【正文】 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(shù)形向?qū)?，也是我們?jīng)常要打交道的地方 4. 樹(shù)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(shù)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。 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)。設(shè)置導(dǎo)向中有一個(gè)易于使用的試運(yùn)行裝置，用來(lái)快速驗(yàn)證每一個(gè)軸的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)狀況和硬件設(shè)置；程序編輯模塊同時(shí)支持 AcroBasic 語(yǔ)言和 PLC語(yǔ)言編程。含有配置向?qū)鬼?xiàng)目的建立更為簡(jiǎn)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(duì)運(yùn)動(dòng)和代碼的開(kāi)發(fā)。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。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)進(jìn)行搭建和連接。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。需要配合使用繼電器器，開(kāi)關(guān)，急停按鈕等。上位機(jī)與 ACR9000的通訊是通過(guò) Ether 實(shí)現(xiàn)的。具體線路連接圖如圖 43所示。 通信線路連接 觸摸屏與 ACR9000 的連接 觸摸屏與 ACR9000控制器之間通過(guò) RS232進(jìn)行串口通訊 [7]， 具體通信線路連接如圖圖 42所示： weinview MT8000 系列觸摸屏 COM1 ACR9000 RS232 COM1 2 RX 3 TX 5 GND 3 TX 2 RX 5 GND 圖 42 ACR9000 與觸摸屏連接示意圖 山東大學(xué)學(xué)士論文 18 其中通訊參數(shù)設(shè)置為 COM1（ 9600， N， 8， 1），不需要進(jìn)行站號(hào)設(shè)置。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。 3. 伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī) 選用安川系列產(chǎn)品。觸控反應(yīng)靈敏，具有高可靠性。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。（可選項(xiàng)） 控制信號(hào) 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(shuō)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(hào)， 20MHz。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(kāi)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(zhǎng)；體積小巧。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。 山東大學(xué)學(xué)士論文 13 圖 34 MATLAB 仿真結(jié)果 山東大學(xué)學(xué)士論文 14 本章小結(jié) 通過(guò)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求及 AC 伺服電機(jī)工作原理的分析，選擇合適的伺服控制方式，即位置控制方式。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。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)。 該仿真系統(tǒng)中采用兩路伺服電機(jī)，模擬平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。 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。 離散化 PID 控制算式為： )]1()([)()()( 0 ?????? ? kekeKieKkeKkU dniip 其中， k 為采樣序列號(hào)， k=0， 1， 2．．．； Kp、 Ki、 Kd 分別表示比例、微分、積分系數(shù)。 位置環(huán)處理時(shí)采用積分 PID 算法。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)。速度反饋調(diào)節(jié)器的主要作用是阻尼位置調(diào)節(jié)過(guò)程的超調(diào)。 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(hào)與位置反饋信號(hào)之差值通過(guò)調(diào)節(jié)器進(jìn)行動(dòng)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(guò)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(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)位置伺服控制。 碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡屬于 PTP 型，在運(yùn)動(dòng)過(guò)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)。 （ 3）位置控制方 式：位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。 （ 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)。通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電路的脈沖信號(hào)通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)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。 圖 31 給出了 AC 伺服電機(jī)工作電路的基本組成。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]。 ⑸同功率下有較小的體積和重量。 ⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。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(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。所采用的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要是 AC 伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和 DC 伺服電動(dòng)機(jī)。 5）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。 4）調(diào)速范圍寬。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。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。 機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要要求歸納如下： 1）快速性。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(dòng)機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)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(guò)載能力。 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)。 本章小結(jié) 本章通過(guò)對(duì)碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，獲得簡(jiǎn)化幾何模型。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。39。 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(jiǎn)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。圖中，DF=140mm， CD=700mm， BC=140mm， AB=700mm， BE=700mm， DE=140mm。其中λ =AC/BC=CF/DF. 如圖 23所示，設(shè)置一個(gè)固定的坐標(biāo)系 XOY，其隨基座一起旋轉(zhuǎn)。水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)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(dòng)中保持水平的。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)。其中 1 底部基座， 2 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 3 標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈 4 直線運(yùn)動(dòng)單元 5 外殼 6 連桿機(jī)構(gòu) 7 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 8標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈 9 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 10 標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊 圈 11 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 12 標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈。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。同時(shí)說(shuō)明了課題的主要研究意義及研究?jī)?nèi)容。最后一章是對(duì)本篇論文進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié) 。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。第 3章對(duì)伺服電機(jī)控制特性進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并運(yùn)用 MATLAB自帶的SIMULINK工具進(jìn)行系統(tǒng)相關(guān)的仿真。第 1章 主要對(duì)選題背景和研究?jī)?nèi)容及意義進(jìn)行概述，介紹國(guó)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。 本文主要研究?jī)?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(guó)家工程研究中心山東分中心所自主開(kāi)發(fā)的一款四自由度混聯(lián)碼垛機(jī)器人為研究背景。這對(duì)于機(jī)器人發(fā)展是一個(gè)重大機(jī)遇。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。 山東省近日出臺(tái)指導(dǎo)意見(jiàn) ,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(zhǎng)為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。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。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。究其原因，很大程度在于自主品牌不夠，發(fā)展壯大自主品牌及其自動(dòng)化成套裝備產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)務(wù)之急。 但是，從整體上說(shuō)我國(guó)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)。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)日趨成熟；市場(chǎng)需求在“十五”初期也有了一個(gè)“井噴式”的發(fā)展。 從“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始，我國(guó)將工業(yè)機(jī) 器人及應(yīng)用工程作為研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)之一，經(jīng)過(guò)研制、生產(chǎn)、應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“從無(wú)到有”。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)。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。 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。 ，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。碼垛機(jī)器人以其特有的優(yōu)勢(shì)迅速搶占了碼垛市場(chǎng)。作為