一種開(kāi)放式機(jī)器人控制器力

第第頁(yè)一種開(kāi)放式機(jī)器人控制器力一種開(kāi)放式機(jī)器人掌握器力/位混合掌握的實(shí)現(xiàn)方法

王磊柳洪義郭大忠

東北高校機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110004

業(yè)要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)要在殼體內(nèi)壁上定位精確,同時(shí)能夠在不規(guī)章的回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)壁表面上不同區(qū)域始終保持接觸,且接觸力的大小恒定或按規(guī)定輸出。因此,本文在位置伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上考慮力掌握,以使操作手獲得對(duì)未知環(huán)境的柔順性。

4.2基于PMAC力/位混合掌握的硬件實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端的力/位混合掌握,需要PMAC的模擬輸出分別工作在伺服驅(qū)動(dòng)器的速度和轉(zhuǎn)矩掌握模式下,見(jiàn)圖6

所示。

圖2

機(jī)器人掌握系統(tǒng)硬件原理圖

圖6伺服驅(qū)動(dòng)器輸出模式

驅(qū)動(dòng)器的速度模式和力矩模式都接受上位掌握器(PMAC)的模擬信號(hào)。其中,速度模式的是以掌握位置為主要掌握指標(biāo),而力矩模式是以掌握轉(zhuǎn)矩為主要掌握指標(biāo),在力矩模式下可以在額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩輸出。

為了實(shí)現(xiàn)以上要求,操作手的接觸作業(yè)分三個(gè)步驟:首先操

圖3

接線連接板形狀圖

作手在速度模式下到達(dá)預(yù)定的位置并保持肯定的姿態(tài),在這種模式下利用電流環(huán)的位置掌握更精確;隨后,對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換,小臂在力矩模式下豎直抬起,在執(zhí)行機(jī)構(gòu)接近殼體時(shí),執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電機(jī)處于自由狀態(tài)以保證能良好的依附于殼體內(nèi)壁;最末,在末端機(jī)構(gòu)與殼體內(nèi)壁接觸時(shí),殼體轉(zhuǎn)動(dòng),依靠反饋信息調(diào)整小臂伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩使執(zhí)行器能夠始終與殼體保持接觸并掌握肯定的接觸力,從而使機(jī)器人能夠在非結(jié)構(gòu)表面下進(jìn)行有效的力掌握,完成接觸性作業(yè)。

本系統(tǒng)中PMAC運(yùn)動(dòng)掌握器共掌握四軸聯(lián)動(dòng),但由于操作手中大臂、小臂、執(zhí)行機(jī)構(gòu)要分別工作于兩種不同模式下,所以

圖4DPRAM連接簡(jiǎn)圖

實(shí)際占用PMAC的軸通道數(shù)為7個(gè)。在這兩種模式下,驅(qū)動(dòng)器側(cè)接受掌握器指令的輸入引腳不同,以松下驅(qū)動(dòng)器為例,速度模式下用14、15引腳,而在力矩模式下用16、17引腳。本系統(tǒng)中PMAC與驅(qū)動(dòng)器模式轉(zhuǎn)換的雙通道連接見(jiàn)圖7

。

訊橋梁。DPRAM為主機(jī)和PMAC之間可以共享高速內(nèi)存區(qū),通過(guò)DPRAM,IPC與PMAC之間可以方便地進(jìn)行無(wú)握手?jǐn)?shù)據(jù)交換。DPRAM在主機(jī)(IPC)和PMAC之間有地址映射,用這個(gè)地址映射匹配兩邊的內(nèi)存地址。DPRAM對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性的保證,提高了掌握系統(tǒng)的靈敏性,使操作手實(shí)施主動(dòng)柔順掌握時(shí)力誤差減削,力掌握精度大大增加。DPRAM與IPC、PMAC的關(guān)系見(jiàn)圖4

。

ACC-34AA也是PMAC的附件之一,可以提供64個(gè)光隔離的分立I/O點(diǎn),以32位字分組,有32個(gè)輸入點(diǎn)和32個(gè)輸出點(diǎn)。輸入點(diǎn)可以接收外部輸入掌握信號(hào),以便上位掌握器(PMAC)作出決策。

比如,在本系統(tǒng)中接受掌握面板上的輸入掌握信號(hào)。輸出點(diǎn)可以圖5ACC-34AA基本功能圖接繼電元件,最終掌握外圍設(shè)備的起停。ACC-34AA的基本功能如圖5所示。

PMAC運(yùn)行后臺(tái)PLC程序,通過(guò)M變量[6,7]對(duì)ACC-34AA輸入端和輸出端進(jìn)行只讀和只寫(xiě)。

4開(kāi)放式特種機(jī)器人的力/位混合掌握

4.1力掌握的須要性

為了使機(jī)器人在約束環(huán)境中具有敏捷性,同時(shí)避開(kāi)與環(huán)境接觸時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的接觸力或力矩,這就要求機(jī)器人終端具備同時(shí)掌握其終端位置和力的技能[4,5]。本系統(tǒng)中,機(jī)器人操作手要在工作空間狹小的回轉(zhuǎn)殼體內(nèi)完成預(yù)定的接觸性作業(yè),此項(xiàng)作圖7雙軸通道伺服輸出連接圖

圖7所示兩個(gè)軸通道DAC1~DAC2(PMAC的43、44)模擬

輸出[5]分別接到伺服驅(qū)動(dòng)器的速度和轉(zhuǎn)矩指令引腳(驅(qū)動(dòng)器側(cè)的14、16)。軸通道1(DAC1)的幫助連接是指與其有關(guān)的反饋、驅(qū)動(dòng)器使能和報(bào)錯(cuò)、限位等連接。如,CHA1~CHC1是通道1的編碼盤反饋信號(hào),+LIM1和-LIM1是在反方向和正方向的限位信號(hào),AENA1/DIR1是放大器使能信號(hào),決斷伺服驅(qū)動(dòng)器的使能,其它類似引腳不在詳述。PMAC的J8有60個(gè)引腳,有四個(gè)軸輸出通道,每個(gè)軸輸出通道都有一套類似的幫助連接,每個(gè)軸輸出通道依據(jù)其相應(yīng)的幫助連接而調(diào)整模擬輸出,完成伺服功能。在驅(qū)動(dòng)器一側(cè),要實(shí)現(xiàn)兩種模式,需要軸輸出通道的模擬指令信號(hào)在14和16之間切換,假如用一個(gè)軸輸出通道,需要在PMAC和驅(qū)動(dòng)器之間自己搭建電路在外部來(lái)完成此切換,這樣做實(shí)時(shí)性不好,牢靠性也不高。因此本系統(tǒng)采納PMAC的兩個(gè)軸通道來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器兩種模式的伺服輸出,這樣做可以不必搭建外部電路,而且保證明時(shí)性的要求。詳細(xì)做法是通過(guò)PMAC的J5口來(lái)轉(zhuǎn)變C-MODE的狀態(tài)。假如單獨(dú)掌握兩個(gè)軸通道時(shí),需要兩套幫助連接以保證軸通道的伺服輸出,但事實(shí)上一個(gè)驅(qū)動(dòng)器及外部開(kāi)關(guān)只能提供一套軸通道幫助連接,這需要PMAC在其內(nèi)部完成輸出的切換,通過(guò)設(shè)置I變量中的I*02[7],這種切換保證在只有一套軸幫助連接的前提下,PMAC對(duì)兩個(gè)軸通道伺服輸出。4.3基于PMAC力/位掌握的軟件實(shí)現(xiàn)

整個(gè)掌握軟件包括實(shí)時(shí)掌握軟件與上位機(jī)的系統(tǒng)管理軟件兩部分。實(shí)時(shí)掌握軟件包括伺服驅(qū)動(dòng)、PLC監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等;系統(tǒng)管理軟件包括初始化、參數(shù)輸入、雙CPU通訊、殼體作業(yè)規(guī)劃等。為了在PMAC中實(shí)現(xiàn)操作手的力/位混合掌握,掌握軟件在Windows平臺(tái)上用VC++6.0編寫(xiě)系統(tǒng)應(yīng)用程序,同時(shí)調(diào)用PMAC中PCOMM32PRO動(dòng)態(tài)連接庫(kù)中的函數(shù)完成對(duì)PMAC的實(shí)時(shí)操作。

在PMAC的初始化程序中作以下設(shè)置和定義:#1-250000A;定義小臂電機(jī)為旋轉(zhuǎn)軸A#3-6553.6*#5-50000B#7-CI102=*始值

M1-Y:$FFC2,8;設(shè)備輸出1(PMAC的J5)用于模式力矩和速度的模式轉(zhuǎn)換

M162-D:$002B;電機(jī)1的實(shí)際位置

M168-*:$45,8,16,S;電機(jī)1的DAC輸出位

其中,P1為殼體入口處位置的橫坐標(biāo),P2為殼體作業(yè)位置的橫坐標(biāo),P3為殼體作業(yè)位置的縱坐標(biāo),P100為力矩設(shè)置值。I102為電機(jī)指令輸出地址,I169為小臂電機(jī)DAC輸出限制,C為標(biāo)定小臂角度極限。M162為寄存器中存儲(chǔ)小臂電機(jī)(電機(jī)1)實(shí)際位置值。M168為輸出力矩對(duì)DAC的標(biāo)定值。

掌握流程如圖8所示。

;定義大臂電機(jī)為移動(dòng)軸*;定義末端電機(jī)為旋轉(zhuǎn)軸B

;定義驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)殼體電機(jī)為旋轉(zhuǎn)軸C;復(fù)原電機(jī)指令輸出地址I102的初

有用的開(kāi)放式的機(jī)器人掌握器。應(yīng)用IPC和PMAC雙CPU的開(kāi)放式結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)級(jí)別的開(kāi)放度,獲得了較好的人機(jī)交互技能,并在基礎(chǔ)上,對(duì)機(jī)器人進(jìn)行有效的力/位混合掌握,給出了詳細(xì)掌握的硬件和軟件實(shí)現(xiàn),此系統(tǒng)能夠使機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)表