【正文】 3 山東大學(xué)學(xué)士論文 V EB8000 開發(fā)軟件介紹 .......................................... 43 上位機(jī)界面開發(fā) ............................................... 44 本章小結(jié) .......................................................... 45 第六章 系統(tǒng)測(cè)試 .................................................... 46 結(jié)束語 ............................................................. 47 致 謝 .............................................................. 49 參考文獻(xiàn) ........................................................... 50 附錄 ............................................................... 51 附錄 1. 控制柜電氣線路連接圖 ....................................................................................... 51 附錄 2. 調(diào)試過程圖片 ...................................................................................................... 52 附錄 3. 成品實(shí)物圖 ........................................................................................................... 53 附錄 4. 下位機(jī)程序 ........................................................................................................... 53 山東大學(xué)學(xué)士論文 1 第一章 緒論 研究背景 所謂碼垛就是按照集成單元化思想，將一件件物料按照一定的模式堆碼成垛，以便使單元化的物垛實(shí)現(xiàn) 存儲(chǔ)、搬運(yùn)、裝卸運(yùn)輸?shù)任锪骰顒?dòng) [1]。 ，工作 范圍大 碼垛機(jī)器人的占地面積小，操作范圍大；每一臺(tái)碼垛機(jī)器人都有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，極大地保證了作業(yè)精度。 從“七五”科技攻關(guān)開始，我國(guó)將工業(yè)機(jī) 器人及應(yīng)用工程作為研究開發(fā)重點(diǎn)之一，經(jīng)過研制、生產(chǎn)、應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“從無到有”。而在中國(guó)，碼垛機(jī)器人在食品、包裝等行業(yè)才剛開始得到應(yīng)用。這對(duì)于機(jī)器人發(fā)展是一個(gè)重大機(jī)遇。第 5章則進(jìn)行相關(guān)軟件的開發(fā)，包括運(yùn)用 AcroBasic語言對(duì)控制器進(jìn)行編程，以及對(duì)觸摸屏界面進(jìn)行設(shè)計(jì)等。其中 1 底部基座， 2 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 3 標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈 4 直線運(yùn)動(dòng)單元 5 外殼 6 連桿機(jī)構(gòu) 7 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 8標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈 9 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 10 標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊 圈 11 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 12 標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈。圖中，DF=140mm， CD=700mm， BC=140mm， AB=700mm， BE=700mm， DE=140mm。 本章小結(jié) 本章通過對(duì)碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，獲得簡(jiǎn)化幾何模型。響應(yīng)指令信號(hào)的時(shí)間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好，一般是以伺服電 動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)的大小來說明伺服電動(dòng)機(jī)快速響應(yīng)的性能。所采用的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要是 AC 伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和 DC 伺服電動(dòng)機(jī)。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū) 動(dòng)器控制的 U/V/W 三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度 [4]。 （ 3）位置控制方 式：位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過脈沖的個(gè)數(shù)來確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。濾波電路的作用是濾除位置或速率傳感器輸出信號(hào)中的諧波信號(hào)。 該仿真系統(tǒng)中采用兩路伺服電機(jī)，模擬平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。最后通過 MATLAB仿真，進(jìn)行控制方式驗(yàn)證和參數(shù)調(diào)整。觸控反應(yīng)靈敏，具有高可靠性。具體線路連接圖如圖 43所示。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)進(jìn)行搭建和連接。 系統(tǒng)參數(shù)配置流程 ACRView 軟件安裝好之后，我們可以通過下面的方法來打開。 山東大學(xué)學(xué)士論文 25 圖 58 配置步驟說明 單擊“ Next”后，彈出圖 59 所示對(duì)話框，從這里要開始對(duì)第一個(gè)電機(jī)軸進(jìn)行配置 圖 59 軸設(shè)置開始 該對(duì)話框指定軸的名字，及控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸出的信號(hào)類型。比如我們用的安川電機(jī)編碼器是 2048 線，編碼器類型選山東大學(xué)學(xué)士論文 27 的是“ Full Quadrature（全積分）”，因此我們?cè)诖艘斎?2048*4=8192 Polarity：編碼器極性選擇，即選擇控制器接收到的編碼器信號(hào)是 A 相超前還是 B 相超前。該對(duì)話框中的“ Input Type”用于選擇所連接開關(guān)的類型，是常開還是常閉。我們把需要聯(lián)動(dòng)的軸分配到一個(gè) Master中。特別需要注意的是在與觸摸屏相連接 時(shí)需要為串口分配足夠的空間，單擊圖 521 中 Advanced Memory Configuration 按鈕彈出圖 36 對(duì)話框，為 COM1 分配足夠的空間。控制 Master0 中的軸的運(yùn)動(dòng)程序必須編寫到program0 中，控制 Master1 中的軸的運(yùn)動(dòng)程序必須編寫到 program1 中，依次類推。 PROGRAM 39。如圖 527 示。 P山東大學(xué)學(xué)士論文 41 變量根據(jù)功能被加以分類，可以通過三個(gè)下拉組合框找到所要監(jiān)視的 P 變量。獨(dú)立的多視窗操作功能大大增加了可現(xiàn)實(shí)的信息量，可以與幾乎所有的 PLC 配合使用。其中數(shù)字顯示是通過與 ACR9000 相應(yīng)的 P 參數(shù)鏈接 而獲得的。 圖 535 碼垛機(jī)器人觸摸屏控制界面 山東大學(xué)學(xué)士論文 46 第六章 系統(tǒng)測(cè)試 通過實(shí)際調(diào)試運(yùn)行，測(cè)得的碼垛機(jī)器人的各項(xiàng)參數(shù)如下所示： (1)運(yùn)動(dòng)軸數(shù)： 4 軸 (2)各軸運(yùn)動(dòng)范圍： 錯(cuò)誤 !未找到引用源?，F(xiàn)碼垛機(jī)器人即將投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中去。運(yùn)用 MATLAB 中 Simulink 工具自帶的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制模型進(jìn)行仿真，確定相關(guān)的 PID 等參數(shù)，驗(yàn)證相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制的正確性。設(shè)計(jì)整體控制流程，進(jìn)行下位機(jī)軟件的編寫。如對(duì)系統(tǒng)操作步驟要求較為嚴(yán)格，出現(xiàn)操作失誤容易造成死機(jī)等問題。在未來的后續(xù)研究中還需要進(jìn)行以下探索： 1)由于所使用的機(jī)器人為碼垛樣機(jī)，故應(yīng)用到具體生產(chǎn)時(shí)間中還需根據(jù)負(fù)重、工作半徑等要求具體設(shè)計(jì)適合生產(chǎn)需要體積的碼垛機(jī)器人 山東大學(xué)學(xué)士論文 48 2)根據(jù)抓取物品的不同設(shè)計(jì)專門的抓手，并確保抓手抓取貨物斷電時(shí)的安全。包括下位機(jī)編程和上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)。本機(jī)器人對(duì)位置精度要求較高，故經(jīng)過綜合分析，選擇運(yùn)動(dòng)控制方式。從收集查閱各種相關(guān)資料，到對(duì)碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，到對(duì)控制方案進(jìn)行選擇及仿真，軟硬件選型及設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。運(yùn)用 AcroBasic 語言對(duì)下位機(jī)控制器進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的示教、再現(xiàn)、手動(dòng)運(yùn)行、回零、參數(shù)設(shè)置等功能。其它類型的控件與此控件設(shè)置方法類似，在此不再具體進(jìn)行描述。 山東大學(xué)學(xué)士論文 43 上位機(jī) 觸摸屏軟件開發(fā) EB8000 開發(fā)軟件介紹 Easy Builder8000 功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單實(shí)用，可以輕松完成復(fù)雜的人機(jī)界面設(shè)計(jì)。 1. Common Status Panel(通用狀態(tài)監(jiān)視面板， ACR1505,ACR8020 無此面板 ) 山東大學(xué)學(xué)士論文 40 圖 528 通用狀態(tài)監(jiān)視面板 如圖 528 所示：該面板可以直觀的監(jiān)視各個(gè)電機(jī)軸及坐標(biāo)系的運(yùn)行情況。 運(yùn)動(dòng)監(jiān)視、調(diào)試 山東大學(xué)學(xué)士論文 39 ACRView 為我們提供了大量 的工具供我們監(jiān)視，調(diào)試電機(jī)的運(yùn)行。通過 ESAVE 命令可以使數(shù)據(jù)斷電 不丟失。 AcroBasic 編程 語言，非常類似于 BASIC 語言，可快速上手 （整型，實(shí)型變量及數(shù)組，字符串等） 4096 個(gè)實(shí)數(shù)型全局變量 ASCII 碼指令，均為所完成相應(yīng)功能的英文縮寫，方便記憶（如ACC,VEL,MOV,OPEN,PRINT,OPEN 等） P 變量， BIT 變量可以在程序中直接引用，無需重新定義 ，選擇結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)，子程序，中斷等流程控制 （局部變量，全局變量，系統(tǒng)預(yù)設(shè)的 P 變量、 BIT 變量）指定別名，方便編程人員閱讀 （算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、比較運(yùn)算、三角函數(shù)、反三角函數(shù)、雙曲函數(shù)等） ，便于與其他設(shè)備通訊 其中 program0program7 用來編寫運(yùn)動(dòng)程序， program8program15 用來編寫非運(yùn)動(dòng)程序（如完 成各種計(jì)算，與其他設(shè)備進(jìn)行通訊等）。按如圖方式指定，按“ Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖 520 所示對(duì)話框： 山東大學(xué)學(xué)士論文 33 圖 520 內(nèi)存分配 該對(duì)話框用于為 Program， PLC 分配存儲(chǔ)空間，以及控制器可用的全局變量的個(gè)數(shù)。對(duì)于剩下的兩個(gè)軸，我們都選擇“ NOT USED” ,如圖 517 所示： 山東大學(xué)學(xué)士論文 31 圖 517 不用軸處理 單擊“ Next”按鈕，彈出圖 518 所示對(duì)話框。單擊“ Next”繼續(xù)，彈出圖 514 所示對(duì)話框： 山東大學(xué)學(xué)士論文 28 圖 512 機(jī)構(gòu)設(shè)置 圖 513 限位設(shè)置 山東大學(xué)學(xué)士論文 29 圖 514 限位開關(guān)選擇 該對(duì)話框用于指定控制器上的哪個(gè)數(shù)字量輸入通道對(duì)應(yīng)于限位開關(guān)，原點(diǎn)開關(guān)。 Source：選擇編碼器通道，即控制器形成閉環(huán)是接收哪個(gè)通道的編碼器信號(hào)。我們單擊左 側(cè)“樹形向?qū)А敝械摹?Configuration Wizard（配置向?qū)В?，如圖 56 中藍(lán)色區(qū)域位置： 山東大學(xué)學(xué)士論文 24 圖 56 點(diǎn)擊配置向?qū)? 點(diǎn)擊后，會(huì)在主界面區(qū)域中彈出圖 57 所示對(duì)話框： 圖 57 配置向?qū)дf明 該對(duì)話框是對(duì)“ Configuration Wizard（配置向?qū)В焙?jiǎn)單說明，點(diǎn)擊“ Find”按鈕（圖57 中黑框處）可以查看當(dāng)前控制器中的固件版本號(hào)，單擊“ Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖58 所示對(duì)話框，該對(duì)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。設(shè)置導(dǎo)向中有一個(gè)易于使用的試運(yùn)行裝置，用來快速驗(yàn)證每一個(gè)軸的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)狀況和硬件設(shè)置；程序編輯模塊同時(shí)支持 AcroBasic 語言和 PLC語言編程。通過控制器輸出伺服驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)電機(jī)的同步運(yùn)行。 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(jìn)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(xué)學(xué)士論文 18 其中通訊參數(shù)設(shè)置為 COM1（ 9600， N， 8， 1），不需要進(jìn)行站號(hào)設(shè)置。威綸系列觸摸屏是目前市場(chǎng)上使用較為廣泛的一類觸摸屏。 山東大學(xué)學(xué)士論文 13 圖 34 MATLAB 仿真結(jié)果 山東大學(xué)學(xué)士論文 14 本章小結(jié) 通過對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求及 AC 伺服電機(jī)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。 機(jī)器人 MATLAB 仿真 系統(tǒng)仿真采用 MATLAB 中 Simulink 自帶的機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)例。速度反饋調(diào)節(jié)器的主要作用是阻尼位置調(diào)節(jié)過程的超調(diào)。 （ 2）轉(zhuǎn)矩控制方式：轉(zhuǎn)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(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來實(shí)現(xiàn)。 ⑸同功率下有較小的體積和重量。 5）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。 機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要要求歸納如下： 1）快速性。56yyxxAA (9)