【正文】 設(shè)確定位置的精度為 。 電動(dòng)機(jī)一側(cè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1=1 102kgcm, 靜摩擦力矩 Tf0為 4 N m) () 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 開始運(yùn)動(dòng)時(shí)的負(fù)載力矩 T2可以由 T1+Tf0求得 , 于是得出 : T2=T1+Tf0=+4= (N cm) () () () () 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 圖 負(fù)載力矩 TL的變化 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 3 . 電動(dòng)機(jī)的選定 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的速度 轉(zhuǎn)矩特性由圖 , 有必要檢驗(yàn)這個(gè)電動(dòng)機(jī)是否滿足前面的設(shè)計(jì)方法 。 由圖 ,加速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩必須是 因此 , 對(duì)于驅(qū)動(dòng)器的選擇 , 應(yīng)能最充分地發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的性能 。 滾珠絲杠每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn) , 滾珠螺母移動(dòng) 5mm。 因?yàn)闇p速比為 1／ 10, 所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)為 600轉(zhuǎn) , 脈沖編碼器的脈沖數(shù)為 600 50=30 000個(gè)脈沖 。 當(dāng)增加脈沖編碼器的脈沖數(shù)目時(shí) , 精度會(huì)升高 , 但是處理速度會(huì)變慢 。 在低速情況下 , 則是通過(guò)在脈沖編碼器的脈沖間隔內(nèi) , 用統(tǒng)計(jì)細(xì)小脈沖數(shù)目的方法來(lái)進(jìn)行速度檢測(cè) 。 電壓 KEωm為速度電動(dòng)勢(shì) , 它是用常數(shù) KE乘速度 ωm得到的 。 當(dāng)負(fù)載是由轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JL、 具有摩擦系數(shù) D的摩擦和外力 τL構(gòu)成時(shí) ,其運(yùn)動(dòng)方程式可以表示成下式 : LTLL iKDtJJ ????? ??????mmmm dd)(() 通常 , 摩擦比較小 , 因此多數(shù)情況下可以忽略不計(jì)。 其中 ,Tm為時(shí)間常數(shù) ,Tm 越小 , 響應(yīng)越快 。 如果對(duì)速度模式進(jìn)行積累 (積分 ), 即可得到指令要求的距離 。 圖 。 在圖 ,設(shè) K1K2/KE=K,并且采用偏差 E(s)=Ω*(s)Ω(s)時(shí) ,可以得到下式 : )(111)(msEsKsTsΩ ????() 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 當(dāng)用 E(s)=Ω*(s)Ω(s)取代 E(s)時(shí) , 從輸入量 Ω*(s)到輸出量Ω(s)之間的傳遞函數(shù)就變成了 )(2)(1)()()1(1)1()(*2n22*mm2m*m2*mmsΩssnsΩTKsTsTKsΩKsTsKsΩsTsKsTsKsΩn????????????????() 式中 , 設(shè) mnmn12,21,TKTTK ??? ????其中 ,ωn為固有頻率 ,ξ為衰減常數(shù) 。 開環(huán)增益 K是在不加反饋的條件下 ,以圖 量作為輸入 ,以測(cè)速電動(dòng)機(jī)的輸出電壓作為輸出求出的 。 。 當(dāng) T1＜ T2時(shí) , 它變成超前環(huán)節(jié) 。 在圖 ,表示了補(bǔ)償后的方框圖和各部分的信號(hào)波形圖 。 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 圖 PID補(bǔ)償環(huán)節(jié)的伯德圖 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 圖 PID補(bǔ)償后速度控制系統(tǒng)的方框圖 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 通過(guò) IPD補(bǔ)償改善系統(tǒng)特性 在圖 ,采用 IPD(積分比例微分 )補(bǔ)償后 , 得到圖 。)1()(pm2 sΩKKKKTsKsΩSD ????() 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 圖 IPD補(bǔ)償后的速度控制系統(tǒng)方框圖 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 在圖 ,將電流 I(s)進(jìn)行反饋 , 并且將其與指令電流 I*(s)進(jìn)行比較 , 從而可以構(gòu)成電流控制 。 在大多數(shù)伺服電動(dòng)機(jī)的控制回路中 , 都采用了電流控制方式 。 如果摩擦系數(shù) D非常小而可以忽略時(shí) , 則可以得到下式 : 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 )(22)( *2n22n sΩssssΩnn??????????() 式中 , JKKKJKK TVpTVn 21, ?? ?? 圖 ξ=1時(shí)的階躍響應(yīng) 。但是 , 應(yīng)附加進(jìn)電流控制 。 正如在 過(guò)的那樣 , 如果進(jìn)行電流反饋 , 就可以實(shí)現(xiàn)電流控制 。 (2) 控制裝置 : 用于處理各種感覺(jué)信息 , 執(zhí)行控制軟件 , 產(chǎn)生控制指令 。 控制軟件可以用任何語(yǔ)言來(lái)編制 , 但由通用語(yǔ)言模塊化而編制形成的專用工業(yè)語(yǔ)言越來(lái)越成為工業(yè)機(jī)器人控制軟件的主流 。 (3) 操作面板 : 由各種操作按鍵、 狀態(tài)指示燈構(gòu)成 , 只完成基本功能操作。 (7) 傳感器接口 : 用于信息的自動(dòng)檢測(cè) , 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔順控制 ,一般為力覺(jué) 、 觸覺(jué)和視覺(jué)傳感器 。 (11) 網(wǎng)絡(luò)接口 : 包括 Ether接口和 Fieldbus接口。 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 6. 對(duì)于表 A和電動(dòng)機(jī) B, 試求與本章中式 ()相當(dāng)?shù)乃俣扰c轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式 。 當(dāng)采用減速器時(shí) ,為了把加速時(shí)間縮短為 TS／ 2, 試問(wèn)應(yīng)選擇多大的減速比為宜 ？ 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 演講完畢，謝謝觀看！ 。 7. 考慮采用一個(gè)能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩為負(fù)載轉(zhuǎn)矩兩倍的電動(dòng)機(jī) , 使具有一定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載 ,從轉(zhuǎn)速為 0開始 ,加速到轉(zhuǎn)速為 ωm的情況 。 Fieldbus接口 : 支持多種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線規(guī)格 , 如 Device 、AB Remote I/O、 Interbus－ s、 profibus－ DP、 M－ NET等 。 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 (9) 輔助設(shè)備控制 : 用于和機(jī)器人配合的輔助設(shè)備控制 , 如手爪變位器等 。 (5) 數(shù)字和模擬量輸入 /輸出 : 實(shí)現(xiàn)各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出 。 一般為微型機(jī) 、 微處理器 ,有 32位 、 64位等 ,如奔騰系列 CPU以及其他類型 CPU。 (3) 關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動(dòng)部分 : 這部分主要是根據(jù)控制裝置的指令 , 按作業(yè)任務(wù)的要求驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng) 。 iKtJ T?? ??22dd() 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成 1. 硬件 : (1) 傳感裝置 : 主要用以檢測(cè)工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)的位置 、 速度和加速度等 , 即感知其本身的狀態(tài) , 可稱為內(nèi)部傳感器 。 由此得到的位置控制系統(tǒng)如圖 所示 , 它可以近似地用一階系統(tǒng)表示 。 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 圖 加了電流控制后的速度控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng) (ξ =1) 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 到現(xiàn)在為止 ,都是由位置的偏差來(lái)計(jì)算速度模式 , 利用針對(duì)指令速度的速度控制系統(tǒng)實(shí)施位置控制 。 在圖 , 從輸入 Ω*(s)到輸出 Ω(s)的傳遞函數(shù) , 這時(shí)變成下式 : )()( *2 sΩKKsDJsKKsTVTV????() 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 圖 加電流控制后的速度控制系統(tǒng)方框圖 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 因?yàn)槟Σ料禂?shù) D較小 , 所以速度 ωm(t)變成振動(dòng)的 , 這從拉普拉斯變換表中可以清楚地看出 。 這是因?yàn)橛删€圈的電感 L造成的電流相對(duì)于電壓的滯后 , 以及速度電動(dòng)勢(shì) KEΩ(s)可以忽略 。 因此 ,為了能提高開環(huán)增益 ,加進(jìn)了積分環(huán)節(jié)的增益 K1。 當(dāng) T2的值增大時(shí) , 波形上升得更高 。 因?yàn)檫@里需要相位超前 ,所以作為超前環(huán)節(jié) , 設(shè) 1/T2=5, 1/T1=100。 。 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 圖 衰減常數(shù) ξ 的求法 )1π(ln2????h 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 通過(guò)比例積分微分 (PID) 再次將圖 , 則圖 傳遞函數(shù) G(s)變成下式 : mm213m3/11)(TKKKKKKTsKssGE????() 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 設(shè) s=jω并求絕對(duì)值時(shí) , 可以求得增益的頻率特性 , 它由下式表示 : 2m23m3)/1(1/1jj1)(jTKTKG?????????() 若設(shè) K3=4 Tm= , 可以得到如圖 。 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可識(shí)別式 ()中的常數(shù) Tm、 K和 ξ。 圖 速度控制系統(tǒng)的方框圖 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 圖 速度和位置的波形 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 在焊接機(jī)器人中 ,有必要確定焊接棒在焊接點(diǎn)上的位置 , 這時(shí) , 要用到這個(gè)確定的位置 。 當(dāng)用脈沖檢測(cè)速度時(shí) ,可用脈沖構(gòu)成指令速度 , 然后用計(jì)數(shù)器累積計(jì)算其差值 , 于是可以求得位置的差值 。 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 圖 對(duì)電壓的速度響應(yīng) 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 正如圖 ,對(duì)加速和減速的模式作出了規(guī)定 。 求這時(shí)從輸入 V(s)到輸出 Ω(s)的傳遞函數(shù) 。 當(dāng)考慮不產(chǎn)生滯后問(wèn)題的平穩(wěn)響應(yīng)時(shí) ,應(yīng)設(shè) L=0。 圖中 L為線圈的電感 ,Li為磁通 , 磁通對(duì)時(shí)間的微分為電壓 。 轉(zhuǎn)速為 1000r／ min時(shí) , 它的輸出電壓為 2～ 3V。 另外 ,因最大速度為 3000r/min, 故每秒脈沖編碼器的脈沖數(shù)為 (3000/60) 50=2500個(gè)脈沖 。 設(shè)每一轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)為 x時(shí) , 則下式成立 : 轉(zhuǎn)個(gè)脈沖 /5011011521 ?????? xxxZZ() 因此 , 可以采用 50個(gè)脈沖／轉(zhuǎn)的編碼器。 第 5章 工業(yè)機(jī)器人控制 檢測(cè)位置用的脈沖編碼器 (PE)和檢測(cè)速度用的測(cè)速發(fā) 電機(jī) (TG) 首先 ,考慮脈沖編碼器每一轉(zhuǎn)內(nèi)的脈沖數(shù)目 。cm,所以可以充分地滿足要求 。cm,如果設(shè)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為 95N cm) 恒速時(shí)的負(fù)載力矩 T4可以由 Tf構(gòu)成 , 于是得出 : T4=Tf=2 (Ncm2。cm2,減速比為 Z1/Z2=1／ 10, 滾珠絲杠的節(jié)距 P為 5 mm, 于是 , JL可以表示為 )cmkg(101101222212212221????????????????????????????????????ZZP