工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維技術(shù) 課件 3務(wù)一 工業(yè)機(jī)器人ROBOX控制系統(tǒng)的組成

任務(wù)一工業(yè)機(jī)器人ROBOX控制系統(tǒng)的組成2024年1月公司簡介CATALOGUE一學(xué)習(xí)目標(biāo)公司簡介CATALOGUE目錄二工作任務(wù)三實(shí)踐操作四問題探究五知識拓展六評價(jià)反饋七練習(xí)題1．掌握運(yùn)動控制器的定義、分類和功能。2．了解工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制器含義。3．了解工業(yè)機(jī)器人伺服電動機(jī)驅(qū)動器工作原理。一、學(xué)習(xí)目標(biāo)

二、工作任務(wù)1.了解驅(qū)動器的分類及特點(diǎn)。2.掌握ROBOX控制器的結(jié)構(gòu)組成及其各端口作用。3.掌握伺服驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理。三、實(shí)踐操作-知識儲備伺服驅(qū)動器：伺服驅(qū)動器（亦稱伺服控制器或者伺服放大器）是用來控制、驅(qū)動伺服電動機(jī)的一種控制裝置，多數(shù)是采用脈沖寬度調(diào)制進(jìn)行控制驅(qū)動完成機(jī)器人的動作。驅(qū)動器的電路一般包括：功率放大器、電流保護(hù)電路、高低壓電源、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電路等。伺服驅(qū)動器工作原理驅(qū)動器原理優(yōu)點(diǎn)直流伺服電動機(jī)驅(qū)動器采用PWM伺服驅(qū)動器，通過改變脈沖寬度來改變加在電動機(jī)電樞兩端的電壓進(jìn)行電動機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。調(diào)速范圍寬、低速特性好、響應(yīng)快、效率高交流伺服電動機(jī)驅(qū)動器采用電流型脈寬調(diào)制（PWM）變頻調(diào)速伺服驅(qū)動器，將給定的速度與電動機(jī)的實(shí)際速度進(jìn)行比較，產(chǎn)生速度偏差，根據(jù)速度偏差產(chǎn)生的電流信號控制交流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動速度。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動慣量比高步進(jìn)伺服電動機(jī)驅(qū)動器將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由脈沖發(fā)生器、環(huán)形分配器和功率放大器等部分組成。三、實(shí)踐操作-ROBOX控制器ROBOX控制器針對不同的驅(qū)動器設(shè)計(jì)兩種型號：RP1控制器和RP2控制器。1.RP1控制器RP1控制器支持至多32軸差補(bǔ)，能夠通過現(xiàn)場總線CANopen或者EtherCAT進(jìn)行驅(qū)動，還包含緊湊型閃存卡用于記憶參數(shù)和報(bào)警記錄的存儲，自身含有8路PNP數(shù)字量DC24V光電耦合輸入和8路數(shù)字量光電耦合輸出，1路增量式編碼器輸入。RP1控制器三、實(shí)踐操作-ROBOX控制器通道接口描述24VDC電源供電ENC增量編碼器輸入，通信驅(qū)動RS422，電壓DC5VCAN1第一個(gè)CAN通信通道（有關(guān)配置文件是coc0.coc）CAN2第二個(gè)CAN通信通道2的狀態(tài)SER2RS422/485串口通道或uVISPAN/DISPAN，uVISPAN/DISPAN由RTE（實(shí)時(shí)執(zhí)行程序）控制，要求在rhw.cfg文件中寫入相應(yīng)的指令COMPACTFLASHCF卡，可以通過PC進(jìn)行讀寫SER1RS232串口通道，為Robox編程工具RDE通過BCC協(xié)議對控制器操作，115200.n.8.1ETH1以太網(wǎng)網(wǎng)口1，波特率10/100Mbit/s（EtherCAT）ETH2以太網(wǎng)網(wǎng)口2，波特率10/100Mbit/s（TCP/IP）PROFIBUSDPProfibusDP從站通道INP8位數(shù)字輸入通道，DC24V輸入，光耦隔離，其中三個(gè)可作為輸入中斷OUT8位數(shù)字輸出通道，輸出通道每路最大允許電流500mA，所有輸出通道都有短路和過壓保護(hù)，當(dāng)過壓結(jié)束后，端口會自動復(fù)位RP1控制器通道接口如下表：三、實(shí)踐操作-ROBOX控制器2.RP2控制器RP2控制器（圖3-3）擁有ARMCortexA9雙核，可控制250個(gè)插補(bǔ)軸，能夠通過現(xiàn)場總線CANopen或者EtherCAT進(jìn)行驅(qū)動機(jī)器人本體，還包含可記憶RAM閃存卡用于記憶參數(shù)和報(bào)警記錄的存儲。RP2控制器三、實(shí)踐操作-伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器又稱為伺服控制器或伺服放大器，是用來控制伺服電動機(jī)的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流電動機(jī)，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電動機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位。RP1伺服驅(qū)動器RP2伺服驅(qū)動器3.伺服驅(qū)動器的組成三、實(shí)踐操作-伺服驅(qū)動器通道接口描述動力電源輸入連接器X1同時(shí)支持三相220V（±15%）和單相220V（±15%）交流輸入控制電源輸入連接器X2為控制器提供穩(wěn)定的邏輯電壓，控制電源輸入端口電機(jī)動力輸出連接器X11、X21、X31、X41、X51、X61分別為J1軸電動機(jī)、J2軸電動機(jī)、J3軸電動機(jī)、J4軸電動機(jī)、J5軸電動機(jī)、J6軸電動機(jī)的動力輸出端口電動機(jī)抱閘輸出連接器X3/X6當(dāng)機(jī)器人處于靜止且伺服電動機(jī)在失電狀態(tài)下防止機(jī)器人突然運(yùn)動的裝置編碼器線端連接器X4/X5編碼器是將信號或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通信、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備模塊控制I/O線端連接器X7模塊控制I/O端口集成3路24V驅(qū)動器輸出、2路風(fēng)扇輸出和3路ALM、STO1、STO1信號輸入口軸控制I/O線端連接器X12/X22/X32/X42/X52/X62機(jī)器人各軸關(guān)節(jié)運(yùn)動分為正向運(yùn)動和反向運(yùn)動，可設(shè)置正、反向運(yùn)動最大位置和相應(yīng)的限位開關(guān)EtherCAT通線端連接器X8/X9EtherCAT是一個(gè)以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的開放架構(gòu)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)串口調(diào)試線端連接器X10常見的有普通計(jì)算機(jī)應(yīng)用的RS232和工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的半雙工RS485與全雙工RS422四、問題探究主要任務(wù)：控制機(jī)器人在工作空間中的運(yùn)動位置、姿態(tài)、軌跡、操作順序及動作的時(shí)間等。同時(shí)它編程簡單、有軟件操作菜單、人機(jī)交互界面和在線操作提示，使用方便。什么是機(jī)器人控制器？機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定的動作或作業(yè)任務(wù)的裝置，是機(jī)器人的心臟，決定了機(jī)器人性能的優(yōu)劣。從機(jī)器人控制算法的處理方式來看，可分為串行、并行兩種結(jié)構(gòu)類型。四、問題探究1．串行處理結(jié)構(gòu)串行處理結(jié)構(gòu)是指機(jī)器人的控制算法是由串行機(jī)來處理。分類控制特征單CPU結(jié)構(gòu)、集中控制方式用一臺功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控制功能二級CPU結(jié)構(gòu)、主從式控制方式一級CPU為主機(jī)，擔(dān)當(dāng)系統(tǒng)管理、機(jī)器人語言編譯和人機(jī)接口功能；二級CPU完成全部關(guān)節(jié)位置數(shù)字控制多CPU結(jié)構(gòu)、分布式控制方式上位機(jī)負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)管理以及運(yùn)動學(xué)計(jì)算、軌跡規(guī)劃等；下位機(jī)由多CPU組成，每個(gè)CPU控制一個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動四、問題探究2．并行處理結(jié)構(gòu)

并行處理技術(shù)是提高計(jì)算速度的一個(gè)重要而有效的手段，能滿足機(jī)器人控制的實(shí)時(shí)性要求，關(guān)于機(jī)器人控制器并行處理技術(shù)，研究較多的是機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的并行算法及其實(shí)現(xiàn)方法。開發(fā)并行算法的途徑之一就是改造串行算法，使之并行化，然后將算法映射到并行結(jié)構(gòu)，一般有兩種方式，一是考慮給定的并行處理器結(jié)構(gòu)，根據(jù)處理器結(jié)構(gòu)所支持的計(jì)算模型開發(fā)算法的并行性；二是首先開發(fā)算法的并行性，然后設(shè)計(jì)支持該算法的并行處理器結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最佳并行效率。五、知識拓展

ROBOX運(yùn)動控制器：應(yīng)用領(lǐng)域：除了涉及機(jī)器人外，還在AGV、印刷包裝、多線切割、激光切割、木材和塑料等眾多工業(yè)領(lǐng)域積累了豐富的應(yīng)用。通信方式：包括Ethercat、CANopen、Profibus、DeviceNet、SercosandModbusTCP等主流總線，支持OPCServer、ActiveX和.NET庫，可用于Windows環(huán)境中的通信優(yōu)勢：功能齊全、模塊化設(shè)計(jì)、線路布局精簡、經(jīng)濟(jì)性原則ROBOX控制器六、評價(jià)反饋基本素養(yǎng)（30分）序號評估內(nèi)容自評互評師評1紀(jì)律（無遲到、早退、曠課）（10分）

2安全規(guī)范操作（10分）

3團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、溝通能力（10分）

理論知識（20分）序號評估內(nèi)容自評互評師評1了解運(yùn)動控制及伺服驅(qū)動器原理（10分）

2了解工業(yè)機(jī)器人ROBOX控制系統(tǒng)（5分）

3了解ROBOX控制系統(tǒng)控制的伺服驅(qū)動器（5分）

綜合評價(jià)

七、練習(xí)題一．填空題（1）運(yùn)動控制是實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動精確的

、

、

和轉(zhuǎn)矩控制。（2）運(yùn)動控制器就是控制電動機(jī)運(yùn)行方式，其主要由

、

、

和

四部分組成。（3）驅(qū)動器的電路一般包括：

、

、

和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)電路等。（4）PWM伺服驅(qū)動器具有調(diào)速范圍寬、

、

、

等特點(diǎn)。（5）步進(jìn)伺服電動機(jī)驅(qū)動器主要由脈沖發(fā)生器、

和

等部分組成。（6）CAN總線是一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，其主要工作包括位填充、

、

、優(yōu)先級判別等內(nèi)容。二．簡答題（1）ROBOX控制器中的ADV的含義是什么？（2）TCP/IP協(xié)議常見的接口層協(xié)議有哪些？（3）CF存儲卡使用時(shí)注意哪些事項(xiàng)？七、練習(xí)題（一）.填空題1）位置控制、速度控制、加速度控制2）中央邏輯控制單元、傳感器、電機(jī)或動力裝置、執(zhí)行單元3）功率放大器、電流保護(hù)電源、高低壓電源4）低速特性好、響應(yīng)快、效率高5）環(huán)形分配器、功率放大器6）數(shù)據(jù)編碼器、循環(huán)冗余檢驗(yàn)（二）.簡答題1.ROBOX控制器中的ADV的含義是什么？高級功能按鈕，按下可清除當(dāng)前控制器的報(bào)警，在供電后長按，則進(jìn)入控制器重新啟動。2.TCP/IP協(xié)議常見的接口層協(xié)議有哪些？Ethernet802.3、TokenRing802.5、X.25、Framerelay、HDLC、PPPAT