基于CODESYS的多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究中期報(bào)告

基于CODESYS的多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究中期報(bào)告摘要：本文介紹基于CODESYS的多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究中期進(jìn)展。首先，研究了機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能需求和硬件設(shè)計(jì)，采用嵌入式控制器作為機(jī)器人控制器，在控制器中加入各種接口，并且考慮到控制器本身內(nèi)存有限，采用了基于CODESYS的PLC編程控制系統(tǒng)。其次，對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)。建立了基于CODESYS的多軸控制器框架，包括控制器的I/O輸入輸出模塊，指令模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊。最后，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)控制精度和可靠性。關(guān)鍵詞：CODESYS，嵌入式控制器，多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，軟件框架設(shè)計(jì)，控制精度1.引言隨著工業(yè)4.0的發(fā)展，機(jī)器人在生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，從而對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的要求也越來越高。針對(duì)多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，其控制復(fù)雜度相對(duì)較高，因此需要一種可靠性高、控制精度高、程序編寫方便的控制系統(tǒng)。CODESYS是一個(gè)基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的開放式軟件平臺(tái)，它通過多種編程語言（如LD、ST、IL和FBD）來編寫PLC程序，提供了方便的編程和調(diào)試功能。因此，CODESYS很適合用于多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究。本文在此基礎(chǔ)上，介紹了一種基于CODESYS的多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，并描述了其中硬件設(shè)計(jì)和軟件框架設(shè)計(jì)。2.基于CODESYS的多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的功能需求和硬件設(shè)計(jì)機(jī)器人控制系統(tǒng)需要滿足以下功能需求：(1)與外界的通訊接口：包括以太網(wǎng)口和串口等。(2)控制信號(hào)的輸入輸出：包括IO輸入輸出、模擬量輸入輸出和數(shù)字量輸入輸出等。(3)運(yùn)動(dòng)控制：包括多軸運(yùn)動(dòng)控制和單軸運(yùn)動(dòng)控制?；谶@些功能需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)基于嵌入式控制器的機(jī)器人控制系統(tǒng)?？刂破鞑捎肧TM32單片機(jī)，可以通過以太網(wǎng)口、串口、USB口等方式與其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊?？刂瓶ㄖ胁捎昧素S富的IO接口（包括數(shù)字量IO和模擬量IO等），提供了可編程的信號(hào)輸入輸出。3.基于CODESYS的多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件框架設(shè)計(jì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的軟件框架由三個(gè)部分組成：IO輸入輸出、指令模塊和運(yùn)動(dòng)控制模塊。此外，我們還提供了進(jìn)一步的功能，使基于CODESYS的機(jī)器人控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能。(1)IO輸入輸出模塊IO輸入輸出模塊負(fù)責(zé)控制器的引腳映射和IO狀態(tài)讀取，將IO存儲(chǔ)在CODESYS處理器的內(nèi)存中，以便指令和運(yùn)動(dòng)控制模塊讀取和寫入IO。(2)指令模塊指令模塊是機(jī)器人控制系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)控制機(jī)器人的各個(gè)軸的運(yùn)行。指令模塊接收來自用戶的指令，通過CODESYS編程語言處理這些指令。(3)運(yùn)動(dòng)控制模塊運(yùn)動(dòng)控制模塊的主要任務(wù)是將機(jī)器人的位置精確調(diào)整到目標(biāo)位置。對(duì)于多軸機(jī)器人，我們?cè)俜纸獬鲆粋€(gè)多軸運(yùn)動(dòng)控制模塊和一個(gè)單軸運(yùn)動(dòng)控制模塊。多軸運(yùn)動(dòng)控制模塊可以同時(shí)控制多個(gè)軸，對(duì)于單軸控制，則通過單軸運(yùn)動(dòng)控制模塊間接控制。4.系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)我們?cè)趯?shí)踐中測(cè)試了基于CODESYS的多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)的控制精度和可靠性。實(shí)驗(yàn)表明，機(jī)器人控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度在0.5mm以內(nèi)，完全滿足我們的要求。系統(tǒng)的可靠性也經(jīng)過了多次測(cè)試，證明了其在生產(chǎn)環(huán)境中的穩(wěn)定性和可靠性。5.結(jié)論本文介紹了基于CODESYS的多軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，