【文章內(nèi)容簡介】 運動控制系統(tǒng)就有開環(huán)和閉環(huán)之分。 圖 21 運動控制系統(tǒng)的組成 如上圖 21 所示，運動控制系統(tǒng)中就有若干個不同的組成部 分，這當(dāng)中最重要部件當(dāng)屬運動控制卡。除此之外，還有其他部件。比如 :用來接線的端子板、驅(qū)動器等。除了運動和控制部件，比如接線、機械傳動部件等。 運動控制卡在運動控制系統(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動。通過發(fā)出指令使其他部件發(fā)生響應(yīng)，它是一種控制裝置。 4 在運動控制系統(tǒng)中還需要計算機的配合，通過編程軟件在計算機中編制運動控制系統(tǒng)的控制界面及調(diào)用程序添加到界面中每個命令控件，與此同時運動控制卡的不能單獨使用，控制卡安裝在計算機主機內(nèi)，具體的安裝步驟可以查看相關(guān)說明書。 在運動控制 系統(tǒng)中還有一種裝置，它就是分線板，連接導(dǎo)線用途的，在這運動控制系統(tǒng)中所有的信號都是通過之間的接線來實現(xiàn)的，要確保路線的正確安裝，使線路看起來清晰明了、不纏繞、不混亂。如果接線端口弄錯會導(dǎo)致運動控制系統(tǒng)無法正確安裝，甚至有可能會燒毀部件。 運動控制系統(tǒng)中有開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式，如圖 22 所示的是開環(huán)控制系統(tǒng)，通過這個圖，我們可以清晰的看到整個運動控制系統(tǒng)是單向的運動。在這個過程當(dāng)中沒有任何的反饋。在這種情況下，說明不需要對輸出量進行檢測，在我們?nèi)粘５纳钪?，步進電機就是這種典型的開環(huán)控制系統(tǒng)的代表。這種開環(huán) 控制系統(tǒng)價錢不高、但是精度不怎么高，維修費用比較低。 圖 22 開環(huán)運動控制系統(tǒng)的組成 如下圖 23 就是閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過這個圖，我們可以清楚的看到整個運動控系統(tǒng)并不是單向的運動，在輸出端有部分輸出信號返回與輸入值進行比較，這就是閉環(huán)控制系統(tǒng)。部分或者全部的輸出信號通過返回到輸入端信號處，與之進行比較，找出它們之間的信號誤差，然后輸出值逐漸向預(yù)定值靠近，縮小過程中的誤差，得到更加的準(zhǔn)確值。相比于開環(huán)，閉環(huán)就多了個反饋環(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?，伺服電機就是常用的閉環(huán)運動控制系統(tǒng)的代表。 5 圖 23 閉環(huán)運動控制系統(tǒng)的組成 GT 系列運動控制器 本次控制系統(tǒng)設(shè)計，就是在 GT 控制卡的基礎(chǔ)上進行的，它最多同時控制 4根軸的運動。對于這次設(shè)計的兩關(guān)節(jié)機械手，這個控制卡完全勝任。與此同時，控制卡給編程的人提供了一個動態(tài)鏈接庫，里面有很多實用的函數(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)計使用控制卡是 GT400SVPCI，這種運動控制卡包括四種運動模式 :S曲線模式、 T曲線模式、 V速度模式、電子齒輪模式。 兩 軸協(xié)調(diào)直線和 曲線運動。 最值得一提是本次使用的 GT400SVPCI 運動控制卡是一種開放式數(shù)字控制方式，用戶可以根據(jù)自己實際需要進行擴充，實現(xiàn)新的功能，控制卡外形如下圖 25 所示。 6 圖 25 GT400PCI 運動控制卡 伺服電機驅(qū)動器 伺服電機驅(qū)動 器簡單的說就是一種信號放大器，把放大后的各種信號用來控制伺服電機，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。屬于整個伺服系統(tǒng)的一部分，一般情況下是經(jīng)過三種方式達(dá)到控制伺服電機的目的：對位置、速度和力矩。 伺服電機 一般伺服驅(qū)動系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成： ， ， 3.傳動機構(gòu)， 4 檢測元件及反饋電路 【 1】 。 伺服電機就是這個系統(tǒng)中的第二個部分，充當(dāng)執(zhí)行元件。它不僅可以控制速度，與此同時，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轉(zhuǎn)換元件。 伺服電機把電壓信號轉(zhuǎn)化為電機輸出軸所需的角位移和角速度。 與此同時，通過齒輪齒條機構(gòu)把軸本來的轉(zhuǎn)動變成機械手關(guān)節(jié)的直線移動。至于移動多少距離，主要根據(jù)這個傳動比來確定，伺服電機的后部有一個部件，那就是編碼器，它的主要作用就是反饋。 7 兩關(guān)節(jié)機械手 兩關(guān)節(jié)機械手是運動控制系統(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，但要實現(xiàn)正確的軌跡，是需要步驟的，首先我們要運用微軟公司開發(fā)的 在計算機上編制運動控制系統(tǒng)的控制界面，并調(diào)用固高科技的動態(tài)鏈接庫里的函數(shù)把它們添加到控制界面的命令控 件中，然后導(dǎo)入到運動控制卡里，從而通過它向驅(qū)動器發(fā)出一系列的運動指令，接著就是用驅(qū)動器放大后的信號來控制伺服電機，從而控制機械手運動。 兩關(guān)節(jié)機械手就是說這個機械手臂有 2 個自由度，可以在兩個方向運動，至于手爪的夾緊和松開只是兩個狀態(tài)。 在這其中，我們要把兩關(guān)節(jié)和相應(yīng)的二維坐標(biāo)一一對應(yīng)，形成一個正確的映射，使運動軌跡正確表達(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，再插入計算機的主機內(nèi)。按照說明書所寫步驟一 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 類的問題影 響我們所 用的 GT系列運動控制卡，否則就有可能弄壞計算機和 我們用的運動控制卡，在安裝的過 程中要用到的工具 要提前 準(zhǔn)備好，待安裝好運動控 制卡后，裝好計算機的 主機箱，重新啟動電腦，查看板卡是否能無問題的來工作。 8 安裝控制器的驅(qū)動通 訊。按照說明 書上的步驟仔仔細(xì)細(xì)的完成，要弄清計算機上安裝的 位置，不要安裝在其他不對的地方，否則就弄 不好安裝 安裝好之后不能 無問題運行程序。該部分會有一些光盤指導(dǎo)，按照上面的指導(dǎo)完成安裝過程。 建立計算機的主機與板卡之間的聯(lián)系。運行 附帶的 程序，如果能無問題運行的話，就說明我們的安裝不存在毛?。蝗绻袉栴}的話，那就需要多次檢查和重新安裝。 連接本次設(shè)計所用電機和相應(yīng)的驅(qū)動器。連接驅(qū)動器和伺服電機這一步驟一定要在驅(qū)動器和運動控制卡之前，查看伺服電機目的是看看有沒有負(fù)載，保證這一安裝過程中的安全。按照所給的說明書 指示的要求進行安裝，在安裝好了后一定不能忘的工作，那就是要測試伺服電機和它的驅(qū)動器。 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。仔細(xì)了解 各個端口的作用，千萬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。 接線。 ⑴ 連接端子板電源 圖 27 端子板的電源連接示意圖 ⑵ 專用輸入、輸出連接方法 9 圖 28 專用輸入，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 VC++編程 介紹 Visual C++中的有相當(dāng)多的功能，經(jīng)過多年的變化和發(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越多了，值得一提的是，在 VC++中增加了一個新的作用： MFC 可視化的編程，它就是我們這 次設(shè)計所用到的功能。由它的名字我們就可以知道，也就是說使用它就可以非常清晰明了看到的編寫界面，不用再花時間去想象它應(yīng)該有的種種情況。下面我們來動手看看 VC++的 MFC 可視化編程，它所具備的一些基本的部分。首先我們就從一開始的地方說起，要實現(xiàn)一個某種功能的話，首先就要構(gòu)建一個工程。 VC＋＋在建立好界面時，它會自動生成許許多多的東西，這些東西給編程序的人帶來了福利，節(jié)省了我們的編程時間和精力。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編程軟件，如下圖 所示，在這個編程序的界面中又分 為 3 個部分，第一部分是項目工作區(qū)，它有三個視圖：類、資源、文件 【 2】 ；第二個部分，就是 11 編程序的人寫代碼的地方了，我們在這里面，不僅可以寫新的我們所需要的代碼，與此同時，我們也可以修改以前的代碼；第三個部分，這個地方是用作顯示的，顯示我們調(diào)試、運行之后的結(jié)果。如果出現(xiàn)一些什么錯誤和一些警告，都會出現(xiàn)在這里面了，當(dāng)我們雙擊這個地方的錯誤提示之后，在我們編寫代碼的地方的左側(cè)就會出現(xiàn)一個黑色的類似標(biāo)簽的東西，用來顯示錯誤在哪一行。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)計僅僅是大體的學(xué)習(xí)一下 VC++的建立過程和包含的最基本的內(nèi)容。 VC++這個軟件中， MFC 是一個極其有用的工具，由于其能夠自動生成一些部分代碼，所以降低了編寫代碼的復(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++來編寫代碼，如果有一定的 C 語言功底，因為這 畢竟是在 C語言上發(fā)展而來的，會更加輕松。但是它們中間也有著相當(dāng)大的不同，包括編寫用的語言的思路，函定義的方法，編寫代碼的不同等等。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、滾動條之類的，還可以進行自己個性設(shè)置，比如改變字體和字型等，改變字的顏色與對話框中控件的顏色，相比 C 語言有很大的優(yōu)勢，深入使用后會發(fā)現(xiàn)更多的且有實際作用的功能。 12 控制界面的編制 當(dāng)我們要編制控制界面時，我們第一步就是要建立這個編制的環(huán)境。 第一步，我 們就需要打開 VC 這個軟件，點擊新建，就會出現(xiàn)下圖 所示的那樣，接著我們再點擊 projects 這個選項，就會出現(xiàn)好多個類型項目，我們需要的是點擊 MFC AppWizard[exe]這個項目，接下來我們在對話框的左邊填上我們所需創(chuàng)建工程的名字和保存的地方。寫好這些之后，我們所要做的就是點擊 OK，那么接下來有會出現(xiàn)許多詢問框，我們只需默認(rèn)就行了，只有在一個地方，我們要注意一下，那就是我們要創(chuàng)建的是一個對話框而不是文檔類型的。 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控制界