工業(yè)機器人電控

工業(yè)機器人電控第一頁，共54頁。機器人電氣控制系統(tǒng)概述機器人控制系統(tǒng)的基本結構工業(yè)機器人控制系統(tǒng)構成方案比較機器人的關鍵部件簡介

常用可編程控制器PLC第二頁，共54頁。機器人控制系統(tǒng)的基本結構

從基本機構上看，一個典型的機器人電氣控制系統(tǒng)主要由上位計算機、運動控制器、驅動器、電動機、執(zhí)行機構和反饋裝置構成。第三頁，共54頁。工業(yè)機器人控制系統(tǒng)構成方案比較基于PLC的運動控制基于PC+運動控制卡的運動控制純PC機控制第四頁，共54頁。基于PLC的運動控制PLC進行運動控制有兩種：1、利用PLC的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來產生脈沖驅動電機，同時使用通用I/O或者計數(shù)部件來實現(xiàn)電機的閉環(huán)位置控制;2、使用PLC外部擴展的位置模塊來進行電機的閉環(huán)位置控制,從而可以大大提高運動控制的速度和精度。

第五頁，共54頁。第六頁，共54頁?；赑C+運動控制卡的機器人控制

第七頁，共54頁。單純的PC控制

完全采用PC機的全軟件形式的機器人系統(tǒng)。在高性能工業(yè)PC和嵌入式PC（配備專為工業(yè)應用而開發(fā)的主板）的硬件平臺上，可通過軟件程序實現(xiàn)PLC和運動控制等功能，實現(xiàn)機器人需要的邏輯控制和運動控制。當然，PC機同時具有高性能的任務管理功能和人機交互功能。在通過高速的工業(yè)總線進行PC與驅動器的實時通訊，顯著的提高機器人的生產效率和靈活性。不過，在提供靈活的應用平臺的同時，也大大提高了開發(fā)難度和延長了開發(fā)周期。由于其結構的先進性，這種結構代表了未來機器人控制結構的發(fā)展方向。

第八頁，共54頁。機器人的關鍵部件簡介編碼器驅動器傳感器第九頁，共54頁。編碼器

閉環(huán)控制是提高機器人控制系統(tǒng)運動精度的重要手段，而位置檢測傳感器則是構成閉環(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行檢測，并將位置信息傳送給運動控制器，由運動控制器根據控制對象的實際值調整輸出信號。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)機器人電機都是應用的絕對編碼器。第十頁，共54頁。交流伺服電機驅動器交流伺服的組成：永磁同步交流伺服電動機；全數(shù)字交流永磁同步伺服驅動器。伺服驅動器有兩個部分組成：驅動器硬件和控制算法；控制算法是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關鍵技術。

第十一頁，共54頁。伺服驅動器的接線：1.主回路接線

1）驅動器R、S、T電源線的連接；

2）驅動器與電動機電源線之間的接線；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.通訊接線第十二頁，共54頁。第十三頁，共54頁。傳感器

在機器人控制系統(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)進行精確而可靠的檢測，那么對機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換成電量的傳感器便成為機器人控制系統(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)轉換為與之有確定對應關系的、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。第十四頁，共54頁。稱重傳感器：電阻應變式稱重傳感器，用于檢測工件重量。機械開關：普通接近開關，用于檢測運動部分是否到位。光電開關：包括對射式、反射板式、漫反射式紅外線光電開關，

用于檢測工件位置。磁性開關：用于檢測運動部分是否到位。材質傳感器：用于檢測工件材質。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傳感器，用于檢測工件顏色。

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

光的強度,波長,頻率,相位,偏振態(tài)等光學性質的變

化,從而形成不同的調制---抗干擾能力傳感器的分類第十五頁，共54頁。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條碼掃描器電子標簽第十六頁，共54頁。歐姆龍CP1H:擁有4路高速脈沖輸出和4軸高速計數(shù)功能，運算速度快，

自帶模擬量輸入輸出接口，非常適合碼垛機和桌面柔性加

工系統(tǒng)，本體價格低廉，但部分擴展模塊（如Profibus總

線模塊和以太網模塊）價格較高。三菱FX3U:擁有3路高速脈沖輸出，運算速度快，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，但部分擴展模塊價格較高。模擬量需要擴展。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，但部分擴展模塊價格較高。常用可編程控制器PLC第十七頁，共54頁。電氣元器件直流繼電器：進行弱電的開關控制；開關電源：提供控制系統(tǒng)所需的直流電源按鈕、指示燈、急停按鈕：負責系統(tǒng)運行的控制、狀態(tài)指示及緊急停止。斷路器：系統(tǒng)的總電源開關，同時為系統(tǒng)提供過流、短路及漏電保護；噪聲濾波器：過濾供電系統(tǒng)中的電噪聲交流繼電接觸器：進行強電的開關控制第十八頁，共54頁。西門子PLC(CPU224)控制電機正反轉一、設計思路1、用PLC控制一維運動平臺實現(xiàn)電機的自動正反轉運行及手動正反轉運行；2、一維運動平臺的行程兩端各有一行程開關，分別定義為正向限位和負向限位；3、在電機自動正反轉運行前，需對電機進行復位。復位的過程是：啟動電機往負向運行，運行至負向限位后，往正向運行一段距離，將該位置作為電機自動正反轉運行的初始位置；4、復位完成后，按下正轉按鈕，電機往正向運行一段距離（該距離通過運動包絡參數(shù)設定），到位后停止。按下反轉按鈕，電機往負向運行一段距離，到位后停止；5、如正反轉運行過程中，觸動行程開關，電機停止運行。此時可通過手動正反轉按鈕控制電機運行離開限位開關，或按下復位按鈕對平臺重新復位；6、觸動行程開關后，需重新復位才能進行自動正反轉運行控制；7、在電機運行過程中，任何時刻均可通過“停止按鈕”和“急停按鈕”控制其停止運行；8、停止運行后，需重新復位才能進行自動正反轉運行控制；9、“復位指示燈”、“運行指示燈”和“停止指示燈”用來指示一維平臺的運行狀態(tài)。第十九頁，共54頁。二、機械本體第二十頁，共54頁。三、硬件電路第二十一頁，共54頁。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（脈寬調制）狀態(tài)下。使用PTO或PWM可以實現(xiàn)速度、位置的開環(huán)運動控制。

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，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。第二十二頁，共54頁。

包絡（Profile）是一個預先定義的以位置為橫坐標，以速度為縱坐標的曲線，包絡是運動的圖形描述。一個包絡由多段組成，每一段包含一個達到目標速度的加減速過程，和以目標速度勻速運行的一串指定數(shù)量的脈沖。如果是單段運動控制或者是多段運動控制的最后一段，還應該包括一個由目標速度到停止的減速過程。

PTO主要通過包絡來實現(xiàn)位置控制。位置控制想到通過參數(shù)設置來創(chuàng)建包絡，并用圖形方式顯示包絡曲線，自動生成位置控制用的子程序。四、運動包絡第二十三頁，共54頁。

在開始編寫程序前，首先設定運動包絡，步驟如下：（1）雙擊左圖所示“向導—PTO/PWM”，出現(xiàn)“脈沖輸出向導”窗口。五、運動包絡設定步驟第二十四頁，共54頁。（2）選擇Q0.0，單擊“下一步”。第二十五頁，共54頁。（3）選擇“線性脈沖串輸出（PTO）”，單擊“下一步”。第二十六頁，共54頁。（4）設置項目中應用的電機最高速度、最低速度和電機啟動/停止速度。第二十七頁，共54頁。（5）單擊“下一步”，設置加減速時間。第二十八頁，共54頁。（6）單擊“下一步”。第二十九頁，共54頁。（7）點擊“新包絡”，選擇“是”。第三十頁，共54頁。（8）圖27灰色部分激活，在其中選擇“相對位置”，設置好參數(shù)，其中步0的目標位置不要設置太小，需大于加減速脈沖數(shù)之和。（9）單擊“確認”。第三十一頁，共54頁。（10）將參數(shù)”VB0”更改為“VB1000”，需注意，不要在程序中再重復定義“VB1000—VB1069”；單擊“下一步”。第三十二頁，共54頁。（11）單擊“完成”，在彈出的對話框中選擇“是”。（12）運動包絡設置完成。在調用子程序中出現(xiàn)Q0.0對應的位控子程序。第三十三頁，共54頁。第三十四頁，共54頁。六、PLC程序VD1033：運動包絡加速脈沖數(shù)；VD1053：運動包絡減速脈沖數(shù)；VD1080：運動包絡加減速脈沖；VD1080=VD1033+VD1053+1。1、上電初始化Q0.2：驅動器方向信號Q0.4：復位指示燈熄滅Q0.6：停止指示燈點亮SM0.1：首次掃描周期時該位打開，用途是調用初始化子程序。第三十五頁，共54頁。2、電機控制子程序和初始化EN：使能端，用SM0.0連接，保持常通；I_STOP：有效時電機立即停止；D_STOP：有效時電機減速停止；Done：完成標志。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。第三十六頁，共54頁。3、復位第三十七頁，共54頁。第三十八頁，共54頁。VD1100：復位返回脈沖數(shù)，在數(shù)據塊的“用戶定義1”進行設置。根據電機的減速比和驅動器的細分以及電機行程設置。第三十九頁，共54頁。VD1043：運行包絡恒速段脈沖數(shù)；VD1100－VD1080=VD1043。第四十頁，共54頁。VD60.1：運動包絡運行完成標志，PTO0_CTRL中的“Done”參數(shù)；v100.1：正轉運行狀態(tài)；v101.3：正轉結束；4、正轉第四十一頁，共54頁。I0.1：正轉按鈕；V100.1：正轉運行狀態(tài)；V101.2：復位完成標志。正反轉自動運行前必須復位完成；第四十二頁，共54頁。Q0.2：電機方向；VD1104：正反轉脈沖數(shù)，同VD1100參數(shù)一樣，在“數(shù)據塊”的“用戶定義1”中設置．VD1104－VD1080=VD1043。第四十三頁，共54頁。5、反轉VD60.1：運動包絡運行完成標志，PTO0_CTRL中的“Done”參數(shù)；v100.2：反轉運行狀態(tài)；v101.4：反轉結束；第四十四頁，共54頁。I0.2：反轉按鈕；V100.2：反轉運行狀態(tài)；V101.2：復位完成標志。正反轉自動運行前必須復位完成；第四十五頁，共54頁。Q0.2：電機方向；VD1104：正反轉脈沖數(shù)，同VD1100參數(shù)一樣，在“數(shù)據塊”的“用戶定義1”中設置。VD1104－VD1080=VD1043。第四十六頁，共54頁。6、手動正轉手動正轉是對電機的點動控制，需要一直按住按鈕，電機才能運行。運行至正限位后，即使按住按鈕也不能運行，只能反向運行。第四十七頁，共54頁。7、手動反轉手動反轉是對電機的點動控制，需要一直按住按鈕，電機才能運行。運行至負限位后，即使按住按鈕也不能運行，只能正向運行。第四十八頁，共54頁。8、緊急停止緊急停止：運行至正負限位時，對系統(tǒng)的保護策略。