【正文】 供 開發(fā)軟件 ACRView 軟件開發(fā)包 語言支持 動(dòng)態(tài)鏈接庫支持 C++,VB6,C, 2. 觸摸屏 觸摸屏選用威綸 MT6100iV。從圖中可知，該系統(tǒng)多電機(jī)同步效果較好，反應(yīng)靈敏，位移較為精確，可以很好的滿足碼垛的需求。根據(jù)遞推原理得到其增量式 PID 算 法為： )]1()([)()()( ????????? kekeKkeKkeKkU dip 通過調(diào)整 Kp、 Ki、 Kd 的值，配合較高的機(jī)械精度，可以使伺服系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，響應(yīng)加快，使位置控制在一定的偏差范圍內(nèi)。在這個(gè)系統(tǒng)中，位置調(diào)節(jié)器的作用是使位置給定與的偏差向最小變化。 （ 1）速度控制方式：通過模擬量的輸入或脈沖的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，速度控制模式主要用于對(duì)速度要求比較高的場合。 ⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。能使用于較大的調(diào)速范圍。這是伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的先決條件。39。 圖 21 碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 山東大學(xué)學(xué)士論文 5 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 工業(yè)碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡圖如圖 22所示，當(dāng) F點(diǎn)固定， E點(diǎn)沿水平方向移動(dòng)時(shí)， A點(diǎn)的水平移動(dòng)速度為 E點(diǎn)的λ倍，如果 E點(diǎn)作勻速運(yùn)動(dòng)， A點(diǎn)也將作勻速運(yùn)動(dòng)：當(dāng) E點(diǎn)固定， F點(diǎn)沿垂直方向移動(dòng)時(shí)， A點(diǎn)的垂直運(yùn)動(dòng)速度為 F點(diǎn)的λ 1倍，如果 F點(diǎn)做勻速運(yùn)動(dòng)， A點(diǎn)也將作勻速運(yùn)動(dòng) [3]。 山東大學(xué)學(xué)士論文 4 第二章 碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu) 用于碼垛的機(jī)器人只需要 4 個(gè)自由度即可滿足實(shí)際需求。第 2章對(duì)碼垛機(jī)器人進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)分析。為加大對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的資金投入力度 ,山東省將建立以政府投入為引導(dǎo)、企業(yè)投入為主體、金融投入為支撐的多元化投資體系。我國市場上機(jī)器人總共擁有量近萬臺(tái)，僅占全球總量的 %，其中完全化國產(chǎn)機(jī)器人僅占30%，其余皆為從日本、美國、瑞典 、德國、意大利等 20多個(gè)國家引進(jìn) [2]。據(jù)日本機(jī)器人聯(lián)合會(huì) 2021年 8月公布的數(shù)據(jù)顯示：2021年第二季度機(jī)器人銷售金額為 1460億日元，其中出口金額竟達(dá)到 978億日元。將機(jī)器人與包裝線相結(jié)合，既提高了生產(chǎn)線的工作效率，又增強(qiáng)了運(yùn)行的可靠性，減少了人力資源的開支，更讓當(dāng)代企業(yè)迅速適應(yīng)不斷變化的市場要求，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。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。本文就是立足于此，以具體工程實(shí)踐為研究背景，進(jìn)行四自由度碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究，以實(shí)現(xiàn)對(duì)碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，滿足生產(chǎn)實(shí)踐需求。特別是西方發(fā)達(dá)國家?guī)缀跬耆娲巳斯ごa垛。其中下位機(jī)程序運(yùn)用 AcroBasic 語言進(jìn)行模塊化編程以實(shí)現(xiàn)示教、回零、再現(xiàn)、手動(dòng)運(yùn)行、參數(shù)設(shè)置等功能。一方面，隨著企業(yè)集團(tuán)化，生產(chǎn)能力規(guī)?；?，對(duì)碼垛能力的要求不斷提高，傳統(tǒng)的簡單的碼垛機(jī)和人工碼垛已不能滿足生產(chǎn)需要；另一方面，隨著產(chǎn)品生產(chǎn)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(chǎn)品的生產(chǎn)線，這就要求碼垛機(jī)必須具備處理多種產(chǎn)品的能力。 機(jī)器人雖然前期投入較高，但是卻能達(dá)到成本效用最大化，且各家機(jī)器人都在為客戶的成本控制而在產(chǎn)品中不斷加入新的科技成果。經(jīng)過多年的研究開發(fā)，我國的機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)日趨成熟；市場需求在“十五”初期也有了一個(gè)“井噴式”的發(fā)展。從各方面顯示，工業(yè)機(jī)器人正處在迅猛發(fā)展階段，掌握機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)刻不容緩。 本文主要研究內(nèi)容 本文依據(jù)山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所機(jī)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(jī)器人為研究背景。最后一章是對(duì)本篇論文進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié) 。該機(jī)器人包含 4 個(gè)關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn) 4 種運(yùn)動(dòng)：手臂前后運(yùn)動(dòng)、上下運(yùn)動(dòng)、腰部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 因?yàn)?D0F=DFy， D0E=DE+x，則 )a r c ta n (0001 xDE yDFFED ?????? (1) 圖 22 碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡圖 圖 23 機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析示意圖 山東大學(xué)學(xué)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(shí)， C 點(diǎn)坐標(biāo)為 ??? ???? ??? )s in ( )c o s (2121 ????CFyy CFxcc (5) 此時(shí) A 點(diǎn)坐標(biāo)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(shí)解得 ??? ???? xy xxAA 5840 6840 (8) 則有 ????????39。 山東大學(xué)學(xué)士論文 8 第三章 伺服控制方式選擇及仿真 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求 機(jī)器人電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人的伺服電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有： 山東大學(xué)學(xué)士論文 9 ⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。 圖 31 給出了 AC 伺服電機(jī)工作電路的基本組成。 碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡屬于 PTP 型，在運(yùn)動(dòng)過程中末端執(zhí)行器以最快的速度從一點(diǎn)準(zhǔn)確定位到另一點(diǎn)。 位置環(huán)處理時(shí)采用積分 PID 算法。仿真結(jié)果如圖 34，其中第一幅仿真圖讀取的參數(shù)為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)。和圖 41 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)器 伺服驅(qū)動(dòng)器 腰座 關(guān)節(jié) 水平 關(guān)節(jié) 垂直 關(guān)節(jié) 腕部 關(guān)節(jié) 上位機(jī) 觸摸屏 運(yùn)動(dòng)控制器 接近開關(guān) 電磁閥 氣缸 腕部 手爪 山東大學(xué)學(xué)士論文 16 傳統(tǒng)的板卡級(jí)運(yùn)動(dòng)控制卡相比， ACR9000 可脫離工控機(jī)工作 ，穩(wěn)定性好；封閉式結(jié)構(gòu)，抗干擾強(qiáng)；屏蔽電纜連接，屏蔽性好，通訊距離長；體積小巧。 3. 伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī) 選用安川系列產(chǎn)品。上位機(jī)與 ACR9000的通訊是通過 Ether 實(shí)現(xiàn)的。從而實(shí)現(xiàn)由人機(jī)界面控制控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的控制，從而控制機(jī)器人按要求運(yùn)行。 山東大學(xué)學(xué)士論文 21 圖 51 新建窗口 下面我們新建一個(gè)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(diǎn)擊“ OK”按鈕繼續(xù)，彈出新的對(duì)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(duì)話框中選擇所購買的 ACR 控制器型號(hào)，我們手頭的產(chǎn)品是 9000P1U6B0,因此選擇這個(gè)型號(hào)，如圖 53 示： 山東大學(xué)學(xué)士論文 22 圖 53 選擇控制器型號(hào) 單擊“下一步”按鈕，在新彈出的對(duì)話框中保持默認(rèn)設(shè)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(duì)話框主要分成四個(gè)區(qū)域： 山東大學(xué)學(xué)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(cè)是樹形向?qū)?，也是我們?jīng)常要打交道的地方 4. 樹形向?qū)в覀?cè)是主操作界面區(qū)域，其顯示內(nèi)容會(huì)根據(jù)在樹形向?qū)е兴x擇內(nèi)容的不同而變化，我們大部分操作都要在這個(gè)地方進(jìn)行。 Command Output：選擇控制器輸出給驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)類型，“ DAC”代表輸出 +/10V 模擬量（用于驅(qū)動(dòng)器工作于速度和轉(zhuǎn)矩控制下），“ Stepper”代表輸出脈沖加方向信號(hào)（用于驅(qū)動(dòng)器工作于位置控制下）， DAC0/Stepper0 對(duì)應(yīng)控制器的“ AXIS0 ”接口，DAC1/Stepper1 對(duì)應(yīng)于控制器的“ AXIS1”接口，依次類推。 圖 511 編碼器設(shè)置 單擊“ Next”按鈕，彈出圖 512 所示對(duì)話框，該對(duì)話框用于設(shè)置軸比，通過設(shè)置單位，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，及減速機(jī)構(gòu)， ACR 運(yùn)動(dòng)控制器會(huì)自動(dòng)對(duì)軸比進(jìn)行換算。單擊“ Next”繼續(xù)，彈出如圖 516 所示對(duì)話框： 圖 515 伺服參數(shù)設(shè)置 山東大學(xué)學(xué)士論文 30 圖 516 綜合調(diào)試對(duì)話框 該對(duì)話框是一個(gè)綜合調(diào)試對(duì)話框：可以對(duì)硬限位，軟限位設(shè)置，可以讓電機(jī) JOG 試運(yùn)行及對(duì)回零進(jìn)行測(cè)試。在一個(gè) Master 中最多可分配 8 個(gè)軸，且一個(gè)軸只能分配到一個(gè) Master 中。單擊“ Next”按鈕彈出圖 522 所示對(duì)話框： 圖 522 完成對(duì)話框 至此，我們的配置工作全部完成，單擊“ Finish”按鈕將配置下載到控制器中。 AcroBasic 指令請(qǐng)參考相應(yīng)手冊(cè)。TODO: edit your program here PBOOT JOG VEL X10 Y10 ： REM set the speed of gohome JOG ACC X50 Y50 JOG DEC X50 Y50 JOG HOMVF _START IF(xgohome) : REM X GO HOME SET 16152 SET 16153 CLR 16154 JOG HOME X1 WHILE((NOT BIT 16134) AND (NOT BIT 16135)) WEND DWL VEL 圖 526 示教流程圖 否 是 開始示教 手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)器人位姿 是否記錄當(dāng)前點(diǎn) 示教下一點(diǎn) 是否示教結(jié)束 保存示教數(shù)據(jù) 示教結(jié)束 否 是 山東大學(xué)學(xué)士論文 38 X/20 DWL WHILE(1) IF(BIT2) SET 8467 RES X BREAK ENDIF WEND CLR xgohome CLR 8467 CLR 522 ENDIF GOTO START ENDP （ 3）伺服使能控制程序 PROGRAM 39。我們可以把常用的命令保存到終端對(duì)話框右側(cè)的“ User Button”中，這樣當(dāng)按下“ User Button”按鈕后，相對(duì)于發(fā)送了對(duì)應(yīng)的指令。 BIT 變量用來保存 BOOL 型變量，只有真和假兩種狀態(tài)，它包括實(shí)際的物理 I/O 及控制器內(nèi)部定義的 BIT 狀態(tài)。圖 534所示為對(duì)其中的位狀態(tài)切換開關(guān)進(jìn)行設(shè)置的界面。通過該界面可以脫離工控機(jī)直接對(duì)碼垛機(jī)器人進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)示教、再現(xiàn)、參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)運(yùn)行等功能。 (3)末端最大運(yùn)動(dòng)速度：≥ (4)最大高度： (5)運(yùn)動(dòng)半徑： 50cm— 150cm (6)工作速度：手動(dòng)示教直線移動(dòng)速度≤ ，底座和手爪旋轉(zhuǎn)速度≤ 5r/min； 自動(dòng)運(yùn)行直線移動(dòng)速度在 1m/s 左右，底座和手爪旋轉(zhuǎn)速度在 8r/min 左右。通過對(duì)機(jī)器人機(jī)械參數(shù)進(jìn)行分析，建立機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡單幾何模型。包含電氣線路和信號(hào)線路連接兩個(gè)方面。進(jìn)行觸摸屏與控制器之間的通訊連接與調(diào)試。如和外圍檢測(cè)設(shè)備及其它機(jī)器人的協(xié)調(diào)，根據(jù)產(chǎn)品的不同執(zhí)行不同的碼垛程序等問題。 通過本文的研究工作，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了由 ACR9000 控制器和威綸 MT6100iV人機(jī)界面