【正文】 23 程序選擇 山東大學(xué)學(xué)士論文 35 Program 程序是用 AcroBasic 語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)的，功能十分強(qiáng)大，可以充分滿足客戶各種運(yùn)動(dòng)控制的需求。通過(guò)上位機(jī)將位狀態(tài)設(shè)定控件與 BIT128相鏈接，即通過(guò)觸摸屏手動(dòng)操作即可控制使能。參與伺服運(yùn)算的所有參數(shù)都可以在同一個(gè)面板中監(jiān)視到。通過(guò) ACR View 完成對(duì)電機(jī)參數(shù)配置，并實(shí)現(xiàn)JOG 試運(yùn)行。伺服系統(tǒng)有多種運(yùn)動(dòng)控制方式，根據(jù)應(yīng)用背景的不同選擇不同的運(yùn)動(dòng)控制方式。但是由于時(shí)間有限，還存在很多的不足。學(xué)習(xí) EB8000 開(kāi)發(fā)環(huán)境，進(jìn)行人機(jī)界面的相關(guān)設(shè)計(jì)。 本文主要研究?jī)?nèi)容如下： 1)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析。其它狀態(tài)顯示和控制是通過(guò)與相應(yīng)的 BIT 位進(jìn)行鏈接而進(jìn)行的。 3. BIT Status（ BIT 位狀態(tài)監(jiān)視面板） BIT 位狀態(tài)監(jiān)視面板用來(lái)監(jiān)視 ACR 運(yùn)動(dòng)控制器中的全部 BIT 變量狀態(tài)，如圖 530 所示： 圖 530 BIT位狀態(tài)監(jiān)視面板 與 P 變量監(jiān)視面板相同，可以通過(guò)三個(gè)下拉組合框找到所要監(jiān)視的 BIT 變量。Program 0 39。 圖 521 設(shè)置通訊內(nèi)存 單擊該處對(duì)通訊分配空間 分配足夠大的空間 山東大學(xué)學(xué)士論文 34 單擊“ OK”按鈕返回。單擊“ Next”，進(jìn)入如圖 515 所示對(duì)話框， 該對(duì)話框是一個(gè)伺服參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)話框（ ACR1505,ACR8020 無(wú)此對(duì)話框） ,在此可以設(shè)置PID 參數(shù)。 山東大學(xué)學(xué)士論文 26 Axis Name:指定軸的名字，一般保持默認(rèn)。選擇合適的控制器件，進(jìn)行信號(hào)線路和電氣線路的連接。能夠支持市場(chǎng)上大多數(shù)的 PLC，特別是兼容對(duì) ACR9000 控制器的開(kāi)發(fā)，這是其它觸摸屏所不具有的?？梢詫?shí)現(xiàn)兩軸的協(xié)調(diào)控制仿圖 33 機(jī)器人系統(tǒng) MATLAB 仿真原理圖 山東大學(xué)學(xué)士論文 12 真過(guò)程模擬機(jī)器人從點(diǎn) [30,45]到點(diǎn) [30， 45]的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)間為 , 其中參數(shù)設(shè)置為兩路電機(jī)系統(tǒng)位置環(huán) PID 參數(shù)均為 P=32021， D=400，速度環(huán) PID 參數(shù)設(shè)置為 P=，I=10，加速度及減速度均設(shè)為 5000 rpm/s ，減速比設(shè)置為 130。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。 AC 伺服電機(jī)工作原理 目前國(guó)際上的工業(yè)機(jī)器人 90%以上均采用 AC 伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通過(guò)對(duì)模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和計(jì)算獲得機(jī)器人的位姿變換關(guān)系式，為下一步實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的位置精確控制打下基礎(chǔ)。手臂固定在腰部，其中小臂通過(guò)前大臂、后大臂的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)和碼垛作業(yè)。 因此抓 住機(jī)遇，從事相關(guān)控制系統(tǒng)的研究，開(kāi)發(fā)出高性能、低成本、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碼垛機(jī)器人具有廣闊的市場(chǎng)前景，同時(shí)可以進(jìn)一步推進(jìn)自主工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)及推廣使用，對(duì)于提高我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平，都具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義?！笆濉逼陂g是我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 作為物流自動(dòng)化領(lǐng)域的一門(mén)新興技術(shù)，近年來(lái)，碼垛技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。碼垛機(jī)器人以其高效、高精度、占地范圍小等優(yōu)勢(shì)正在快速占領(lǐng)整個(gè)碼垛行業(yè)。s robot industry is still underdevelopment, robots39。雖然2021年的金融危機(jī)使機(jī)器人的生產(chǎn)廠商也受到牽連，機(jī)器人生產(chǎn)和銷售都有所影響，但隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，機(jī)器人行業(yè)也出現(xiàn)回暖的形勢(shì)。自 2021年起 ， 實(shí)施山東省機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展科技重大專項(xiàng) ， 重點(diǎn)支持面向山東省主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)及領(lǐng)域的機(jī)器人關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的實(shí)施。所設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)器人的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。56yyxxAA (9) 如圖 24所示，機(jī)器人碼垛時(shí)，當(dāng)碼垛機(jī)器人搬運(yùn)物品從生產(chǎn)線上的 A（ x0， y0,z0）點(diǎn)到圖 24 碼垛示例圖 山東大學(xué)學(xué)士論文 7 托盤(pán)上的 B（ x1,y1,z1）點(diǎn)時(shí) )arctan(90 111 xy???? （ 10） 水平關(guān)節(jié)移動(dòng)距離為 6/))(( 021211 yyxl ??? （ 11） )5/()( 012 ??? zzl （ 12） 由以上分析可知，給定給定工作區(qū)間上初始 位置和任意一點(diǎn)，即可計(jì)算出各關(guān)節(jié)應(yīng)旋轉(zhuǎn)的角度或位移。 5）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。 （ 2）轉(zhuǎn)矩控制方式：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。 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。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。通過(guò)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。我們單擊左 側(cè)“樹(shù)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(shuō)明 該對(duì)話框是對(duì)“ Configuration Wizard（配置向?qū)В焙?jiǎn)單說(shuō)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(shuō)明了配置需要有哪些步驟，單擊“ Next”按鈕繼續(xù)到下一步。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(kāi)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(kāi)關(guān)，原點(diǎn)開(kāi)關(guān)。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)。通過(guò) ESAVE 命令可以使數(shù)據(jù)斷電 不丟失。 1. Common Status Panel(通用狀態(tài)監(jiān)視面板， ACR1505,ACR8020 無(wú)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。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。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。包括下位機(jī)編程和上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)。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(wèn)題。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。 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(guò)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。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。如圖 527 示?？刂?Master0 中的軸的運(yùn)動(dòng)程序必須編寫(xiě)到program0 中，控制 Master1 中的軸的運(yùn)動(dòng)程序必須編寫(xiě)到 program1 中，依次類推。我們把需要聯(lián)動(dòng)的軸分配到一個(gè) Master中。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。 系統(tǒng)參數(shù)配置流程 ACRView 軟件安裝好之后，我們可以通過(guò)下面的方法來(lái)打開(kāi)。具體線路連接圖如圖 43所示。最后通過(guò) MATLAB仿真，進(jìn)行控制方式驗(yàn)證和參數(shù)調(diào)整。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)。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]。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(lái)說(shuō)明伺服電動(dòng)機(jī)快速響應(yīng)的性能。圖中，DF=140mm， CD=700mm， BC=140mm， AB=700mm， BE=700mm， DE=140mm。第 5章則進(jìn)行相關(guān)軟件的開(kāi)發(fā)，包括運(yùn)用 AcroBasic語(yǔ)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。而在中國(guó)，碼垛機(jī)器人在食品、包裝等行業(yè)才剛開(kāi)始得到應(yīng)用。 ，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。 根據(jù)碼垛控制需求，選擇位置伺服控制，并進(jìn)行相關(guān) MATLAB 仿真。 通過(guò)分析機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，獲得機(jī)器人的幾何模型，通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析，得到運(yùn)動(dòng)變換關(guān)系式。其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 碼垛機(jī)器人不僅能承擔(dān)高負(fù)重，而且速度和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工碼垛。 論文研究意義和目的 日本、美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家碼垛機(jī)器人應(yīng)用廣泛，幾乎遍布整個(gè)相關(guān)行業(yè)。第 4章則重點(diǎn)介紹運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括對(duì)硬件控制器件的選型，線路連接等。當(dāng)機(jī)器人本體處于虛線所示的位置時(shí)，平行四連桿機(jī)構(gòu)的 F0點(diǎn)為坐標(biāo)系的原點(diǎn)， X軸與 A0C0平行。電動(dòng)機(jī)從獲得指令信號(hào)到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)短。 機(jī)器人所采用的 AC 伺服電機(jī)也常常被稱作是 DC 無(wú)刷伺服電機(jī)。電流調(diào)節(jié)器的作用是減小力矩波動(dòng)，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性，并對(duì)最大電流進(jìn)行限定等。并通過(guò)對(duì)反饋環(huán)的分析，獲得所要調(diào)節(jié)的控制參數(shù)。 ACR9000 與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的連接 該連接信號(hào)線路較多，連接起來(lái)比較復(fù)雜。另外為了調(diào)試運(yùn)行方便， ACR View 還提供了很多狀態(tài)監(jiān)視窗口，包括參數(shù)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。 Resolution：指定編碼器精度。 圖 518 坐標(biāo)系分配 不使用的軸設(shè)為NOT Used 單擊該按鈕將四軸加入到 Master0 中 山東大學(xué)學(xué)士論文 32 該對(duì)話框用于把軸分配到坐標(biāo)系（ Master）中。 program0program7 與 Master0Master7（坐標(biāo)系 07）有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 （ 1） Terminal（終端對(duì)話框） 單擊樹(shù)形向?qū)е械?Terminal Emulator，可以打開(kāi)終端對(duì)話框?？梢酝瑫r(shí)支持離線模擬和在線模擬，可以大大節(jié)省設(shè)計(jì)的時(shí)間。通過(guò) EB8000 開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)上位機(jī)界面并與控制器相鏈接 ，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)脫離 PC 機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。 3)運(yùn)動(dòng)控制仿真。 3)由于時(shí)間有限，編寫(xiě)的程序還不是很完善，很多問(wèn)題仍有待解決。通過(guò)學(xué)習(xí)掌握 AcroBasic 語(yǔ)言，學(xué)會(huì)運(yùn)用 ACR View 環(huán)境對(duì) ACR9000 的相關(guān)編程。通過(guò)調(diào)試已達(dá)到預(yù)期要求。 圖 533 EB8000 開(kāi)發(fā)界面 山東大學(xué)學(xué)士論文 44 上位機(jī)界面開(kāi)發(fā) 圖 535 為所設(shè)計(jì)的上位機(jī)人機(jī)界面。 2. Numeric Status（參數(shù)狀態(tài)監(jiān)視面板） 圖 529 參數(shù)狀態(tài)監(jiān)視面板 如 圖 529 所示，參數(shù)狀態(tài)監(jiān)視面板可以監(jiān)視 ACR 運(yùn)動(dòng)控制器中所有 P 變量的狀態(tài)。 （ 2）回零程序 下面是單軸的回零程序，其中 BIT 2是通過(guò)外部原點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)輸入進(jìn)行改變的。程序分配空間可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定。我們這里指定控制器的數(shù)字量輸入通道 0（即 BIT0）用于正限位，當(dāng)我們分配好正限位后，“ Input1”和“ Input2”自動(dòng)分配為負(fù)限位和原點(diǎn)開(kāi)關(guān)。單擊“ Back”按鈕可返回上一步 。具體電氣線路 圖請(qǐng)參見(jiàn)附件 1。所選內(nèi)含 32 位 RISC（精簡(jiǎn)指令集）微處理器，高效快速，功能強(qiáng)大、使用方便、可靠性高、壽命長(zhǎng)、性價(jià)比高。具體仿真模型如圖 33 所示。 主要應(yīng)用于對(duì)速度和位置要圖 31 AC 伺服電機(jī)工作電路基本組成 山東大學(xué)學(xué)士論文 10 求不太嚴(yán)格，對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中。 6）能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件 目前，由于高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交、直流伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用，一般負(fù)載 1000N（相當(dāng) 100kgf）以下的工業(yè)機(jī)器人 大多采用電伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。同理