Output：選擇控制器輸出給驅動器的信號類型，“ DAC”代表輸出 +/10V 模擬量（用于驅動器工作于速度和轉矩控制下），“ Stepper”代表輸出脈沖加方向信號（用于驅動器工作于位置控制下）， DAC0/Stepper0 對應控制器的“ AXIS0 ”接口，DAC1/Stepper1 對應于控制器的“ AXIS1”接口，依次類推。 Source：選擇編碼器通道，即控制器形成閉環(huán)是接收哪個通道的編碼器信號。 圖 511 編碼器設置 單擊“ Next”按鈕，彈出圖 512 所示對話框，該對話框用于設置軸比，通過設置單位，傳動機構，及減速機構， ACR 運動控制器會自動對軸比進行換算。單擊“ Next”繼續(xù)，彈出圖 514 所示對話框： 山東大學學士論文 28 圖 512 機構設置 圖 513 限位設置 山東大學學士論文 29 圖 514 限位開關選擇 該對話框用于指定控制器上的哪個數(shù)字量輸入通道對應于限位開關，原點開關。單擊“ Next”繼續(xù)，