《并联机器人控制》PPT课件.ppt

图 1.1 Delta并联机器人本体与控制柜 1.控制系统设计 在前面机械系统 的基础上，要想 实现机器人的抓 取操作，还必须 有控制系统 1.1 控制系统方案设计 机器人的整个控制系 统以工业控制计算机 为中心 ,采用 PLC控制 器为主控单元，进行 伺服控制和开关量的 控制，具体包括机器 人本体的伺服控制、 视觉系统控制、气动 系统控制、传输系统 控制和一些附属设施 的控制。 图 1.2 机器人控制系统整体框图 上位机 上位机是指可以 直接发出操控指令 的计算机。其屏幕 上显示各种信号变 化（角度，压力， 温度 等） 图 1.3 上位机屏幕显示 图 1.4 机器人系统及视觉系统示意图 机器人视觉系统 机器视觉系统大多是指通过机器视觉产品 (即图 像摄取装置，分 CCD和 CMOS两种 )把图像抓 取到，然后将该图像传送至处理单元，通过数 字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息 ，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。进而根 据判别的结果来控制现场的设备动作。 气动系统设计方案如右图 所示，气源泵（空气泵） 产生压缩气体，经过滤减 压阀过滤、定压，分为两 支路，一路气体通过真空 发生电磁阀到达真空发生 器用于产生真空；另一路 气体经过真空破坏电磁阀 直接与吸盘相通。 两个电磁阀的通断信号来自控制器的开关量信号，当吸盘到达待抓取物体 的正上方时，真空发生电磁阀打开，真空发生器产生真空，吸盘将物体吸 住；到达放置位置时，真空破坏电磁阀打开，吸盘气压高于大气压，物体 被“放下”。 气动系统设计 传输系统 传输系统主要是电机和两条传送带，当机器人 运行时，控制器给出使能信号使电机带动传送 带运动，另外，传送带上装有编码器，将传送 带的速度实时反馈给控制器。 附属设施的控制包括气源泵、夜间工作照明、 急停开关、状态指示灯等开关量的控制。 附属设施控制 1.2 控制系统主要硬件配置 高速拾取并联机器人控制系统的硬件主要有上位机、 PLC控制 器、交流伺服电机等。 (1)上位机。上位机主要是提供友好的人机交互，从而间接的实现对控 制器的访问一般的上位机都是一个专业的工业控制计算机，具有多种 插槽和数据接口，可以方便的和各种控制卡或控制器连接。不过现在 大多数采用的上位机为触摸屏小型计算机，具体参数如下： 15寸触摸屏； Intel双核 1 8GHz四线程低功耗 CPU， 1GB DDR3内存， 30GB SSD硬盘； 6个 USB接口， 3个 1000M以太网口， 2个 DB9隔离 RS一 485接口， 1个 DB9 RS一 232接口， 1个 DBl5 VGA接口。 (2)PLC控制器。对控制器的要求，主要是能够实现多轴 运动控制和一些开关量的控制，市场上很多运动控制卡 及 PLC都能满足要求，这里介绍一种大工计控生产的 PEC6000控制器。该控制器采用高速总线通讯，具有直 线、圆弧和样条三种插补算法支持单轴、多轴和轴组运 动控制，并且支持 G代码。主要参数如下： 2路 RS485通讯， 1路以太网通讯； 16路普通 8路高速 (4路 AB相 )数字量输入， 12路普通 4路高速数字量输出 。 (3)伺服电机。伺服电机是机器人的驱动装置，在 选择时主要考虑扭矩和功率等因素。 2.传感器及控制软件 在机器人中传感器既用于内部反馈控制，也用于与外部 环境的交互。于是，机器人传感器又分为内部传感器和 外部传感器。 2.1传感器 内部传感器包括检测位移、角度、方位角、速度、加速 度、力 /力矩的传感器。 外部传感器用来检测外部环境，包括视觉、触觉、滑觉 、接近觉、力觉、热觉等传感器。 2.1.1位置传感器 位置传感器既可用来测量位移，包括角位移和线位移， 也可用来检测运动。在很多情况下，如在编码器中，位 置信息还可以可用来计算速度。 2.1.1位置传感器 电位器：电位器通过电阻把位置信息转化为随位置变化 的电压。 电位器既可以是旋转式的也可以是直线式的， 因此能够测量旋转运动或直线运动。旋转运动式电位器 还可以是多圈的，这使得用户能够测量多圈的旋转运 。 图 2.1 电位计用作位置传感器； (a)旋转式； (b)直线式 编码器 编码器是一种能检测细微运动且输出信号为数字信号的 简单装置 。 编码器有两种基本形式，即增量式和绝对式。 增量式编码器 增量式编码器仅检测角位置的 变化，它并不能直接记录或指 示位置的实际值。 图 2.2 编码器工作原理图 绝对式编码器 绝对式编码器码盘的每个位置都对应着透光与不透光弧 段的唯一组合，这种确定组合有唯一的特征。通过这唯 一的特征，不需要已知起始位置，在任何时刻就可以确 定码盘的精确位置。 2.1.2 速度传感器 速度传感器的使用与所采用的位置传感器类型有很大关 系，根据所用位置传感器的类型，甚至可以不需要使用 速度传感器。 如果用编码器测量位移，那么实际上就没有必要使用 速度传感器。对于任意给定的角位移，编码器将产生 确定数量的脉冲信号，通过统计指定时间内脉冲信号 的数量，就能计算出相应的角速度。 编码器 2.1.3 CCD图像传感器 CCD(Charge Coupled Device)电荷耦合器件，是现在最 常用的机器视觉传感器，是 20世纪 60年代贝尔实验室发 明的固体状态摄像机技术，由分布于各个像元的光敏二 极管的线性阵列或矩形阵列构成，通过按一定顺序输出 每个二极管的电压脉冲，实现将图像光信号转换成电信 号的目的。由于 CCD传感器有光照灵敏度高、噪声低、 像元尺寸小等优点，所以一直主宰着图像传感器市场。 2.1.4 COMS图像传感器 CMOS图像传感器是 20世纪 70年代在美国航空航天局的 喷气推进实验室诞生的，同 CCD图像传感器几乎是同时 起步的。不过， CMOS图像传感器过去存在着像元尺寸 大、信噪比小、分辨率低、灵敏度低等缺点，一直无法 和 CCD技术抗衡。 但是，随着标准 CMOS大规模集成电路技术的不断发展 ，大大改善了 CMOS图像传感器的图像质量。 CMOS图 像传感器的高度集成化减小了系统的复杂性，降低了制 造成本，并具有功耗低、像素缺陷率低、对局部像素图 像的编程可随机访问等优点，所以现在应用也很广泛。 2.2 软件系统 2.2.1 HMI界面 图 2.3 机器人控制 HMI界面 采用 VC开发的人机接 口界面如图 2.3所示， 界面上的按钮与后台 的 PLC程序相关联， 通过触摸屏操作，使 后台的程序运行从而 控制机器人运动。 2.2.2 机器人的编程 图 2.3 机器人控制 HMI界面 机器人的编程是采用与控制 器相配套的编程软件 PLC_Config。 PLC_Config 支持功能块、梯形图、指令 表编程语言，支持运动控制 指令以及 G代码指令。 PLC 编程界面如图 5 8所示。 在 PLC_Config编写机器人 的上位机程序，然后下载到 PLC控制器，即可实现对机 器人的控制。