【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)就有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)之分。 圖 21 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 如上圖 21 所示，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中就有若干個(gè)不同的組成部 分，這當(dāng)中最重要部件當(dāng)屬運(yùn)動(dòng)控制卡。除此之外，還有其他部件。比如 :用來(lái)接線(xiàn)的端子板、驅(qū)動(dòng)器等。除了運(yùn)動(dòng)和控制部件，比如接線(xiàn)、機(jī)械傳動(dòng)部件等。 運(yùn)動(dòng)控制卡在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用就相當(dāng)于人腦在人體中的作用，它控制著其他部件的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)發(fā)出指令使其他部件發(fā)生響應(yīng)，它是一種控制裝置。 4 在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中還需要計(jì)算機(jī)的配合，通過(guò)編程軟件在計(jì)算機(jī)中編制運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制界面及調(diào)用程序添加到界面中每個(gè)命令控件，與此同時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡的不能單獨(dú)使用，控制卡安裝在計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)，具體的安裝步驟可以查看相關(guān)說(shuō)明書(shū)。 在運(yùn)動(dòng)控制 系統(tǒng)中還有一種裝置，它就是分線(xiàn)板，連接導(dǎo)線(xiàn)用途的，在這運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中所有的信號(hào)都是通過(guò)之間的接線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，要確保路線(xiàn)的正確安裝，使線(xiàn)路看起來(lái)清晰明了、不纏繞、不混亂。如果接線(xiàn)端口弄錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)法正確安裝，甚至有可能會(huì)燒毀部件。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式，如圖 22 所示的是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)這個(gè)圖，我們可以清晰的看到整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是單向的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中沒(méi)有任何的反饋。在這種情況下，說(shuō)明不需要對(duì)輸出量進(jìn)行檢測(cè)，在我們?nèi)粘５纳钪?，步進(jìn)電機(jī)就是這種典型的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的代表。這種開(kāi)環(huán) 控制系統(tǒng)價(jià)錢(qián)不高、但是精度不怎么高，維修費(fèi)用比較低。 圖 22 開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 如下圖 23 就是閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過(guò)這個(gè)圖，我們可以清楚的看到整個(gè)運(yùn)動(dòng)控系統(tǒng)并不是單向的運(yùn)動(dòng)，在輸出端有部分輸出信號(hào)返回與輸入值進(jìn)行比較，這就是閉環(huán)控制系統(tǒng)。部分或者全部的輸出信號(hào)通過(guò)返回到輸入端信號(hào)處，與之進(jìn)行比較，找出它們之間的信號(hào)誤差，然后輸出值逐漸向預(yù)定值靠近，縮小過(guò)程中的誤差，得到更加的準(zhǔn)確值。相比于開(kāi)環(huán)，閉環(huán)就多了個(gè)反饋環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)的輸出值更加準(zhǔn)確，減 少外界干擾和系統(tǒng)內(nèi)部誤差，在我們?nèi)粘Ｉ钪?，伺服電機(jī)就是常用的閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的代表。 5 圖 23 閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 GT 系列運(yùn)動(dòng)控制器 本次控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是在 GT 控制卡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，它最多同時(shí)控制 4根軸的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于這次設(shè)計(jì)的兩關(guān)節(jié)機(jī)械手，這個(gè)控制卡完全勝任。與此同時(shí)，控制卡給編程的人提供了一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，里面有很多實(shí)用的函數(shù)。這大大的減少了我們的工作量，只需要熟悉并正確調(diào)用相關(guān)函數(shù)即可完成任務(wù)。 圖 24 控制器中器件位置圖 本次設(shè)計(jì)使用控制卡是 GT400SVPCI，這種運(yùn)動(dòng)控制卡包括四種運(yùn)動(dòng)模式 :S曲線(xiàn)模式、 T曲線(xiàn)模式、 V速度模式、電子齒輪模式。 兩 軸協(xié)調(diào)直線(xiàn)和 曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。 最值得一提是本次使用的 GT400SVPCI 運(yùn)動(dòng)控制卡是一種開(kāi)放式數(shù)字控制方式，用戶(hù)可以根據(jù)自己實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)新的功能，控制卡外形如下圖 25 所示。 6 圖 25 GT400PCI 運(yùn)動(dòng)控制卡 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器簡(jiǎn)單的說(shuō)就是一種信號(hào)放大器，把放大后的各種信號(hào)用來(lái)控制伺服電機(jī)，它的作用相當(dāng)于我們?nèi)粘Ｉ钪凶冾l器作用于馬達(dá)一樣。屬于整個(gè)伺服系統(tǒng)的一部分，一般情況下是經(jīng)過(guò)三種方式達(dá)到控制伺服電機(jī)的目的：對(duì)位置、速度和力矩。 伺服電機(jī) 一般伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成： ， ， 3.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 4 檢測(cè)元件及反饋電路 【 1】 。 伺服電機(jī)就是這個(gè)系統(tǒng)中的第二個(gè)部分，充當(dāng)執(zhí)行元件。它不僅可以控制速度，與此同時(shí)，還可以控制位置，精度十分準(zhǔn)確，它在某種意義上就是一種信號(hào)轉(zhuǎn)換元件。 伺服電機(jī)把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電機(jī)輸出軸所需的角位移和角速度。 與此同時(shí)，通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)把軸本來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)變成機(jī)械手關(guān)節(jié)的直線(xiàn)移動(dòng)。至于移動(dòng)多少距離，主要根據(jù)這個(gè)傳動(dòng)比來(lái)確定，伺服電機(jī)的后部有一個(gè)部件，那就是編碼器，它的主要作用就是反饋。 7 兩關(guān)節(jié)機(jī)械手 兩關(guān)節(jié)機(jī)械手是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的最后一環(huán)，它是使預(yù)先設(shè)置的軌跡產(chǎn)生的部件，但要實(shí)現(xiàn)正確的軌跡，是需要步驟的，首先我們要運(yùn)用微軟公司開(kāi)發(fā)的 在計(jì)算機(jī)上編制運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的控制界面，并調(diào)用固高科技的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)里的函數(shù)把它們添加到控制界面的命令控 件中，然后導(dǎo)入到運(yùn)動(dòng)控制卡里，從而通過(guò)它向驅(qū)動(dòng)器發(fā)出一系列的運(yùn)動(dòng)指令，接著就是用驅(qū)動(dòng)器放大后的信號(hào)來(lái)控制伺服電機(jī)，從而控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。 兩關(guān)節(jié)機(jī)械手就是說(shuō)這個(gè)機(jī)械手臂有 2 個(gè)自由度，可以在兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，至于手爪的夾緊和松開(kāi)只是兩個(gè)狀態(tài)。 在這其中，我們要把兩關(guān)節(jié)和相應(yīng)的二維坐標(biāo)一一對(duì)應(yīng)，形成一個(gè)正確的映射，使運(yùn)動(dòng)軌跡正確表達(dá)。 安裝步驟 圖 26 板卡與端子板之間連接圖 將我們所用的控制卡導(dǎo)入程序后，再插入計(jì)算機(jī)的主機(jī)內(nèi)。按照說(shuō)明書(shū)所寫(xiě)步驟一 步步正確 的安裝，一定要仔仔細(xì)細(xì)的檢查，然后在連好線(xiàn)后 注意關(guān)掉電源，控 制卡要輕拿輕放，在安裝之前使用者要認(rèn)真的檢查 設(shè)備是否接 地，就要看看接地的金屬，防止有 靜電損 壞這 類(lèi)的問(wèn)題影 響我們所 用的 GT系列運(yùn)動(dòng)控制卡，否則就有可能弄壞計(jì)算機(jī)和 我們用的運(yùn)動(dòng)控制卡，在安裝的過(guò) 程中要用到的工具 要提前 準(zhǔn)備好，待安裝好運(yùn)動(dòng)控 制卡后，裝好計(jì)算機(jī)的 主機(jī)箱，重新啟動(dòng)電腦，查看板卡是否能無(wú)問(wèn)題的來(lái)工作。 8 安裝控制器的驅(qū)動(dòng)通 訊。按照說(shuō)明 書(shū)上的步驟仔仔細(xì)細(xì)的完成，要弄清計(jì)算機(jī)上安裝的 位置，不要安裝在其他不對(duì)的地方，否則就弄 不好安裝 安裝好之后不能 無(wú)問(wèn)題運(yùn)行程序。該部分會(huì)有一些光盤(pán)指導(dǎo)，按照上面的指導(dǎo)完成安裝過(guò)程。 建立計(jì)算機(jī)的主機(jī)與板卡之間的聯(lián)系。運(yùn)行 附帶的 程序，如果能無(wú)問(wèn)題運(yùn)行的話(huà)，就說(shuō)明我們的安裝不存在毛??；如果有問(wèn)題的話(huà)，那就需要多次檢查和重新安裝。 連接本次設(shè)計(jì)所用電機(jī)和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器。連接驅(qū)動(dòng)器和伺服電機(jī)這一步驟一定要在驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)控制卡之前，查看伺服電機(jī)目的是看看有沒(méi)有負(fù)載，保證這一安裝過(guò)程中的安全。按照所給的說(shuō)明書(shū) 指示的要求進(jìn)行安裝，在安裝好了后一定不能忘的工作，那就是要測(cè)試伺服電機(jī)和它的驅(qū)動(dòng)器。 連接我們用的控制卡和端子板。在安裝它們之前，別忘了關(guān)閉電腦的電源，防止發(fā)生不測(cè)。仔細(xì)了解 各個(gè)端口的作用，千萬(wàn)不能在帶電的情況下隨意的插拔接口。將兩條電纜按照所給的要求連在相應(yīng)的地方，不要弄錯(cuò)。 接線(xiàn)。 ⑴ 連接端子板電源 圖 27 端子板的電源連接示意圖 ⑵ 專(zhuān)用輸入、輸出連接方法 9 圖 28 專(zhuān)用輸入，輸出連接圖 ⑶ 編碼器輸入連接方法 圖 29 編碼器輸入連接示意圖 10 ⑷ 模擬輸入連接方法，如下圖 圖 210 模擬的輸入連接示意圖 第三章 系統(tǒng)控制界面的制作及程序的編寫(xiě) VC++編程 介紹 Visual C++中的有相當(dāng)多的功能，經(jīng)過(guò)多年的變化和發(fā)展， VC++也發(fā)生了許多改變，當(dāng)然它所具備的能力是越來(lái)越多了，值得一提的是，在 VC++中增加了一個(gè)新的作用： MFC 可視化的編程，它就是我們這 次設(shè)計(jì)所用到的功能。由它的名字我們就可以知道，也就是說(shuō)使用它就可以非常清晰明了看到的編寫(xiě)界面，不用再花時(shí)間去想象它應(yīng)該有的種種情況。下面我們來(lái)動(dòng)手看看 VC++的 MFC 可視化編程，它所具備的一些基本的部分。首先我們就從一開(kāi)始的地方說(shuō)起，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)某種功能的話(huà)，首先就要構(gòu)建一個(gè)工程。 VC＋＋在建立好界面時(shí)，它會(huì)自動(dòng)生成許許多多的東西，這些東西給編程序的人帶來(lái)了福利，節(jié)省了我們的編程時(shí)間和精力。它的結(jié)構(gòu)很清晰，能幫助我們理清一些頭緒，帶著我們慢慢的去了解這個(gè)編程軟件，如下圖 所示，在這個(gè)編程序的界面中又分 為 3 個(gè)部分，第一部分是項(xiàng)目工作區(qū)，它有三個(gè)視圖：類(lèi)、資源、文件 【 2】 ；第二個(gè)部分，就是 11 編程序的人寫(xiě)代碼的地方了，我們?cè)谶@里面，不僅可以寫(xiě)新的我們所需要的代碼，與此同時(shí)，我們也可以修改以前的代碼；第三個(gè)部分，這個(gè)地方是用作顯示的，顯示我們調(diào)試、運(yùn)行之后的結(jié)果。如果出現(xiàn)一些什么錯(cuò)誤和一些警告，都會(huì)出現(xiàn)在這里面了，當(dāng)我們雙擊這個(gè)地方的錯(cuò)誤提示之后，在我們編寫(xiě)代碼的地方的左側(cè)就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)黑色的類(lèi)似標(biāo)簽的東西，用來(lái)顯示錯(cuò)誤在哪一行。當(dāng)然，這僅僅是最基本的一些東西，這里面還有許許多多的要去琢磨。 圖 31 V C++窗口界面 我們本次設(shè)計(jì)僅僅是大體的學(xué)習(xí)一下 VC++的建立過(guò)程和包含的最基本的內(nèi)容。 VC++這個(gè)軟件中， MFC 是一個(gè)極其有用的工具，由于其能夠自動(dòng)生成一些部分代碼，所以降低了編寫(xiě)代碼的復(fù)雜性和難度，而且能夠與微軟公司的一些應(yīng)用程序相關(guān)聯(lián)。用 VC++來(lái)編寫(xiě)代碼，如果有一定的 C 語(yǔ)言功底，因?yàn)檫@ 畢竟是在 C語(yǔ)言上發(fā)展而來(lái)的，會(huì)更加輕松。但是它們中間也有著相當(dāng)大的不同，包括編寫(xiě)用的語(yǔ)言的思路，函定義的方法，編寫(xiě)代碼的不同等等。由于 VC++的可移植性，它的適用性就很廣，更重要的是 VC++中的功能也變的很多了，比如加圖片、滾動(dòng)條之類(lèi)的，還可以進(jìn)行自己個(gè)性設(shè)置，比如改變字體和字型等，改變字的顏色與對(duì)話(huà)框中控件的顏色，相比 C 語(yǔ)言有很大的優(yōu)勢(shì)，深入使用后會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的且有實(shí)際作用的功能。 12 控制界面的編制 當(dāng)我們要編制控制界面時(shí)，我們第一步就是要建立這個(gè)編制的環(huán)境。 第一步，我 們就需要打開(kāi) VC 這個(gè)軟件，點(diǎn)擊新建，就會(huì)出現(xiàn)下圖 所示的那樣，接著我們?cè)冱c(diǎn)擊 projects 這個(gè)選項(xiàng)，就會(huì)出現(xiàn)好多個(gè)類(lèi)型項(xiàng)目，我們需要的是點(diǎn)擊 MFC AppWizard[exe]這個(gè)項(xiàng)目，接下來(lái)我們?cè)趯?duì)話(huà)框的左邊填上我們所需創(chuàng)建工程的名字和保存的地方。寫(xiě)好這些之后，我們所要做的就是點(diǎn)擊 OK，那么接下來(lái)有會(huì)出現(xiàn)許多詢(xún)問(wèn)框，我們只需默認(rèn)就行了，只有在一個(gè)地方，我們要注意一下，那就是我們要?jiǎng)?chuàng)建的是一個(gè)對(duì)話(huà)框而不是文檔類(lèi)型的。 圖 32 新建工程窗口 第二步，我們就要添加控制界面中的控 件，首先我們就要了解這個(gè)控制界