【正文】 eveloped countries, palletizing robots almost pletely replaced the manual stack. Since the tackle hardnut problems in science and technology during China39。 根據碼垛控制需求，選擇位置伺服控制，并進行相關 MATLAB 仿真。然而，從整體上說我國的機器人產業(yè)還很薄弱，機器人的研究依然任重而道遠。 學士學位論文 Shandong University Bachelor’s Thesis 論文題目：四自由度碼垛機器人控制系統(tǒng)設計 姓 名 學 號 20211701027 學 院 控制科學與工程學院 專 業(yè) 自動化 年 級 2021 指導教師 2021 年 6 月 1 日山東大學學士論文 II 摘 要 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。從“七五”科技攻關開始，我國將工業(yè)機器人及應用工程作為研究開發(fā)重點之一，實現了中國機器人產業(yè)的“從無到有”。 通過分析機器人機械結構，獲得機器人的幾何模型，通過運動分析，得到運動變換關系式。上位機通過將相關控件與相應地址相鏈接實現對下位機的控制。 research is still a long way to go. This article talks about the control system of robot to realize motion control of the robot based on the engineering practice with specific background. Our purpose is to meet the industry requirement. Specific content of the article are as follows: 1. The introduction of a brief background of this thesis and its significance. 2. Through the analysis of the robot39。另外，隨著大型物資批發(fā)配送中心的出現，需要為成千上萬個用戶按訂單配送產品，這就要求碼垛機具有混合碼垛的能力， 所有這些都為碼垛機器人的發(fā)展提供了機會。其優(yōu)勢主要表現在以下幾個方面： 碼垛機器人不僅能承擔高負重，而且速度和質量遠遠高于人工碼垛。 5. 可以與其它檢測設備和生產設備進行協(xié)調控制，構成現代化得自動生產線，大大提高企業(yè)自動化水平，提高了生產效率，增強企業(yè)競爭力 圖 11 碼垛過程示意圖 山東大學學士論文 2 國內外發(fā)展現狀 目前歐、美、日的碼垛機器人在全 球市場的占有率均超過了 90％，在機器人國際市場中占領份額最大的是日本，其生產、使用及銷售一直處于全球領先位置。 2021年全球機器人行業(yè)總銷售量仍比2021年增長 10%。此外我國也已經形成了以新松為代表的一些具有一定競爭力的機器人公司和產業(yè)化基地。 論文研究意義和目的 日本、美國等西方發(fā)達國家碼垛機器人應用廣泛，幾乎遍布整個相關行業(yè)。 另外，國家 對機器人行業(yè)發(fā)展日益重視。省科技山東大學學士論文 3 廳、發(fā)展改革委、經濟和信息化委等部門的相關計劃和專項資金安排向機器人的研究開發(fā)和示范應用推廣傾斜。主要研究碼垛機器人的控制方案、控制算法，以及運用 PARKER ACR9000對伺服驅動器進行控制，運用威綸 MT6100iv觸摸屏進行上位機的開發(fā)。第 4章則重點介紹運動控制系統(tǒng)的硬件設計，包括對硬件控制器件的選型，線路連接等。 本章小結 本章主要介紹了碼垛機器人的相關發(fā)展背景，并對國內外的發(fā)展現狀進行了描述。該機器人為四自由度混聯機器人。在運動的極限位置都安裝有限位開關。當機器人本體處于虛線所示的位置時，平行四連桿機構的 F0點為坐標系的原點， X軸與 A0C0平行。39。同理，已知各關節(jié)旋轉的角度和位移，亦不難求出末端機械手的位姿。 對工業(yè)機器人關節(jié)驅動的電動機，要求有最大功率質量比和扭矩慣量比、高起動轉矩、低慣量和較寬廣且平滑的調速范圍。電動機從獲得指令信號到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時間應短。 3）控制特性的連續(xù)性和直線性，隨著控制信號的變化，電動機的轉速能連續(xù)變化，有時還需轉速與控制信號成正比或近似成正比。 6）能經受得起苛刻的運行條件 目前，由于高起動轉矩、大轉矩、低慣量的交、直流伺服電動機在工業(yè)機器人中得到廣泛應用，一般負載 1000N（相當 100kgf）以下的工業(yè)機器人 大多采用電伺服驅動系統(tǒng)。 ⑵定子繞組散熱比較方便。 機器人所采用的 AC 伺服電機也常常被稱作是 DC 無刷伺服電機。交流電源通過整流濾波后再經過PWM 逆變器輸出交流信號，形成旋轉的磁場，從而使電機運動。 主要應用于對速度和位置要圖 31 AC 伺服電機工作電路基本組成 山東大學學士論文 10 求不太嚴格，對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中。機器人的控制對末端執(zhí)行器的位置精度要求較高，而對末端執(zhí)行器的速度控制和力矩控制沒有特殊要求，所以確定碼垛機器人關節(jié)點選擇位置伺服控制方式以保證末端定位精度。電流調節(jié)器的作用是減小力矩波動，改善動態(tài)響應的快速性，并對最大電流進行限定等。通過調節(jié)比例、積分、微分的參數，可以使伺服電機獲得較好的動態(tài)性能，使實際位置與期望位置偏差較小，從而使系統(tǒng)保持較高的運動精度。具體仿真模型如圖 33 所示。從上到下讀取參數依次為轉矩、加速度、運動速度、位置。并通過對反饋環(huán)的分析，獲得所要調節(jié)的控制參數。 ACR9000 的特點主要包括以下幾個方面 （ 1）穩(wěn)定，可靠的硬件結構 （ 2）直觀、友善的調試開發(fā)界面（ ACRVIEW） （ 3）靈活、簡便的編程功能 （ 4）強大、開放的 PID 算法 （ 5）強勁、多樣的運動及插補功能 （ 6）針對不通應用領域提供的特殊功能 （ 7）強大的通訊能力，便捷地 HMI 開發(fā)方式 控制器具體規(guī)格參數說明如表 1 所示 硬件 控制軸數 2 ， 4 ， 6or8 軸（選用的為 6軸） 處理器 32 位浮點 DSP150MFLOPS/75MHz 軌跡運算 64bit 精確度 用戶存儲區(qū) 1MB 內存，用于保存用戶的程序和設置的參數 固件 閃存 外形尺寸 ” W ” H ” D(24axes), ” w ” H ” D(68axes) 操作系統(tǒng) 多任務實時操作系統(tǒng) 電池 可選備份電池使用戶程序和參數不易丟失 性能 多任務 8 個坐標系 /16 個正本程序 /8 個梯形圖程序 軌跡更新 每 100500 μ s 伺服更 新 25 μ s/axis 梯形圖邏輯 PLC 100500 μ s 掃描時間 插補 直線、圓弧、正弦曲線、螺旋線、橢圓、樣條、三維弧形 伺服環(huán) PID ，速度前饋，加速度前饋， Notch 和低通濾波 位置修正 硬件＜ 1usec 通訊 串行接口 1 個串行端口（ RS232 and/or RS422 ） Ether 10/100BaseT USB CANopen DS401 協(xié)議，用于 I/O 擴展。所選內含 32 位 RISC（精簡指令集）微處理器，高效快速，功能強大、使用方便、可靠性高、壽命長、性價比高。驅動器型號為 SGDM10ADA，輸入電壓為 200230V，最大輸入電流為 7A。 ACR9000 與伺服驅動器之間的連接 該連接信號線路較多，連接起來比較復雜。 電氣線路連接 主要是主電路控制柜配線。具體電氣線路 圖請參見附件 1。 山東大學學士論文 20 第五章 軟件系統(tǒng)設計 下位機軟件開發(fā) ACR View 開發(fā)環(huán)境介紹 ACR View 為 Parker 控制器自帶的開發(fā)工具，可以支持 Ether,USB,CANopen 和串口連接等多種通訊方式。另外為了調試運行方便， ACR View 還提供了很多狀態(tài)監(jiān)視窗口，包括參數監(jiān)視 面板、 BIT 位監(jiān)視面板、伺服環(huán)監(jiān)視面板、通用狀態(tài)面板以及圖形監(jiān)視功能，極大的方便了用戶。 當新建一個工程后，在主界面中首先會顯示“通訊”對話框，如圖 55 所示 圖 55 通訊設置窗口 在這個對話框中，我們要選擇 用到的通訊方式，主要有下面 4 種： Bus：總線通訊，只用于 ACR1505,ACR8020 板卡式運動控制器 Serial：串口，在后面指定與運動控制器連接的 PC 機的串口號，及通訊速率 Ether：以太網，在后面輸入 ACR9000 的 IP 地址， ACR9000 出廠默認的 IP 地址為 USB：電腦通過 USB 與 ACR9000 通訊。單擊“ Back”按鈕可返回上一步 。我們這里保持軸的名字為“ X”，輸出信號類型選擇“ Stepper0”，單擊“ Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖 510 所示對話框： 圖 510 選擇電機及驅動 該對話框用于選擇驅動器和電機：我們這里用的是安川驅動器和電機，我們要在相應的選擇框里選擇“ Other”。 Resolution：指定編碼器精度。我們按照圖 512 所示進行配置即可，這樣電機轉一圈，平臺即運行 5mm。我們這里指定控制器的數字量輸入通道 0（即 BIT0）用于正限位，當我們分配好正限位后，“ Input1”和“ Input2”自動分配為負限位和原點開關。單擊“ Next”，至此，我們已經完成了對于“ X”軸的配置。 圖 518 坐標系分配 不使用的軸設為NOT Used 單擊該按鈕將四軸加入到 Master0 中 山東大學學士論文 32 該對話框用于把軸分配到坐標系（ Master）中。 ACR 系列控制器最多 支持 8 個 Master（坐標系）。程序分配空間可以根據需要進行設定。配置文件將保存到控制器的 EEPROM 中。 program0program7 與 Master0Master7（坐標系 07）有著嚴格的對應關系。 在程序調試時可設置斷點，或單步調試程序；跟 隨模式用于跟隨每條程序的執(zhí)行；圖 524 ACR View 編程界面 山東大學學士論文 36 在 Terminal 面板中監(jiān)視程序的運行狀況；可以為程序添加注釋，可以在線對電機進行運動控制，可以實現 JOG 試運行。 （ 2）回零程序 下面是單軸的回零程序，其中 BIT 2是通過外部原點接近開關輸入進行改變的。Program 7 39。 （ 1） Terminal（終端對話框） 單擊樹形向導中的 Terminal Emulator，可以打開終端對話框。在終端對話框中還可以監(jiān)視，跟蹤程序的運行。 2. Numeric Status（參數狀態(tài)監(jiān)視面板） 圖 529 參數狀態(tài)監(jiān)視面板 如 圖 529 所示，參數狀態(tài)監(jiān)視面板可以監(jiān)視 ACR 運動控制器中所有 P 變量的狀態(tài)。 4. CPU Load Status（ CPU運行監(jiān)視面板） CPU運行監(jiān)視面板用來監(jiān)視當前控制器 CPU的運行情況，如圖 531 所示： 該面板類似于計算機中任務管理器的性能監(jiān)視面板?？梢酝瑫r支持離線模擬和在線模擬，可以大大節(jié)省設計的時間。通過選擇 PLC 選擇位狀態(tài)切換開關所要寫入或讀取的 PLC類型。 圖 533 EB8000 開發(fā)界面 山東大學學士論文 44 上位機界面開發(fā) 圖 535 為所設計的上位機人機界面。通過狀態(tài)和坐標顯示可以實時觀察機器人的運動狀態(tài)。通過 EB8000 開發(fā)環(huán)境編寫上位機界面并與控制器相鏈接 ，從而實現系統(tǒng)脫離 PC 機獨立運行。 (7)系統(tǒng)連續(xù)工作不低于 20 個周期時碼垛誤差在177。通過調試已達到預期要求。進行相關運動分析，確定末端執(zhí)行機構與原點坐標系的運動變換關系，從而獲得機器人的相關運動參數，便于實現對機器人進行精確 控制。 3)運動控制仿真。重點對信號線路特別是 ACR9000 與伺服驅動器之間的線路進行了研究。通過學習掌握 AcroBasic 語言，學會運用 ACR View 環(huán)境對 ACR9000 的相關編程。實現由觸摸屏對碼垛機器人的示教、保存、再現及相關參數設置等功能。 3)由于時間有限，編寫的程序還不是很完善，很多問題仍有待解決。 山東大學學士論文 49 致