工業(yè)機(jī)器人電控詳解

工業(yè)機(jī)器人電控ppt課件現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)概述機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成方案比較機(jī)器人的關(guān)鍵部件簡(jiǎn)介

常用可編程控制器PLC現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

從基本機(jī)構(gòu)上看，一個(gè)典型的機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)主要由上位計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋裝置構(gòu)成?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成方案比較基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制基于PC+運(yùn)動(dòng)控制卡的運(yùn)動(dòng)控制純PC機(jī)控制現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二基于PLC的運(yùn)動(dòng)控制PLC進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制有兩種：1、利用PLC的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來(lái)產(chǎn)生脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)使用通用I/O或者計(jì)數(shù)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)位置控制;2、使用PLC外部擴(kuò)展的位置模塊來(lái)進(jìn)行電機(jī)的閉環(huán)位置控制,從而可以大大提高運(yùn)動(dòng)控制的速度和精度。

現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二基于PC+運(yùn)動(dòng)控制卡的機(jī)器人控制

現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二單純的PC控制

完全采用PC機(jī)的全軟件形式的機(jī)器人系統(tǒng)。在高性能工業(yè)PC和嵌入式PC（配備專(zhuān)為工業(yè)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的主板）的硬件平臺(tái)上，可通過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn)PLC和運(yùn)動(dòng)控制等功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人需要的邏輯控制和運(yùn)動(dòng)控制。當(dāng)然，PC機(jī)同時(shí)具有高性能的任務(wù)管理功能和人機(jī)交互功能。在通過(guò)高速的工業(yè)總線(xiàn)進(jìn)行PC與驅(qū)動(dòng)器的實(shí)時(shí)通訊，顯著的提高機(jī)器人的生產(chǎn)效率和靈活性。不過(guò)，在提供靈活的應(yīng)用平臺(tái)的同時(shí)，也大大提高了開(kāi)發(fā)難度和延長(zhǎng)了開(kāi)發(fā)周期。由于其結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性，這種結(jié)構(gòu)代表了未來(lái)機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。

現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二機(jī)器人的關(guān)鍵部件簡(jiǎn)介編碼器驅(qū)動(dòng)器傳感器現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二編碼器

閉環(huán)控制是提高機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)精度的重要手段，而位置檢測(cè)傳感器則是構(gòu)成閉環(huán)控制必不可少的重要元件。位置檢測(cè)傳感器對(duì)控制對(duì)象的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)，并將位置信息傳送給運(yùn)動(dòng)控制器，由運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)控制對(duì)象的實(shí)際值調(diào)整輸出信號(hào)。常用的位置傳感器有電位器、編碼器、光柵尺、差動(dòng)變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。以輸出信號(hào)來(lái)分，有增量型編碼器和絕對(duì)型編碼器。工業(yè)機(jī)器人電機(jī)都是應(yīng)用的絕對(duì)編碼器?，F(xiàn)在是10頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器交流伺服的組成：永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)；全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動(dòng)器。伺服驅(qū)動(dòng)器有兩個(gè)部分組成：驅(qū)動(dòng)器硬件和控制算法；控制算法是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)。

現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二伺服驅(qū)動(dòng)器的接線(xiàn)：1.主回路接線(xiàn)

1）驅(qū)動(dòng)器R、S、T電源線(xiàn)的連接；

2）驅(qū)動(dòng)器與電動(dòng)機(jī)電源線(xiàn)之間的接線(xiàn)；2.控制電源類(lèi)接線(xiàn)

1）R、T控制電源接線(xiàn)；

2）I/O接口控制電源接線(xiàn)；3.信號(hào)指令線(xiàn)

1)指令接口

2)I/O接口

3)反饋檢測(cè)類(lèi)接線(xiàn)4.通訊接線(xiàn)現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二傳感器

在機(jī)器人控制系統(tǒng)中有各種不同的物理量(如位移、壓力、速度等)需要測(cè)量與控制，如果沒(méi)有傳感器對(duì)原始的各種參數(shù)進(jìn)行精確而可靠的檢測(cè)，那么對(duì)機(jī)器人的各種控制是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因此能把各種不同的非電量轉(zhuǎn)換成電量的傳感器便成為機(jī)器人控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。傳感器：傳感器是一種以一定的精確度將被測(cè)量(如位移、力、加速度等)轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測(cè)量的某種物理量(如電量)的測(cè)量部件或裝置?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二稱(chēng)重傳感器：電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器，用于檢測(cè)工件重量。機(jī)械開(kāi)關(guān)：普通接近開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部分是否到位。光電開(kāi)關(guān)：包括對(duì)射式、反射板式、漫反射式紅外線(xiàn)光電開(kāi)關(guān)，

用于檢測(cè)工件位置。磁性開(kāi)關(guān)：用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部分是否到位。材質(zhì)傳感器：用于檢測(cè)工件材質(zhì)。位移傳感器：滑動(dòng)電阻式位移傳感器，用于檢測(cè)孔深。顏色傳感器：包括顏色傳感器和色標(biāo)傳感器，用于檢測(cè)工件顏色。

色標(biāo)傳感器形狀傳感器光纖傳感器：光在調(diào)制區(qū)內(nèi),外界信號(hào)與光的相互作用,可能引起

光的強(qiáng)度,波長(zhǎng),頻率,相位,偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)的變

化,從而形成不同的調(diào)制---抗干擾能力傳感器的分類(lèi)現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二觸覺(jué)傳感器紅外傳感器力傳感器超聲傳感器激光傳感器電子羅盤(pán)—傾角GPS條碼掃描器電子標(biāo)簽現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二歐姆龍CP1H:擁有4路高速脈沖輸出和4軸高速計(jì)數(shù)功能，運(yùn)算速度快，

自帶模擬量輸入輸出接口，非常適合碼垛機(jī)和桌面柔性加

工系統(tǒng)，本體價(jià)格低廉，但部分?jǐn)U展模塊（如Profibus總

線(xiàn)模塊和以太網(wǎng)模塊）價(jià)格較高。三菱FX3U:擁有3路高速脈沖輸出，運(yùn)算速度快，適合桌面柔性加工系統(tǒng)

和自動(dòng)化輸送線(xiàn)單元，本體價(jià)格較高。模擬量需要擴(kuò)展。西門(mén)子S200系列：擁有2路低速脈沖輸出，適合自動(dòng)化輸送線(xiàn)單元，本

體價(jià)格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價(jià)格較高。模擬量需要擴(kuò)展。西門(mén)子S200XP系列：擁有2路高速脈沖輸出，自帶模擬量輸入輸出接口，

適合碼垛機(jī)和桌面柔性加工系統(tǒng)（需增加定位模塊），本體

價(jià)格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價(jià)格較高。常用可編程控制器PLC現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二電氣元器件直流繼電器：進(jìn)行弱電的開(kāi)關(guān)控制；開(kāi)關(guān)電源：提供控制系統(tǒng)所需的直流電源按鈕、指示燈、急停按鈕：負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行的控制、狀態(tài)指示及緊急停止。斷路器：系統(tǒng)的總電源開(kāi)關(guān)，同時(shí)為系統(tǒng)提供過(guò)流、短路及漏電保護(hù)；噪聲濾波器：過(guò)濾供電系統(tǒng)中的電噪聲交流繼電接觸器：進(jìn)行強(qiáng)電的開(kāi)關(guān)控制現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二西門(mén)子PLC(CPU224)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)一、設(shè)計(jì)思路1、用PLC控制一維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行及手動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行；2、一維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的行程兩端各有一行程開(kāi)關(guān)，分別定義為正向限位和負(fù)向限位；3、在電機(jī)自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行前，需對(duì)電機(jī)進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位的過(guò)程是：?jiǎn)?dòng)電機(jī)往負(fù)向運(yùn)行，運(yùn)行至負(fù)向限位后，往正向運(yùn)行一段距離，將該位置作為電機(jī)自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的初始位置；4、復(fù)位完成后，按下正轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)往正向運(yùn)行一段距離（該距離通過(guò)運(yùn)動(dòng)包絡(luò)參數(shù)設(shè)定），到位后停止。按下反轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)往負(fù)向運(yùn)行一段距離，到位后停止；5、如正反轉(zhuǎn)運(yùn)行過(guò)程中，觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)，電機(jī)停止運(yùn)行。此時(shí)可通過(guò)手動(dòng)正反轉(zhuǎn)按鈕控制電機(jī)運(yùn)行離開(kāi)限位開(kāi)關(guān)，或按下復(fù)位按鈕對(duì)平臺(tái)重新復(fù)位；6、觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)后，需重新復(fù)位才能進(jìn)行自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制；7、在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，任何時(shí)刻均可通過(guò)“停止按鈕”和“急停按鈕”控制其停止運(yùn)行；8、停止運(yùn)行后，需重新復(fù)位才能進(jìn)行自動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制；9、“復(fù)位指示燈”、“運(yùn)行指示燈”和“停止指示燈”用來(lái)指示一維平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二二、機(jī)械本體現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二三、硬件電路現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二S7-200CPU提供兩個(gè)高速脈沖輸出點(diǎn)（Q0.0和Q0.1）,可以分別工作在PTO(脈沖串輸出）和PWM（脈寬調(diào)制）狀態(tài)下。使用PTO或PWM可以實(shí)現(xiàn)速度、位置的開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)控制。

PTO功能可以輸出一串脈沖，用戶(hù)可以控制脈沖的周期（頻率）和個(gè)數(shù)。PWM功能可以連續(xù)輸出一串占空比可調(diào)的脈沖，用戶(hù)可以控制脈沖的周期和脈寬（占空比）。高速脈沖輸出點(diǎn)和普通數(shù)字量輸出點(diǎn)共用輸出映像Q0.0和Q0.1。當(dāng)在Q0.0和Q0.1上激活PTO或PWM功能時(shí)，PTO/PWM發(fā)生器對(duì)輸出擁有控制權(quán)，輸出波形不受其他影響。只有晶體管輸出類(lèi)型的CPU能夠支持高速脈沖輸出功能?，F(xiàn)在是22頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二

包絡(luò)（Profile）是一個(gè)預(yù)先定義的以位置為橫坐標(biāo)，以速度為縱坐標(biāo)的曲線(xiàn)，包絡(luò)是運(yùn)動(dòng)的圖形描述。一個(gè)包絡(luò)由多段組成，每一段包含一個(gè)達(dá)到目標(biāo)速度的加減速過(guò)程，和以目標(biāo)速度勻速運(yùn)行的一串指定數(shù)量的脈沖。如果是單段運(yùn)動(dòng)控制或者是多段運(yùn)動(dòng)控制的最后一段，還應(yīng)該包括一個(gè)由目標(biāo)速度到停止的減速過(guò)程。

PTO主要通過(guò)包絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置控制。位置控制想到通過(guò)參數(shù)設(shè)置來(lái)創(chuàng)建包絡(luò)，并用圖形方式顯示包絡(luò)曲線(xiàn)，自動(dòng)生成位置控制用的子程序。四、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二

在開(kāi)始編寫(xiě)程序前，首先設(shè)定運(yùn)動(dòng)包絡(luò)，步驟如下：（1）雙擊左圖所示“向?qū)А狿TO/PWM”，出現(xiàn)“脈沖輸出向?qū)А贝翱?。五、運(yùn)動(dòng)包絡(luò)設(shè)定步驟現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二（2）選擇Q0.0，單擊“下一步”?，F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二（3）選擇“線(xiàn)性脈沖串輸出（PTO）”，單擊“下一步”?，F(xiàn)在是26頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二（4）設(shè)置項(xiàng)目中應(yīng)用的電機(jī)最高速度、最低速度和電機(jī)啟動(dòng)/停止速度。現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二（5）單擊“下一步”，設(shè)置加減速時(shí)間?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二（6）單擊“下一步”。現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二（7）點(diǎn)擊“新包絡(luò)”，選擇“是”?，F(xiàn)在是30頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二（8）圖27灰色部分激活，在其中選擇“相對(duì)位置”，設(shè)置好參數(shù)，其中步0的目標(biāo)位置不要設(shè)置太小，需大于加減速脈沖數(shù)之和。（9）單擊“確認(rèn)”?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二（10）將參數(shù)”VB0”更改為“VB1000”，需注意，不要在程序中再重復(fù)定義“VB1000—VB1069”；單擊“下一步”?，F(xiàn)在是32頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二（11）單擊“完成”，在彈出的對(duì)話(huà)框中選擇“是”。（12）運(yùn)動(dòng)包絡(luò)設(shè)置完成。在調(diào)用子程序中出現(xiàn)Q0.0對(duì)應(yīng)的位控子程序。現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二六、PLC程序VD1033：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)加速脈沖數(shù)；VD1053：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)減速脈沖數(shù)；VD1080：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)加減速脈沖；VD1080=VD1033+VD1053+1。1、上電初始化Q0.2：驅(qū)動(dòng)器方向信號(hào)Q0.4：復(fù)位指示燈熄滅Q0.6：停止指示燈點(diǎn)亮SM0.1：首次掃描周期時(shí)該位打開(kāi)，用途是調(diào)用初始化子程序。現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二2、電機(jī)控制子程序和初始化EN：使能端，用SM0.0連接，保持常通；I_STOP：有效時(shí)電機(jī)立即停止；D_STOP：有效時(shí)電機(jī)減速停止；Done：完成標(biāo)志。為“1”時(shí)表明上一指令執(zhí)行完成；Error：顯示錯(cuò)誤代碼，“0”表示無(wú)錯(cuò)誤；C_Pos：HSC計(jì)數(shù)器功能開(kāi)啟時(shí)，表示運(yùn)行脈沖數(shù)，否則為0。

PTO0_CTRL在程序中只使用一次，并且在每次掃描時(shí)得到執(zhí)行,所以使用SM0.0作為EN的輸入?，F(xiàn)在是36頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二3、復(fù)位現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二VD1100：復(fù)位返回脈沖數(shù)，在數(shù)據(jù)塊的“用戶(hù)定義1”進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)電機(jī)的減速比和驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分以及電機(jī)行程設(shè)置。現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二VD1043：運(yùn)行包絡(luò)恒速段脈沖數(shù)；VD1100－VD1080=VD1043。現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二VD60.1：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)運(yùn)行完成標(biāo)志，PTO0_CTRL中的“Done”參數(shù)；v100.1：正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；v101.3：正轉(zhuǎn)結(jié)束；4、正轉(zhuǎn)現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二I0.1：正轉(zhuǎn)按鈕；V100.1：正轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；V101.2：復(fù)位完成標(biāo)志。正反轉(zhuǎn)自動(dòng)運(yùn)行前必須復(fù)位完成；現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二Q0.2：電機(jī)方向；VD1104：正反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，同VD1100參數(shù)一樣，在“數(shù)據(jù)塊”的“用戶(hù)定義1”中設(shè)置．VD1104－VD1080=VD1043?，F(xiàn)在是43頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二5、反轉(zhuǎn)VD60.1：運(yùn)動(dòng)包絡(luò)運(yùn)行完成標(biāo)志，PTO0_CTRL中的“Done”參數(shù)；v100.2：反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；v101.4：反轉(zhuǎn)結(jié)束；現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二I0.2：反轉(zhuǎn)按鈕；V100.2：反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)；V101.2：復(fù)位完成標(biāo)志。正反轉(zhuǎn)自動(dòng)運(yùn)行前必須復(fù)位完成；現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二Q0.2：電機(jī)方向；VD1104：正反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，同VD1100參數(shù)一樣，在“數(shù)據(jù)塊”的“用戶(hù)定義1”中設(shè)置。VD1104－VD1080=VD1043?，F(xiàn)在是46頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二6、手動(dòng)正轉(zhuǎn)手動(dòng)正轉(zhuǎn)是對(duì)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制，需要一直按住按鈕，電機(jī)才能運(yùn)行。運(yùn)行至正限位后，即使按住按鈕也不能運(yùn)行，只能反向運(yùn)行?，F(xiàn)在是47頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二7、手動(dòng)反轉(zhuǎn)手動(dòng)反轉(zhuǎn)是對(duì)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)控制，需要一直按住按鈕，電機(jī)才能運(yùn)行。運(yùn)行至負(fù)限位后，即使按住按鈕也不能運(yùn)行，只能正向運(yùn)行。現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有53頁(yè)\編輯于星期二8、緊急停止緊急停止：