工業(yè)機(jī)器人電控詳解

工業(yè)機(jī)器人電控ppt課件目前一頁\總數(shù)五十三頁\編于五點機(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)鍵部件簡介

常用可編程控制器PLC目前二頁\總數(shù)五十三頁\編于五點機(jī)器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

從基本機(jī)構(gòu)上看，一個典型的機(jī)器人電氣控制系統(tǒng)主要由上位計算機(jī)、運(yùn)動控制器、驅(qū)動器、電動機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和反饋裝置構(gòu)成。目前三頁\總數(shù)五十三頁\編于五點工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)構(gòu)成方案比較基于PLC的運(yùn)動控制基于PC+運(yùn)動控制卡的運(yùn)動控制純PC機(jī)控制目前四頁\總數(shù)五十三頁\編于五點基于PLC的運(yùn)動控制PLC進(jìn)行運(yùn)動控制有兩種：1、利用PLC的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來產(chǎn)生脈沖驅(qū)動電機(jī)，同時使用通用I/O或者計數(shù)部件來實現(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)動控制的速度和精度。

目前五頁\總數(shù)五十三頁\編于五點目前六頁\總數(shù)五十三頁\編于五點基于PC+運(yùn)動控制卡的機(jī)器人控制

目前七頁\總數(shù)五十三頁\編于五點單純的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（配備專為工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的主板）的硬件平臺上，可通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)PLC和運(yùn)動控制等功能，實現(xiàn)機(jī)器人需要的邏輯控制和運(yùn)動控制。當(dāng)然，PC機(jī)同時具有高性能的任務(wù)管理功能和人機(jī)交互功能。在通過高速的工業(yè)總線進(jìn)行PC與驅(qū)動器的實時通訊，顯著的提高機(jī)器人的生產(chǎn)效率和靈活性。不過，在提供靈活的應(yīng)用平臺的同時，也大大提高了開發(fā)難度和延長了開發(fā)周期。由于其結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性，這種結(jié)構(gòu)代表了未來機(jī)器人控制結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。

目前八頁\總數(shù)五十三頁\編于五點機(jī)器人的關(guān)鍵部件簡介編碼器驅(qū)動器傳感器目前九頁\總數(shù)五十三頁\編于五點編碼器

閉環(huán)控制是提高機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)動精度的重要手段，而位置檢測傳感器則是構(gòu)成閉環(huán)控制必不可少的重要元件。位置檢測傳感器對控制對象的實際位置進(jìn)行檢測，并將位置信息傳送給運(yùn)動控制器，由運(yùn)動控制器根據(jù)控制對象的實際值調(diào)整輸出信號。常用的位置傳感器有電位器、編碼器、光柵尺、差動變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。以輸出信號來分，有增量型編碼器和絕對型編碼器。工業(yè)機(jī)器人電機(jī)都是應(yīng)用的絕對編碼器。目前十頁\總數(shù)五十三頁\編于五點交流伺服電機(jī)驅(qū)動器交流伺服的組成：永磁同步交流伺服電動機(jī)；全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動器。伺服驅(qū)動器有兩個部分組成：驅(qū)動器硬件和控制算法；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)。

目前十一頁\總數(shù)五十三頁\編于五點伺服驅(qū)動器的接線：1.主回路接線

1）驅(qū)動器R、S、T電源線的連接；

2）驅(qū)動器與電動機(jī)電源線之間的接線；2.控制電源類接線

1）R、T控制電源接線；

2）I/O接口控制電源接線；3.信號指令線

1)指令接口

2)I/O接口

3)反饋檢測類接線4.通訊接線目前十二頁\總數(shù)五十三頁\編于五點目前十三頁\總數(shù)五十三頁\編于五點傳感器

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)需要測量與控制，如果沒有傳感器對原始的各種參數(shù)進(jìn)行精確而可靠的檢測，那么對機(jī)器人的各種控制是無法實現(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量(如位移、力、加速度等)轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測量的某種物理量(如電量)的測量部件或裝置。目前十四頁\總數(shù)五十三頁\編于五點稱重傳感器：電阻應(yīng)變式稱重傳感器，用于檢測工件重量。機(jī)械開關(guān)：普通接近開關(guān)，用于檢測運(yùn)動部分是否到位。光電開關(guān)：包括對射式、反射板式、漫反射式紅外線光電開關(guān)，

用于檢測工件位置。磁性開關(guān)：用于檢測運(yùn)動部分是否到位。材質(zhì)傳感器：用于檢測工件材質(zhì)。位移傳感器：滑動電阻式位移傳感器，用于檢測孔深。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),外界信號與光的相互作用,可能引起

光的強(qiáng)度,波長,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目前十五頁\總數(shù)五十三頁\編于五點觸覺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—傾角GPS條碼掃描器電子標(biāo)簽?zāi)壳笆揬總數(shù)五十三頁\編于五點歐姆龍CP1H:擁有4路高速脈沖輸出和4軸高速計數(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)，本體價格低廉，但部分?jǐn)U展模塊（如Profibus總

線模塊和以太網(wǎng)模塊）價格較高。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)

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

體價格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價格較高。模擬量需要擴(kuò)展。西門子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

價格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價格較高。常用可編程控制器PLC目前十七頁\總數(shù)五十三頁\編于五點電氣元器件直流繼電器：進(jìn)行弱電的開關(guān)控制；開關(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)的總電源開關(guān)，同時為系統(tǒng)提供過流、短路及漏電保護(hù)；噪聲濾波器：過濾供電系統(tǒng)中的電噪聲交流繼電接觸器：進(jìn)行強(qiáng)電的開關(guān)控制目前十八頁\總數(shù)五十三頁\編于五點西門子PLC(CPU224)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)一、設(shè)計思路1、用PLC控制一維運(yùn)動平臺實現(xiàn)電機(jī)的自動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行及手動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行；2、一維運(yùn)動平臺的行程兩端各有一行程開關(guān)，分別定義為正向限位和負(fù)向限位；3、在電機(jī)自動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行前，需對電機(jī)進(jìn)行復(fù)位。復(fù)位的過程是：啟動電機(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（該距離通過運(yùn)動包絡(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)行過程中，觸動行程開關(guān)，電機(jī)停止運(yùn)行。此時可通過手動正反轉(zhuǎn)按鈕控制電機(jī)運(yùn)行離開限位開關(guān)，或按下復(fù)位按鈕對平臺重新復(fù)位；6、觸動行程開關(guān)后，需重新復(fù)位才能進(jìn)行自動正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制；7、在電機(jī)運(yùn)行過程中，任何時刻均可通過“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”用來指示一維平臺的運(yùn)行狀態(tài)。目前十九頁\總數(shù)五十三頁\編于五點二、機(jī)械本體目前二十頁\總數(shù)五十三頁\編于五點三、硬件電路目前二十一頁\總數(shù)五十三頁\編于五點S7-200CPU提供兩個高速脈沖輸出點（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可以實現(xiàn)速度、位置的開環(huán)運(yùn)動控制。

PTO功能可以輸出一串脈沖，用戶可以控制脈沖的周期（頻率）和個數(shù)。PWM功能可以連續(xù)輸出一串占空比可調(diào)的脈沖，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬（占空比）。高速脈沖輸出點和普通數(shù)字量輸出點共用輸出映像Q0.0和Q0.1。當(dāng)在Q0.0和Q0.1上激活PTO或PWM功能時，PTO/PWM發(fā)生器對輸出擁有控制權(quán)，輸出波形不受其他影響。只有晶體管輸出類型的CPU能夠支持高速脈沖輸出功能。目前二十二頁\總數(shù)五十三頁\編于五點

包絡(luò)（Profile）是一個預(yù)先定義的以位置為橫坐標(biāo)，以速度為縱坐標(biāo)的曲線，包絡(luò)是運(yùn)動的圖形描述。一個包絡(luò)由多段組成，每一段包含一個達(dá)到目標(biāo)速度的加減速過程，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)動控制或者是多段運(yùn)動控制的最后一段，還應(yīng)該包括一個由目標(biāo)速度到停止的減速過程。

PTO主要通過包絡(luò)來實現(xiàn)位置控制。位置控制想到通過參數(shù)設(shè)置來創(chuàng)建包絡(luò)，并用圖形方式顯示包絡(luò)曲線，自動生成位置控制用的子程序。四、運(yùn)動包絡(luò)目前二十三頁\總數(shù)五十三頁\編于五點

在開始編寫程序前，首先設(shè)定運(yùn)動包絡(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)動包絡(luò)設(shè)定步驟目前二十四頁\總數(shù)五十三頁\編于五點（2）選擇Q0.0，單擊“下一步”。目前二十五頁\總數(shù)五十三頁\編于五點（3）選擇“線性脈沖串輸出（PTO）”，單擊“下一步”。目前二十六頁\總數(shù)五十三頁\編于五點（4）設(shè)置項目中應(yīng)用的電機(jī)最高速度、最低速度和電機(jī)啟動/停止速度。目前二十七頁\總數(shù)五十三頁\編于五點（5）單擊“下一步”，設(shè)置加減速時間。目前二十八頁\總數(shù)五十三頁\編于五點（6）單擊“下一步”。目前二十九頁\總數(shù)五十三頁\編于五點（7）點擊“新包絡(luò)”，選擇“是”。目前三十頁\總數(shù)五十三頁\編于五點（8）圖27灰色部分激活，在其中選擇“相對位置”，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)”。目前三十一頁\總數(shù)五十三頁\編于五點（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”。目前三十二頁\總數(shù)五十三頁\編于五點（11）單擊“完成”，在彈出的對話框中選擇“是”。（12）運(yùn)動包絡(luò)設(shè)置完成。在調(diào)用子程序中出現(xiàn)Q0.0對應(yīng)的位控子程序。目前三十三頁\總數(shù)五十三頁\編于五點目前三十四頁\總數(shù)五十三頁\編于五點六、PLC程序VD1033：運(yùn)動包絡(luò)加速脈沖數(shù)；VD1053：運(yùn)動包絡(luò)減速脈沖數(shù)；VD1080：運(yùn)動包絡(luò)加減速脈沖；VD1080=VD1033+VD1053+1。1、上電初始化Q0.2：驅(qū)動器方向信號Q0.4：復(fù)位指示燈熄滅Q0.6：停止指示燈點亮SM0.1：首次掃描周期時該位打開，用途是調(diào)用初始化子程序。目前三十五頁\總數(shù)五十三頁\編于五點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：有效時電機(jī)立即停止；D_STOP：有效時電機(jī)減速停止；Done：完成標(biāo)志。為“1”時表明上一指令執(zhí)行完成；Error：顯示錯誤代碼，“0”表示無錯誤；C_Pos：HSC計數(shù)器功能開啟時，表示運(yùn)行脈沖數(shù)，否則為0。

PTO0_CTRL在程序中只使用一次，并且在每次掃描時得到執(zhí)行,所以使用SM0.0作為EN的輸入。目前三十六頁\總數(shù)五十三頁\編于五點3、復(fù)位目前三十七頁\總數(shù)五十三頁\編于五點目前三十八頁\總數(shù)五十三頁\編于五點VD1100：復(fù)位返回脈沖數(shù)，在數(shù)據(jù)塊的“用戶定義1”進(jìn)行設(shè)置。根據(jù)電機(jī)的減速比和驅(qū)動器的細(xì)分以及電機(jī)行程設(shè)置。目前三十九頁\總數(shù)五十三頁\編于五點VD1043：運(yùn)行包絡(luò)恒速段脈沖數(shù)；VD1100－VD1080=VD1043。目前四十頁\總數(shù)五十三頁\編于五點VD60.1：運(yùn)動包絡(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)目前四十一頁\總數(shù)五十三頁\編于五點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)自動運(yùn)行前必須復(fù)位完成；目前四十二頁\總數(shù)五十三頁\編于五點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“用戶定義1”中設(shè)置．VD1104－VD1080=VD1043。目前四十三頁\總數(shù)五十三頁\編于五點5、反轉(zhuǎn)VD60.1：運(yùn)動包絡(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；目前四十四頁\總數(shù)五十三頁\編于五點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)自動運(yùn)行前必須復(fù)位完成；目前四十五頁\總數(shù)五十三頁\編于五點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“用戶定義1”中設(shè)置。VD1104－VD1080=VD1043。目前四十六頁\總數(shù)五十三頁\編于五點6、手動正轉(zhuǎn)手動正轉(zhuǎn)是對電機(jī)的點動控制，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。目前四十七頁\總數(shù)五十三頁\編于五點7、手動反轉(zhuǎn)手動反轉(zhuǎn)是對電機(jī)的點動控制，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。目前四十八頁\總數(shù)五十三頁\編于五點8、緊急停止緊急停止：運(yùn)行