【正文】 為核心構(gòu)成的碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展 性和兼容性，易于移植到其它種類的機(jī)器人。由于沒有現(xiàn)成的連接實(shí)例可供參考，故在此花費(fèi)了 較大的功夫。 2)對伺服系統(tǒng)控制方式進(jìn)行選擇。 3cm以內(nèi)。 圖 534 位狀態(tài)開關(guān)屬性設(shè)置對話框 選擇 PLC類型 選擇高十六位還是第十六位地址 設(shè) 定控制 PLC地址 設(shè)置開關(guān)屬性 山東大學(xué)學(xué)士論文 45 本章 小結(jié) 本章主要完成對機(jī)器人系統(tǒng)的軟件開發(fā)。通過設(shè)定地址可以控制或讀取相應(yīng)的 BIT 位狀態(tài)，開關(guān)類型為設(shè)定開關(guān)的功能。 山東大學(xué)學(xué)士論文 42 圖 531 CPU 運(yùn)行監(jiān)視面板 5. Servo Loop Status（伺服環(huán)狀態(tài)監(jiān)視面板） 圖 532 伺服環(huán)狀態(tài)監(jiān)視面板 如圖 532 所示：可以通過伺服環(huán)狀態(tài)監(jiān)視面板直觀的監(jiān)視伺服環(huán)的運(yùn)行情況。程序中使用“ Print”語言輸出的內(nèi)容也將顯示到終端對話框中。TODO: edit your program here PBOOT _START IF(BIT 128) SET 8465 SET 8497 SET 8529 SET 8561 ELSE CLR 8465 CLR 8497 CLR 8529 CLR 8561 ENDIF GOTO START ENDP 通過 BIT128 即可同時(shí)控制四個(gè)伺服驅(qū)動的使能。 軟件編寫流程 控制系統(tǒng)下位機(jī)程序主要工作流程如圖 525 所示 其中所有的程序流程都是通過改變相應(yīng)的 P 參數(shù)和 BIT 位進(jìn)行控制和選擇的。以后如果不更換電機(jī)，就無需再對電機(jī)軸進(jìn)行配置。單擊“ Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖 519 所示對話框。 對“ Y”軸的配置與“ X”軸步驟完全一樣，不同的是，在輸出信號類型處選擇“ Stepper1（采用位置控制方式，發(fā)送脈沖）”，其他與“ X”軸配置類似，可參考“ X”。我們單擊“ Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖 513 所示對話框，該對話框用于設(shè)置硬限位，軟限位及位置誤差的限制。單擊“ Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖 511 所示對話框，該對話框用于對位置環(huán)及速度環(huán)的編碼器進(jìn)行設(shè)置。 我們選擇以太網(wǎng)， IP 設(shè)為 ，點(diǎn)擊 Connect 使電腦與 ACR9000 連接。含有配置向?qū)鬼?xiàng)目的建立更為簡易，可以將系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置好以備控制器隨時(shí)進(jìn)行對運(yùn)動和代碼的開發(fā)。需要配合使用繼電器器，開關(guān)，急停按鈕等。輸出 0230V，輸出功率為 230W 伺服電機(jī)根據(jù)關(guān)節(jié)位置的不同，工作性能要求也不相同。（可選項(xiàng)） 控制信號 模擬輸出 可輸出到 8 路， 16 位模擬量 步進(jìn)輸出 可輸出到 8 路，最高頻率 表 1 ACR9000 規(guī)格參數(shù)說明 山東大學(xué)學(xué)士論文 17 輸入輸出 編碼器輸入 可輸入到 10 路正交編碼器信號， 20MHz。第二幅和第三幅讀取的分別是兩路伺服電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，從上到下依次為電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、回轉(zhuǎn)速度。 離散化 PID 控制算式為： )]1()([)()()( 0 ?????? ? kekeKieKkeKkU dniip 其中， k 為采樣序列號， k=0， 1， 2．．．； Kp、 Ki、 Kd 分別表示比例、微分、積分系數(shù)。 位置伺服系統(tǒng) 關(guān)節(jié)單元 位置伺服 控制系統(tǒng)工作原理 如圖 32 位置給定信號與位置反饋信號之差值通過調(diào)節(jié)器進(jìn)行動態(tài)校正，然后送至速率調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器，即經(jīng)過外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)三個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)器的校正再由模擬功率接口驅(qū)動伺服電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)位置伺服控制。通過控制驅(qū)動電路的脈沖信號通斷來實(shí)現(xiàn)對電機(jī)運(yùn)動的控制 [5]. 伺服控制方式選擇 一般伺服包含三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。 ⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。 4）調(diào)速范圍寬。特別是像機(jī)器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動機(jī)必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的短時(shí)過載能力。39。水平和垂直方向的運(yùn)動是通過由前大臂、后大臂、大臂連桿、小臂四個(gè)構(gòu)件組成的平行四邊形實(shí)現(xiàn)的，而腕部是由小臂、輔助連桿、腕部、三角架構(gòu)成的連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動中保持水平的。同時(shí)說明了課題的主要研究意義及研究內(nèi)容。第 1章 主要對選題背景和研究內(nèi)容及意義進(jìn)行概述，介紹國內(nèi)外碼垛機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀以及本文研究的目的和意義。 山東省近日出臺指導(dǎo)意見 ,從政策與資金方面促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展 ,促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)盡快成長為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。 但是，從整體上說我國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還很薄弱，機(jī)器人的研究依然任重而道遠(yuǎn)。目前日本已經(jīng)有 130余家專業(yè)的機(jī)器人生產(chǎn)制造商。作為工業(yè)機(jī)器人的典型的一種 , 繼 70年代末日本將其用于碼垛行業(yè)以來，碼垛機(jī)器人在工業(yè)應(yīng)用，尤其是包裝領(lǐng)域和物流領(lǐng)域正發(fā)揮著越來越大的作用。 關(guān)鍵詞： 碼垛機(jī)器人，控制系統(tǒng)，位置伺服控制， AcroBasic 語言，模塊化編程 山東大學(xué)學(xué)士論文 III Abstract As a new technology in logistics automation area, in recent years, stacking technology has experienced a rapid growth. With their high performance, high precision and small area advantages, stacking robots are quickly capturing the entire palletizing industry. Especially in the western developed countries, palletizing robots almost pletely replaced the manual stack. Since the tackle hardnut problems in science and technology during China39。然而，從整體上說我國的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還很薄弱，機(jī)器人的研究依然任重而道遠(yuǎn)。從“七五”科技攻關(guān)開始，我國將工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用工程作為研究開發(fā)重點(diǎn)之一，實(shí)現(xiàn)了中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“從無到有”。上位機(jī)通過將相關(guān)控件與相應(yīng)地址相鏈接實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)的控制。另外，隨著大型物資批發(fā)配送中心的出現(xiàn)，需要為成千上萬個(gè)用戶按訂單配送產(chǎn)品，這就要求碼垛機(jī)具有混合碼垛的能力， 所有這些都為碼垛機(jī)器人的發(fā)展提供了機(jī)會。 5. 可以與其它檢測設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，構(gòu)成現(xiàn)代化得自動生產(chǎn)線，大大提高企業(yè)自動化水平，提高了生產(chǎn)效率，增強(qiáng)企業(yè)競爭力 圖 11 碼垛過程示意圖 山東大學(xué)學(xué)士論文 2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 目前歐、美、日的碼垛機(jī)器人在全 球市場的占有率均超過了 90％，在機(jī)器人國際市場中占領(lǐng)份額最大的是日本，其生產(chǎn)、使用及銷售一直處于全球領(lǐng)先位置。此外我國也已經(jīng)形成了以新松為代表的一些具有一定競爭力的機(jī)器人公司和產(chǎn)業(yè)化基地。 另外，國家 對機(jī)器人行業(yè)發(fā)展日益重視。主要研究碼垛機(jī)器人的控制方案、控制算法，以及運(yùn)用 PARKER ACR9000對伺服驅(qū)動器進(jìn)行控制，運(yùn)用威綸 MT6100iv觸摸屏進(jìn)行上位機(jī)的開發(fā)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了碼垛機(jī)器人的相關(guān)發(fā)展背景，并對國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了描述。在運(yùn)動的極限位置都安裝有限位開關(guān)。39。 對工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動的電動機(jī)，要求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。 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(jī)的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時(shí)還需轉(zhuǎn)速與控制信號成正比或近似成正比。 ⑵定子繞組散熱比較方便。交流電源通過整流濾波后再經(jīng)過PWM 逆變器輸出交流信號，形成旋轉(zhuǎn)的磁場，從而使電機(jī)運(yùn)動。機(jī)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(jī)器人關(guān)節(jié)點(diǎn)選擇位置伺服控制方式以保證末端定位精度。通過調(diào)節(jié)比例、積分、微分的參數(shù)，可以使伺服電機(jī)獲得較好的動態(tài)性能，使實(shí)際位置與期望位置偏差較小，從而使系統(tǒng)保持較高的運(yùn)動精度。從上到下讀取參數(shù)依次為轉(zhuǎn)矩、加速度、運(yùn)動速度、位置。 ACR9000 的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面 （ 1）穩(wěn)定，可靠的硬件結(jié)構(gòu) （ 2）直觀、友善的調(diào)試開發(fā)界面（ ACRVIEW） （ 3）靈活、簡便的編程功能 （ 4）強(qiáng)大、開放的 PID 算法 （ 5）強(qiáng)勁、多樣的運(yùn)動及插補(bǔ)功能 （ 6）針對不通應(yīng)用領(lǐng)域提供的特殊功能 （ 7）強(qiáng)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(shù)說明如表 1 所示 硬件 控制軸數(shù) 2 ， 4 ， 6or8 軸（選用的為 6軸） 處理器 32 位浮點(diǎn) DSP150MFLOPS/75MHz 軌跡運(yùn)算 64bit 精確度 用戶存儲區(qū) 1MB 內(nèi)存，用于保存用戶的程序和設(shè)置的參數(shù) 固件 閃存 外形尺寸 ” W ” H ” D(24axes), ” w ” H ” D(68axes) 操作系統(tǒng) 多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 電池 可選備份電池使用戶程序和參數(shù)不易丟失 性能 多任務(wù) 8 個(gè)坐標(biāo)系 /16 個(gè)正本程序 /8 個(gè)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(shí)間 插補(bǔ) 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(gè)串行端口（ RS232 and/or RS422 ） Ether 10/100BaseT USB CANopen DS401 協(xié)議，用于 I/O 擴(kuò)展。驅(qū)動器型號為 SGDM10ADA，輸入電壓為 200230V，最大輸入電流為 7A。 電氣線路連接 主要是主電路控制柜配線。 山東大學(xué)學(xué)士論文 20 第五章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 下位機(jī)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。 當(dāng)新建一個(gè)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(shè)置窗口 在這個(gè)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(yùn)動控制器 Serial：串口，在后面指定與運(yùn)動控制器連接的 PC 機(jī)的串口號，及通訊速率 Ether：以太網(wǎng)，在后面輸入 ACR9000 的 IP 地址， ACR9000 出廠默認(rèn)的 IP 地址為 USB：電腦通過 USB 與 ACR9000 通訊。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(jī)及驅(qū)動 該對話框用于選擇驅(qū)動器和電機(jī)：我們這里用的是安川驅(qū)動器和電機(jī)，我們要在相應(yīng)的選擇框里選擇“ Other”。我們按照圖 512 所示進(jìn)行配置即可，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，平臺即運(yùn)行 5mm。單擊“ Next”，至此，我們已經(jīng)完成了對于“ X”軸的配置。 ACR 系列控制器最多 支持 8 個(gè) Master（坐標(biāo)系）。配置文件將保存到控制器的 EEPROM 中。 在程序調(diào)試時(shí)可設(shè)置斷點(diǎn)，或單步調(diào)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(xué)學(xué)士論文 36 在 Terminal 面板中監(jiān)視程序的運(yùn)行狀況；可以為程序添加注釋，可以在線對電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動控制，可以實(shí)現(xiàn) JOG 試運(yùn)行。Program 7 39。在終端對話框中還可以監(jiān)視，跟蹤程序的運(yùn)行。 4. CPU Load Status（ CPU運(yùn)行監(jiān)視面板） CPU運(yùn)行監(jiān)視面板用來監(jiān)視當(dāng)前控制器 CPU的運(yùn)行情況，如圖 531 所示： 該面板類似于計(jì)算機(jī)中任務(wù)管理器的性能監(jiān)視面板。通過選擇 PLC 選擇位狀態(tài)切換開關(guān)所要寫入或讀取的 PLC類型。通過狀態(tài)和坐標(biāo)顯示可以實(shí)時(shí)觀察機(jī)器人的運(yùn)動狀態(tài)。 (7)系統(tǒng)連續(xù)工作不低于 20 個(gè)周期時(shí)碼垛誤差在177。進(jìn)行相關(guān)運(yùn)動分析，確定末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與原點(diǎn)坐標(biāo)系的運(yùn)動變換關(guān)系，從而獲得機(jī)器人的相關(guān)運(yùn)動參數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人進(jìn)行精確 控制。重點(diǎn)對信號線路特別是 ACR9000 與伺服驅(qū)動器之間的線路進(jìn)行了研究。實(shí)現(xiàn)由觸摸屏對碼垛機(jī)器人的示教、保存、再現(xiàn)及相關(guān)參數(shù)設(shè)置等功能。 山東大學(xué)學(xué)士論文 49 致