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)計控制系統(tǒng)設(shè)計 在前面機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，要想實現(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)計控制系統(tǒng)方案設(shè)計 機(jī)器人的整個控制系統(tǒng)以工業(yè)控制計算機(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、視覺系統(tǒng)控制、氣動系統(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)出操控指令的計算機(jī)。其屏幕上顯示各種信號變化（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)及視覺系統(tǒng)示意圖機(jī)器人視覺系統(tǒng)機(jī)器人視

2、覺系統(tǒng)機(jī)器視覺系統(tǒng)大多是指通過機(jī)器視覺產(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，通過數(shù)字化處理，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，來進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等的判別。進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。 氣動系統(tǒng)設(shè)計方案如右圖所示，氣源泵（空氣泵）產(chǎn)生壓縮氣體，經(jīng)過濾減壓閥過濾、定壓，分為兩支路，一路氣體通過真空發(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)過真空破壞電磁閥直接與吸盤相通。兩個電磁閥的通斷信號來自控制器的開關(guān)量信號，當(dāng)吸盤到達(dá)待抓取物體的正上方時，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，真空破壞電磁

3、閥打開，吸盤氣壓高于大氣壓，物體被“放下”。氣動系統(tǒng)設(shè)計氣動系統(tǒng)設(shè)計傳輸系統(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)器人運行時，控制器給出使能信號使電機(jī)帶動傳送帶運動，另外，傳送帶上裝有編碼器，將傳送帶的速度實時反饋給控制器。 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，從而間接的實現(xiàn)對控制器的訪問一般的上位機(jī)都是一個專業(yè)的工業(yè)控制計算機(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。不過現(xiàn)在大多數(shù)采用的上位機(jī)為觸摸屏小型計算機(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USB接口，3個1000M以太網(wǎng)口，2個DB9隔離RS一485接口，1個DB9 RS一232接口，1個DBl5 VGA接口。(2)PLC控制器。對控制器的要求，主要是能夠?qū)崿F(xiàn)多軸運動控制和一些開關(guān)量的控制，市場上很多運動控制卡及PLC都能滿足要求，這里介紹一種大工計控生產(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、多軸和軸組運動控制，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)動裝置，在選擇時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。 外部傳感器用來檢測外部環(huán)境，包括視覺、觸覺、滑覺、接近覺、力覺、熱覺等傳感器。2.1.1位置傳感器位置傳感器位置傳感器既可用來測量位移，包括角位移和線位移，

6、也可用來檢測運動。在很多情況下，如在編碼器中，位置信息還可以可用來計算速度。2.1.1位置傳感器位置傳感器電位器：電位器通過電阻把位置信息轉(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，因此能夠測量旋轉(zhuǎn)運動或直線運動。旋轉(zhuǎn)運動式電位器還可以是多圈的，這使得用戶能夠測量多圈的旋轉(zhuǎn)運。圖2.1 電位計用作位置傳感器；(a)旋轉(zhuǎn)式；(b)直線式編碼器編碼器 編碼器是一種能檢測細(xì)微運動且輸出信號為數(shù)字信號的簡單裝置。編碼器有兩種基本形式，即增量式和絕對式。增量式編碼器增量式編碼器 增量式編碼器僅檢測角位置的變化，它并不能直接記錄或指示位置的實際值。圖2.2 編碼器工作原理圖絕對式編碼器

7、絕對式編碼器 絕對式編碼器碼盤的每個位置都對應(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。通過這唯一的特征，不需要已知起始位置，在任何時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。 如果用編碼器測量位移，那么實際上就沒有必要使用速度傳感器。對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，通過統(tǒng)計指定時間內(nèi)脈沖信號的數(shù)量，就能計算出相應(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)器視覺傳感器，是20世紀(jì)60年代貝爾實驗室發(fā)明的固體狀態(tài)攝像機(jī)技術(shù)，由分布于各個像元的光敏二極管的線性陣列或矩形陣列構(gòu)成，通過按一定順序輸出每個二極管的電壓脈沖，實現(xiàn)將圖像光信號轉(zhuǎn)換成電信號的目的。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，所以一直主宰著圖像傳感器市場。2.1.4 COMS圖像傳感器 CMOS圖像傳感器是20世紀(jì)70年代在美國航空航天局的噴氣推進(jìn)實驗室誕生的，同CCD圖像傳感器幾乎是同時起步的。不過，CMOS圖像傳感器過去存在著像元尺寸大、信噪比小、分辨率低、靈敏度低等缺點，一直無法和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、對局部像素圖像的編程可隨機(jī)訪問等優(yōu)點，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的PLC程序相關(guān)聯(lián)，通過觸摸屏操作，使后臺的程序運行從而控制機(jī)器人運動。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