并聯(lián)機(jī)器人控制技術(shù)流程

1、圖1.1 Delta并聯(lián)機(jī)器人本體與控制柜1.1.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在前面機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，要想實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的抓取操作，還必須有控制系統(tǒng)1.1 1.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 機(jī)器人的整個(gè)控制系統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為中心,采用PLC控制器為主控單元，進(jìn)行伺服控制和開關(guān)量的控制，具體包括機(jī)器人本體的伺服控制、視覺(jué)系統(tǒng)控制、氣動(dòng)系統(tǒng)控制、傳輸系統(tǒng)控制和一些附屬設(shè)施的控制。圖1.2 機(jī)器人控制系統(tǒng)整體框圖上位機(jī)上位機(jī) 上位機(jī)是指可以直接發(fā)出操控指令的計(jì)算機(jī)。其屏幕上顯示各種信號(hào)變化（角度，壓力，溫度 等）圖1.3 上位機(jī)屏幕顯示圖1.4 機(jī)器人系統(tǒng)及視覺(jué)系統(tǒng)示意圖機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)機(jī)器人視

2、覺(jué)系統(tǒng)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)大多是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品(即圖像攝取裝置，分CCD和CMOS兩種)把圖像抓取到，然后將該圖像傳送至處理單元，通過(guò)數(shù)字化處理，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，來(lái)進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等的判別。進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如右圖所示，氣源泵（空氣泵）產(chǎn)生壓縮氣體，經(jīng)過(guò)濾減壓閥過(guò)濾、定壓，分為兩支路，一路氣體通過(guò)真空發(fā)生電磁閥到達(dá)真空發(fā)生器用于產(chǎn)生真空；另一路氣體經(jīng)過(guò)真空破壞電磁閥直接與吸盤相通。兩個(gè)電磁閥的通斷信號(hào)來(lái)自控制器的開關(guān)量信號(hào)，當(dāng)吸盤到達(dá)待抓取物體的正上方時(shí)，真空發(fā)生電磁閥打開，真空發(fā)生器產(chǎn)生真空，吸盤將物體吸??；到達(dá)放置位置時(shí)，真空破壞電磁

3、閥打開，吸盤氣壓高于大氣壓，物體被“放下”。氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng) 傳輸系統(tǒng)主要是電機(jī)和兩條傳送帶，當(dāng)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，控制器給出使能信號(hào)使電機(jī)帶動(dòng)傳送帶運(yùn)動(dòng)，另外，傳送帶上裝有編碼器，將傳送帶的速度實(shí)時(shí)反饋給控制器。 附屬設(shè)施的控制包括氣源泵、夜間工作照明、急停開關(guān)、狀態(tài)指示燈等開關(guān)量的控制。附屬設(shè)施控制附屬設(shè)施控制1.2 控制系統(tǒng)主要硬件配置控制系統(tǒng)主要硬件配置高速拾取并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件主要有上位機(jī)、PLC控制器、交流伺服電機(jī)等。(1)上位機(jī)。上位機(jī)主要是提供友好的人機(jī)交互，從而間接的實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的訪問(wèn)一般的上位機(jī)都是一個(gè)專業(yè)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有多種插槽和數(shù)據(jù)接口，可

4、以方便的和各種控制卡或控制器連接。不過(guò)現(xiàn)在大多數(shù)采用的上位機(jī)為觸摸屏小型計(jì)算機(jī)，具體參數(shù)如下： 15寸觸摸屏； Intel雙核18GHz四線程低功耗CPU，1GB DDR3內(nèi)存，30GB SSD硬盤； 6個(gè)USB接口，3個(gè)1000M以太網(wǎng)口，2個(gè)DB9隔離RS一485接口，1個(gè)DB9 RS一232接口，1個(gè)DBl5 VGA接口。(2)PLC控制器。對(duì)控制器的要求，主要是能夠?qū)崿F(xiàn)多軸運(yùn)動(dòng)控制和一些開關(guān)量的控制，市場(chǎng)上很多運(yùn)動(dòng)控制卡及PLC都能滿足要求，這里介紹一種大工計(jì)控生產(chǎn)的PEC6000控制器。該控制器采用高速總線通訊，具有直線、圓弧和樣條三種插補(bǔ)算法支持單軸、多軸和軸組運(yùn)動(dòng)控制，并且支持G

5、代碼。主要參數(shù)如下： 2路RS485通訊，1路以太網(wǎng)通訊； 16路普通8路高速(4路AB相)數(shù)字量輸入，12路普通4路高速數(shù)字量輸出。(3)伺服電機(jī)。伺服電機(jī)是機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，在選擇時(shí)主要考慮扭矩和功率等因素。2.傳感器及控制軟件傳感器及控制軟件 在機(jī)器人中傳感器既用于內(nèi)部反饋控制，也用于與外部環(huán)境的交互。于是，機(jī)器人傳感器又分為內(nèi)部傳感器和外部傳感器。2.1傳感器 內(nèi)部傳感器包括檢測(cè)位移、角度、方位角、速度、加速度、力/力矩的傳感器。 外部傳感器用來(lái)檢測(cè)外部環(huán)境，包括視覺(jué)、觸覺(jué)、滑覺(jué)、接近覺(jué)、力覺(jué)、熱覺(jué)等傳感器。2.1.1位置傳感器位置傳感器位置傳感器既可用來(lái)測(cè)量位移，包括角位移和線位移，

6、也可用來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。在很多情況下，如在編碼器中，位置信息還可以可用來(lái)計(jì)算速度。2.1.1位置傳感器位置傳感器電位器：電位器通過(guò)電阻把位置信息轉(zhuǎn)化為隨位置變化的電壓。電位器既可以是旋轉(zhuǎn)式的也可以是直線式的，因此能夠測(cè)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)式電位器還可以是多圈的，這使得用戶能夠測(cè)量多圈的旋轉(zhuǎn)運(yùn)。圖2.1 電位計(jì)用作位置傳感器；(a)旋轉(zhuǎn)式；(b)直線式編碼器編碼器 編碼器是一種能檢測(cè)細(xì)微運(yùn)動(dòng)且輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的簡(jiǎn)單裝置。編碼器有兩種基本形式，即增量式和絕對(duì)式。增量式編碼器增量式編碼器 增量式編碼器僅檢測(cè)角位置的變化，它并不能直接記錄或指示位置的實(shí)際值。圖2.2 編碼器工作原理圖絕對(duì)式編碼器

7、絕對(duì)式編碼器 絕對(duì)式編碼器碼盤的每個(gè)位置都對(duì)應(yīng)著透光與不透光弧段的唯一組合，這種確定組合有唯一的特征。通過(guò)這唯一的特征，不需要已知起始位置，在任何時(shí)刻就可以確定碼盤的精確位置。2.1.2 速度傳感器速度傳感器 速度傳感器的使用與所采用的位置傳感器類型有很大關(guān)系，根據(jù)所用位置傳感器的類型，甚至可以不需要使用速度傳感器。 如果用編碼器測(cè)量位移，那么實(shí)際上就沒(méi)有必要使用速度傳感器。對(duì)于任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生確定數(shù)量的脈沖信號(hào)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào)的數(shù)量，就能計(jì)算出相應(yīng)的角速度。編碼器編碼器2.1.3 CCD圖像傳感器 CCD(Charge Coupled Device)電荷耦合器件，是

8、現(xiàn)在最常用的機(jī)器視覺(jué)傳感器，是20世紀(jì)60年代貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的固體狀態(tài)攝像機(jī)技術(shù)，由分布于各個(gè)像元的光敏二極管的線性陣列或矩形陣列構(gòu)成，通過(guò)按一定順序輸出每個(gè)二極管的電壓脈沖，實(shí)現(xiàn)將圖像光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的目的。由于CCD傳感器有光照靈敏度高、噪聲低、像元尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，所以一直主宰著圖像傳感器市場(chǎng)。2.1.4 COMS圖像傳感器 CMOS圖像傳感器是20世紀(jì)70年代在美國(guó)航空航天局的噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室誕生的，同CCD圖像傳感器幾乎是同時(shí)起步的。不過(guò)，CMOS圖像傳感器過(guò)去存在著像元尺寸大、信噪比小、分辨率低、靈敏度低等缺點(diǎn)，一直無(wú)法和CCD技術(shù)抗衡。 但是，隨著標(biāo)準(zhǔn)CMOS大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，大大改善了CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量。CMOS圖像傳感器的高度集成化減小了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了制造成本，并具有功耗低、像素缺陷率低、對(duì)局部像素圖像的編程可隨機(jī)訪問(wèn)等優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在應(yīng)用也很廣泛。2.2 軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)2.2.1 HMI界面界面圖2.3 機(jī)器人控制HMI界面 采用VC開發(fā)的人機(jī)接口界面如圖2.3所示，界面上的按鈕與后臺(tái)的PLC程序相關(guān)聯(lián)，通過(guò)觸摸屏操作，使后臺(tái)的程序運(yùn)行從而控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。2.2.2 機(jī)器人的編程機(jī)器人的編程圖2.3 機(jī)器人控制HMI界面