三軸臺式工業(yè)機器控制軟件設(shè)計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 三軸臺式工業(yè)機器控制軟件設(shè)計 0 引言 如今工業(yè)機器人已逐步融入工業(yè)生產(chǎn)之中，與工業(yè)機器人開發(fā)相關(guān)的企業(yè)也相繼在中國出現(xiàn)。然而，對于不同客戶的需求，只能通過工程師編寫不同程序的方式來滿足客戶的需求。因此，在這些企業(yè)中，大多數(shù)都是以“非標”產(chǎn)業(yè)和機器人代售為主。而同一機器人應(yīng)用于不同工作環(huán)境，在軟件設(shè)計上的通用性問題上一直存在著很大的阻礙。 1 機器人系統(tǒng)框架 工業(yè)機器人系統(tǒng)通過控制軟件發(fā)送指令給予SmartPAC 運動控制器，由控制器根據(jù)相關(guān)指令轉(zhuǎn)換為軸的驅(qū)動指令并傳輸給相應(yīng)的軸伺服器，軸伺服器根據(jù)接收過來的指令控制軸以執(zhí)行相關(guān)動作。參數(shù)輸入端是由鼠標與鍵盤通過

2、USB接口直接接入控制器，該控制器自帶操作系統(tǒng)WinCE.控制軟件在該運動控制器的WinCE環(huán)境下運行，通過輸入端在控制軟件上設(shè)定相關(guān)參數(shù)或開展操作，由通用控制軟件分析并確定一條合適的加工路徑。根據(jù)加工路徑，得出相關(guān)指令集合，通過控制軟件向軸依次發(fā)送指令，以到達加工工件的目的。 該工業(yè)機器人系統(tǒng)框架如圖1所示。 2 通用控制軟件簡介 該軟件控制端所控制的機器人是由三個雅馬哈單軸伺服器以及一個Smart PAC 運動控制器相組合而成的三軸臺式工業(yè)機器人。其中三軸分別命名為X,Y,Z,相互構(gòu)成了一個立體空間。加工工件固定于Y 軸上，處于XY 平面之內(nèi)。在加工工件上分布著N 個加工點。 操作人員只需

3、通過該軟件控制端輸入加工工件的模型，以及加工點的位置。通過柵格法參加樹的形式對模型逐步分解，對加工點逐個確定，接下來從中分析出路徑，路徑以短的時間內(nèi)完成單位工件的加工為準。 該三軸臺式工業(yè)機器人通用控制軟件界面如圖2所示，主要分為4個部分，左上角為參數(shù)設(shè)置面板，左下角為軸位置顯示面板，右上角為控制操作面板，右下角為軸測試面板，用以測試軸能否正常工作。參數(shù)設(shè)置面板與控制操作面板將會在下文中詳細介紹。 3 軟件框架設(shè)計 該控制端軟件工作于Windows CE操作系統(tǒng)，在VisualStudio 20*下使用C#語言開展開發(fā)。進入控制端軟件首先進入的是窗體初始化函數(shù)。在窗體初始化函數(shù)中開展各軸的配置

4、并啟動軸，以確保各軸在開始工作之前就已回歸零點位置。在回歸零點位置之后，再將各軸關(guān)閉。這里需要注意的是，并不是在窗體初始化函數(shù)里面去等待軸回到零點再開展關(guān)閉各軸操作，而是在窗體定時器中去檢測并關(guān)閉。否則，窗體將在相當長的一段時間之內(nèi)會處于丟失焦點的狀態(tài)，或窗體需等軸回到零點之后再出現(xiàn)。定時器是整個軟件的一個部分，相當于軟件的心臟，它擔負著軸狀態(tài)檢測、加工工件計數(shù)、指令發(fā)送等功能。圖2為該軟件控制端的界面，在左上角有一個參數(shù)設(shè)置的面板，在這個面板中存在著兩個參數(shù)設(shè)置，分別是軸參數(shù)設(shè)置和工件參數(shù)設(shè)置。軸參數(shù)設(shè)置包含著三軸長度設(shè)置與軸運動速度設(shè)置，可將相關(guān)的軸配置信息保存為后綴為txt的文本格式或后

5、綴為doc的Word文檔格式，以便下次直接讀取使用。軸參數(shù)設(shè)置的具體流程圖如圖3所示。 工件參數(shù)設(shè)置包括工件模型設(shè)置、工件上的加工點位置的設(shè)置及軸參數(shù)設(shè)置中的文件讀取與保存。其中，模型設(shè)置采用多視角視圖法，視圖個數(shù)根據(jù)所需加工的模型設(shè)定。對于精度要求不高的模型也可采用數(shù)組輸入的方法。兩種方式的模型輸入都支持拷貝，便于在已有模型上修改加工位置。而加工點的位置則直接在模型的根底上開展設(shè)置即可。 圖2的控制界面中存在著3個按鍵，分別是執(zhí)行、暫停和停止。這3個按鍵分別執(zhí)行著不同功能，一般情況下，只使用暫停按鍵，停止按鍵執(zhí)行急停的任務(wù)，用作緊急處理，當停止按鍵按下時，就意味著加工必須重新開始。執(zhí)行和停止

6、按鍵的流程圖如圖4所示。 4 路徑規(guī)劃 4.1 環(huán)境表示 在環(huán)境表示上采用柵格法，用柵格法表示加工工件模型及加工環(huán)境相對容易，但時間復(fù)雜性相對較高。 對于工業(yè)加工而言，加工工件一般都是成批量開展加工的，只需在次加工該加工工件開銷相對較長的時間，此后的每加工只需從存儲的文件中，調(diào)用之前已得到的路徑開展加工即可，而且，工業(yè)加工更需要一個相對較為容易得到的模型。 常用的柵格法如圖5 所示。該方法是將整塊目標區(qū)域劃分成N 個等份的小格，但是這種方法對于工業(yè)加工來說精度差，數(shù)據(jù)存儲空間過大，而且時間開銷較大。改良后的柵格法如圖6所示。該改良后的柵格法是采用逐步細分法，先將整個區(qū)域細分成四塊，然后判斷加工

7、點在哪塊區(qū)域，接著在細分，直到加工點及環(huán)境足以被表示出來為止。該方法在對無加工點和無加工工件的區(qū)域內(nèi)不開展細分，大大節(jié)省了數(shù)據(jù)消耗，并且有針對性的對有加工點及加工工件的位置開展細分，提高了加工精度。為了在工件加工時能夠更地表示加工位置，該控制軟件在環(huán)境表示上所采用的是改良后的柵格法。 在環(huán)境表示的代碼實現(xiàn)上采用鏈表的形式。環(huán)境單位結(jié)點的構(gòu)建采用構(gòu)造體的形式，其主要包括子結(jié)點地址、父結(jié)點地址和權(quán)值等。不同的權(quán)值代表著不同的含義，可表示存在加工點區(qū)域、靠近加工點區(qū)域、加工工件非加工點部分及其他區(qū)域，它是實行路徑規(guī)劃實現(xiàn)的引領(lǐng)者，在下節(jié)路徑規(guī)劃當中將詳細介紹。環(huán)境單位結(jié)點的代碼如下： 一旦區(qū)域劃分完

8、畢，將需要一值予以表示其加工點的位置。采用構(gòu)造體的形式予以表示，包括X,Y,Z 三個坐標，表示其相對于所在結(jié)點空間的坐標。該構(gòu)造體屬于環(huán)境單位結(jié)點的一部分，具體代碼如下： Struct News int x;int y;int z; 每一個環(huán)境單位結(jié)點都擁有自己的一個ID 號，即該環(huán)境單位的大小及位置，具體代碼如下： Struct Size int y;int z;int x;int Size; x,y,z 分別是區(qū)域空間內(nèi)該坐標軸上的值，Size表示該立方體區(qū)域的邊長。 4.2 權(quán)值尋找 在路徑規(guī)劃上，采用權(quán)值尋找法。對每一個環(huán)境節(jié)點都開展一個權(quán)值的賦予，給予結(jié)點不同的優(yōu)先級，權(quán)值越低，優(yōu)先

9、級越高，用于在路徑尋找中找到路徑。 例如，現(xiàn)有4個子節(jié)點A,B,C,D,給予A 結(jié)點的權(quán)值為100,B結(jié)點的權(quán)值為80,C結(jié)點的權(quán)值為50,D結(jié)點的權(quán)值為10.現(xiàn)在在路徑規(guī)劃尋找路徑時，直接先尋找到D結(jié)點，然后繼續(xù)尋找下去，若出現(xiàn)多個優(yōu)先級相同的結(jié)點時，則分而尋之，到尋找完畢之后，再開展路徑選取，可采用權(quán)值之和者優(yōu)先的方法等.權(quán)值賦予的優(yōu)先級按由高到低的順序排列為：存在加工點，靠近加工點，加工工件非加工點部分，其他區(qū)域。 實驗結(jié)果說明，采用上述路徑規(guī)劃選定的實際加工路徑與理想加工路徑依然存在著一定的差距。圖7為理想加工路徑，圖8為實際加工路徑。 5 總結(jié) 本文通用控制軟件是在三軸臺式工業(yè)機器人的根底上，以SmartPAC運動控制器為，通過改良后的柵格法開展模型