畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-四自由度碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)管理資料

學(xué)士學(xué)位論文ShandongUniversityBachelor’sThesis論文題目：四自由度碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名學(xué)號(hào)20061701027學(xué)院控制科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)自動(dòng)化年級(jí)2006指導(dǎo)教師 2010年6月1日摘要作為物流自動(dòng)化領(lǐng)域的一門(mén)新興技術(shù)，近年來(lái)，碼垛技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。碼垛機(jī)器人以其高效、高精度、占地范圍小等優(yōu)勢(shì)正在快速占領(lǐng)整個(gè)碼垛行業(yè)。特別是西方發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)缀跬耆娲巳斯ごa垛。從“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始，我國(guó)將工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用工程作為研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)之一，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“從無(wú)到有”。然而，從整體上說(shuō)我國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還很薄弱，機(jī)器人的研究依然任重而道遠(yuǎn)。本文就是立足于此，以具體工程實(shí)踐為研究背景，進(jìn)行四自由度碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究，以實(shí)現(xiàn)對(duì)碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，滿(mǎn)足生產(chǎn)實(shí)踐需求。論文的主要內(nèi)容如下：1、在緒論中簡(jiǎn)要介紹了本論文的研究背景及意義。2、通過(guò)分析機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，獲得機(jī)器人的幾何模型，通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析，得到運(yùn)動(dòng)變換關(guān)系式。3、根據(jù)碼垛控制需求，選擇位置伺服控制，并進(jìn)行相關(guān)MATLAB仿真。4、以ACR9000多軸運(yùn)動(dòng)控制器和MT6100iV人機(jī)界面為核心控制器件進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)硬件線(xiàn)路設(shè)計(jì)，共分為以下幾個(gè)部分：相關(guān)器件選型、電氣線(xiàn)路連接、控制器與伺服信號(hào)線(xiàn)路連接、觸摸屏與控制器線(xiàn)路連接5、以ACRView和EB8000為開(kāi)發(fā)工具，分別對(duì)下位機(jī)程序和人機(jī)界面進(jìn)行開(kāi)發(fā)。其中下位機(jī)程序運(yùn)用AcroBasic語(yǔ)言進(jìn)行模塊化編程以實(shí)現(xiàn)示教、回零、再現(xiàn)、手動(dòng)運(yùn)行、參數(shù)設(shè)置等功能。上位機(jī)通過(guò)將相關(guān)控件與相應(yīng)地址相鏈接實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)的控制。關(guān)鍵詞：碼垛機(jī)器人，控制系統(tǒng)，位置伺服控制，AcroBasic語(yǔ)言，模塊化編程

AbstractAsanewtechnologyinlogisticsautomationarea,inrecentyears,stackingtechnologyhasexperiencedarapidgrowth.Withtheirhighperformance,highprecisionandsmallareaadvantages,stackingrobotsarequicklycapturingtheentirepalletizingindustry.Especiallyinthewesterndevelopedcountries,palletizingrobotsalmostcompletelyreplacedthemanualstack.Sincethetacklehard-nutproblemsinscienceandtechnologyduringChina'sSevenFiveyearPlanperiod,Ourcountryhasmadetorch-planprojectsandapplicationofindustrialrobotsasoneofthekeyresearchanddevelopmenthassuccessfullyrealizedrobotindustry"fromnonexistencetopassintoexistence"plan.However,onthewhole,ourcountry'srobotindustryisstillunderdevelopment,robots'researchisstillalongwaytogo.Thisarticletalksaboutthecontrolsystemofrobottorealizemotioncontroloftherobotbasedontheengineeringpracticewithspecificbackground.Ourpurposeistomeettheindustryrequirement.Specificcontentofthearticleareasfollows:1.Theintroductionofabriefbackgroundofthisthesisanditssignificance.2.Throughtheanalysisoftherobot'sphysicalconstruction,getasimplifiedgeometricmodel,andwithkinematicanalysis,gettransformationequationoftheendeffector.3.ChoosethewayofServo-positionControltomeettheneedofthestack.4.UseACR9000controllerandMT6100iVHMIasthecoreofcontroldevicetodesignthehardwaresystem.Thispartisdividedintothefollowingseveralparts:relatedcomponentsselection,electricalwiringconnections,theconnectionbetweencontrollerandservodriver，controllerandtheHMI5.UsingthedevelopmentsoftwareofACRViewandEB8000todesignthecontrolprogramandinterfaceoftheHMI.ThecontrolprogramisdesignedbyAcroBasiclanguage.Wecanusetheprogramtorealizethefunctionofteach,playback,backhome,manualoperation,parameterssettingsandsoon.Besides,HMIcontrolthecontrollerbytheconnectionofActiveXwithrelevantBITaddress.KEYWORDS:stackingrobot，controlsystem，servo-positioncontrol，AcroBasiclanguage，modularprogram目錄第一章緒論 1研究背景 1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2論文研究意義和目的 2本文主要研究?jī)?nèi)容 3本章小結(jié) 3第二章碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 4碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu) 4運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 5本章小結(jié) 7第三章伺服控制方式選擇及仿真 8伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求 8AC伺服電機(jī)工作原理 8伺服控制方式選擇 9位置伺服系統(tǒng) 10機(jī)器人MATLAB仿真 11本章小結(jié) 13第四章硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14硬件系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) 14主要控制部件選型 14通信線(xiàn)路連接 16觸摸屏與ACR9000的連接 16ACR9000與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的連接 16其它信號(hào)線(xiàn)路 18電氣線(xiàn)路連接 18本章小結(jié) 18第五章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19下位機(jī)軟件開(kāi)發(fā) 19ACRView開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹 19系統(tǒng)參數(shù)配置流程 19AcroBasic語(yǔ)言及相關(guān)編程介紹 33軟件編寫(xiě)流程 35典型程序介紹 35運(yùn)動(dòng)監(jiān)視、調(diào)試 37 42EB8000開(kāi)發(fā)軟件介紹 42 43本章小結(jié) 44第六章系統(tǒng)測(cè)試 45結(jié)束語(yǔ) 46致謝 48參考文獻(xiàn) 49附錄 50附錄1.控制柜電氣線(xiàn)路連接圖 50附錄2.調(diào)試過(guò)程圖片 51附錄3.成品實(shí)物圖 52附錄4.下位機(jī)程序 52第一章緒論研究背景所謂碼垛就是按照集成單元化思想，將一件件物料按照一定的模式堆碼成垛，以便使單元化的物垛實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)、搬運(yùn)、裝卸運(yùn)輸?shù)任锪骰顒?dòng)REF_Ref262737291\r\h[1]。圖1-1碼垛過(guò)程示意圖作為物流自動(dòng)化領(lǐng)域的一門(mén)新興技術(shù)，近年來(lái)，碼垛技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。一方面，隨著企業(yè)集團(tuán)化，生產(chǎn)能力規(guī)模化，對(duì)碼垛能力的要求不斷提高，傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單的碼垛機(jī)和人工碼垛已不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要；另一方面，隨著產(chǎn)品生產(chǎn)向著多品種少批量的方向發(fā)展，企業(yè)往往需要一線(xiàn)多產(chǎn)品的生產(chǎn)線(xiàn)，這就要求碼垛機(jī)必須具備處理多種產(chǎn)品的能力。另外，隨著大型物資批發(fā)配送中心的出現(xiàn)，需要為成千上萬(wàn)個(gè)用戶(hù)按訂單配送產(chǎn)品，這就要求碼垛機(jī)具有混合碼垛的能力，所有這些都為碼垛機(jī)器人的發(fā)展提供了機(jī)會(huì)。作為工業(yè)機(jī)器人的典型的一種,繼70年代末日本將其用于碼垛行業(yè)以來(lái)，碼垛機(jī)器人在工業(yè)應(yīng)用，尤其是包裝領(lǐng)域和物流領(lǐng)域正發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。將機(jī)器人與包裝線(xiàn)相結(jié)合，既提高了生產(chǎn)線(xiàn)的工作效率，又增強(qiáng)了運(yùn)行的可靠性，減少了人力資源的開(kāi)支，更讓當(dāng)代企業(yè)迅速適應(yīng)不斷變化的市場(chǎng)要求，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。碼垛機(jī)器人以其特有的優(yōu)勢(shì)迅速搶占了碼垛市場(chǎng)。其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：圖1-1碼垛過(guò)程示意圖碼垛機(jī)器人不僅能承擔(dān)高負(fù)重，而且速度和質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工碼垛。，工作范圍大碼垛機(jī)器人的占地面積小，操作范圍大；每一臺(tái)碼垛機(jī)器人都有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，極大地保證了作業(yè)精度。可以根據(jù)需要抓取不同類(lèi)別的產(chǎn)品，更能適應(yīng)現(xiàn)代多元化的生產(chǎn)。機(jī)器人雖然前期投入較高，但是卻能達(dá)到成本效用最大化，且各家機(jī)器人都在為客戶(hù)的成本控制而在產(chǎn)品中不斷加入新的科技成果。5.可以與其它檢測(cè)設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，構(gòu)成現(xiàn)代化得自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，大大提高企業(yè)自動(dòng)化水平，提高了生產(chǎn)效率，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前歐、美、日的碼垛機(jī)器人在全球市場(chǎng)的占有率均超過(guò)了90％，在機(jī)器人國(guó)際市場(chǎng)中占領(lǐng)份額最大的是日本，其生產(chǎn)、使用及銷(xiāo)售一直處于全球領(lǐng)先位置。目前日本已經(jīng)有130余家專(zhuān)業(yè)的機(jī)器人生產(chǎn)制造商。據(jù)日本機(jī)器人聯(lián)合會(huì)2007年8月公布的數(shù)據(jù)顯示：2007年第二季度機(jī)器人銷(xiāo)售金額為1460億日元，其中出口金額竟達(dá)到978億日元。雖然2008年的金融危機(jī)使機(jī)器人的生產(chǎn)廠(chǎng)商也受到牽連，機(jī)器人生產(chǎn)和銷(xiāo)售都有所影響，但隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，機(jī)器人行業(yè)也出現(xiàn)回暖的形勢(shì)。2009年全球機(jī)器人行業(yè)總銷(xiāo)售量仍比2006年增長(zhǎng)10%。從“七五”科技攻關(guān)開(kāi)始，我國(guó)將工業(yè)機(jī)器人及應(yīng)用工程作為研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)之一，經(jīng)過(guò)研制、生產(chǎn)、應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的“從無(wú)到有”。“十五”期間是我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)日趨成熟；市場(chǎng)需求在“十五”初期也有了一個(gè)“井噴式”的發(fā)展。此外我國(guó)也已經(jīng)形成了以新松為代表的一些具有一定競(jìng)爭(zhēng)力的機(jī)器人公司和產(chǎn)業(yè)化基地。但是，從整體上說(shuō)我國(guó)的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還很薄弱，機(jī)器人的研究依然任重而道遠(yuǎn)。我國(guó)市場(chǎng)上機(jī)器人總共擁有量近萬(wàn)臺(tái)，%，其中完全化國(guó)產(chǎn)機(jī)器人僅占30%，其余皆為從日本、美國(guó)、瑞典、德國(guó)、意大利等20多個(gè)國(guó)家引進(jìn)REF_Ref262737329\r\h[2]。究其原因，很大程度在于自主品牌不夠，發(fā)展壯大自主品牌及其自動(dòng)化成套裝備產(chǎn)業(yè)成為當(dāng)務(wù)之急。論文研究意義和目的日本、美國(guó)等西方發(fā)達(dá)國(guó)家碼垛機(jī)器人應(yīng)用廣泛，幾乎遍布整個(gè)相關(guān)行業(yè)。而在中國(guó)，碼垛機(jī)器人在食品、包裝等行業(yè)才剛開(kāi)始得到應(yīng)用。碼垛機(jī)器人未能在較大行業(yè)范圍內(nèi)使用，而且在使用的碼垛機(jī)器人中，進(jìn)口的占據(jù)大部分比例。從各方面顯示，工業(yè)機(jī)器人正處在迅猛發(fā)展階段，掌握機(jī)器人的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)刻不容緩。另外，國(guó)家對(duì)機(jī)器人行業(yè)發(fā)展日益重視。山東省近日出臺(tái)指導(dǎo)意見(jiàn),從政策與資金方面促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展,促進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)盡快成長(zhǎng)為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。為加大對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的資金投入力度,山東省將建立以政府投入為引導(dǎo)、企業(yè)投入為主體、金融投入為支撐的多元化投資體系。自2010年起，實(shí)施山東省機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展科技重大專(zhuān)項(xiàng)，重點(diǎn)支持面向山東省主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)及領(lǐng)域的機(jī)器人關(guān)鍵共性技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的實(shí)施。省科技廳、發(fā)展改革委、經(jīng)濟(jì)和信息化委等部門(mén)的相關(guān)計(jì)劃和專(zhuān)項(xiàng)資金安排向機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)和示范應(yīng)用推廣傾斜。這對(duì)于機(jī)器人發(fā)展是一個(gè)重大機(jī)遇。因此抓住機(jī)遇，從事相關(guān)控制系統(tǒng)的研究，開(kāi)發(fā)出高性能、低成本、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的碼垛機(jī)器人具有廣闊的市場(chǎng)前景，同時(shí)可以進(jìn)一步推進(jìn)自主工業(yè)機(jī)器人的研發(fā)及推廣使用，對(duì)于提高我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平，都具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文主要研究?jī)?nèi)容本文依據(jù)山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所機(jī)器人國(guó)家工程研究中心山東分中心所自主開(kāi)發(fā)的一款四自由度混聯(lián)碼垛機(jī)器人為研究背景。主要研究碼垛機(jī)器人的控制方案、控制算法，以及運(yùn)用PARKERACR9000對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，運(yùn)用威綸MT6100iv觸摸屏進(jìn)行上位機(jī)的開(kāi)發(fā)。第1章主要對(duì)選題背景和研究?jī)?nèi)容及意義進(jìn)行概述，介紹國(guó)內(nèi)外碼垛機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀以及本文研究的目的和意義。第2章對(duì)碼垛機(jī)器人進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)分析。第3章對(duì)伺服電機(jī)控制特性進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，并運(yùn)用MATLAB自帶的SIMULINK工具進(jìn)行系統(tǒng)相關(guān)的仿真。第4章則重點(diǎn)介紹運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括對(duì)硬件控制器件的選型，線(xiàn)路連接等。第5章則進(jìn)行相關(guān)軟件的開(kāi)發(fā)，包括運(yùn)用AcroBasic語(yǔ)言對(duì)控制器進(jìn)行編程，以及對(duì)觸摸屏界面進(jìn)行設(shè)計(jì)等。第6章則通過(guò)實(shí)際測(cè)試獲得機(jī)器人的各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。最后一章是對(duì)本篇論文進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)。本章小結(jié)本章主要介紹了碼垛機(jī)器人的相關(guān)發(fā)展背景，并對(duì)國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了描述。同時(shí)說(shuō)明了課題的主要研究意義及研究?jī)?nèi)容。第二章碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圖2-1碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖2-1碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)圖用于碼垛的機(jī)器人只需要4個(gè)自由度即可滿(mǎn)足實(shí)際需求。所設(shè)計(jì)的碼垛機(jī)器人的具體機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。該機(jī)器人為四自由度混聯(lián)機(jī)器人。其中1底部基座，2內(nèi)六角圓柱頭螺釘3標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈4直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)單元5外殼6連桿機(jī)構(gòu)7內(nèi)六角圓柱頭螺釘8標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈9內(nèi)六角圓柱頭螺釘10標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈11內(nèi)六角圓柱頭螺釘12標(biāo)準(zhǔn)型彈簧墊圈。手臂固定在腰部，其中小臂通過(guò)前大臂、后大臂的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)和碼垛作業(yè)。該機(jī)器人包含4個(gè)關(guān)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)4種運(yùn)動(dòng)：手臂前后運(yùn)動(dòng)、上下運(yùn)動(dòng)、腰部旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、手腕回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)的極限位置都安裝有限位開(kāi)關(guān)。水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)由前大臂、后大臂、大臂連桿、小臂四個(gè)構(gòu)件組成的平行四邊形實(shí)現(xiàn)的，而腕部是由小臂、輔助連桿、腕部、三角架構(gòu)成的連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中保持水平的。運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圖2-2碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2-2碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖工業(yè)碼垛機(jī)器人機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-2所示，當(dāng)F點(diǎn)固定，E點(diǎn)沿水平方向移動(dòng)時(shí)，A點(diǎn)的水平移動(dòng)速度為E點(diǎn)的λ倍，如果E點(diǎn)作勻速運(yùn)動(dòng)，A點(diǎn)也將作勻速運(yùn)動(dòng)：當(dāng)E點(diǎn)固定，F(xiàn)點(diǎn)沿垂直方向移動(dòng)時(shí)，A點(diǎn)的垂直運(yùn)動(dòng)速度為F點(diǎn)的λ-1倍，如果F點(diǎn)做勻速運(yùn)動(dòng)，A點(diǎn)也將作勻速運(yùn)動(dòng)REF_Ref262737395\r\h[3]。其中λ=AC/BC=CF/DF.如圖2-3所示，設(shè)置一個(gè)固定的坐標(biāo)系XOY，其隨基座一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)器人本體處于虛線(xiàn)所示的位置時(shí)，平行四連桿機(jī)構(gòu)的F0點(diǎn)為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，X軸與A0C0平行。圖中，DF=140mm，CD=700mm，BC=140mm，AB=700mm，BE=700mm，DE=140mm。圖2-3機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析示意圖圖2-3機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析示意圖下面分析當(dāng)水平電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊正向移動(dòng)x，垂直電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊正向移動(dòng)y時(shí)，碼垛機(jī)器人腕部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因?yàn)镈0F=DF-y，D0E=DE+x，則(1)EF==(2)在ΔDEF中，有θ2=∠DEF=arccos()(3)θ3=∠FDE=arccos()(4)此時(shí)，C點(diǎn)坐標(biāo)為(5)此時(shí)A點(diǎn)坐標(biāo)為(6)將式（5）帶入式（6）中，可得：(7)將θ1、θ2、θ3及全部已知變量帶入式（7）中，利用幾何知識(shí)解得(8)則有(9)圖2-4碼垛示例圖圖2-4碼垛示例圖如圖2-4所示，機(jī)器人碼垛時(shí)，當(dāng)碼垛機(jī)器人搬運(yùn)物品從生產(chǎn)線(xiàn)上的A（x0，y0,z0）點(diǎn)到托盤(pán)上的B（x1,y1,z1）點(diǎn)時(shí)（10）水平關(guān)節(jié)移動(dòng)距離為（11）（12）由以上分析可知，給定給定工作區(qū)間上初始位置和任意一點(diǎn)，即可計(jì)算出各關(guān)節(jié)應(yīng)旋轉(zhuǎn)的角度或位移。同理，已知各關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的角度和位移，亦不難求出末端機(jī)械手的位姿。本章小結(jié)本章通過(guò)對(duì)碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，獲得簡(jiǎn)化幾何模型。通過(guò)對(duì)模型的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和計(jì)算獲得機(jī)器人的位姿變換關(guān)系式，為下一步實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的位置精確控制打下基礎(chǔ)。第三章伺服控制方式選擇及仿真伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求機(jī)器人電動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是利用各種電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的力矩和力，直接或間接地驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體以獲得機(jī)器人的各種運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

對(duì)工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，要求有最大功率質(zhì)量比和扭矩慣量比、高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、低慣量和較寬廣且平滑的調(diào)速范圍。特別是像機(jī)器人末端執(zhí)行器（手爪）應(yīng)采用體積、質(zhì)量盡可能小的電動(dòng)機(jī)，尤其是要求快速響應(yīng)時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)必須具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并且具有較大的短時(shí)過(guò)載能力。這是伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用的先決條件。機(jī)器人對(duì)關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的主要要求歸納如下：

1）快速性。電動(dòng)機(jī)從獲得指令信號(hào)到完成指令所要求的工作狀態(tài)的時(shí)間應(yīng)短。響應(yīng)指令信號(hào)的時(shí)間愈短，電伺服系統(tǒng)的靈敏性愈高，快速響應(yīng)性能愈好，一般是以伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)的大小來(lái)說(shuō)明伺服電動(dòng)機(jī)快速響應(yīng)的性能。

2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩慣量比大。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的情況下，要求機(jī)器人的伺服電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。

3）控制特性的連續(xù)性和直線(xiàn)性，隨著控制信號(hào)的變化，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能連續(xù)變化，有時(shí)還需轉(zhuǎn)速與控制信號(hào)成正比或近似成正比。

4）調(diào)速范圍寬。能使用于較大的調(diào)速范圍。

5）體積小、質(zhì)量小、軸向尺寸短。

6）能經(jīng)受得起苛刻的運(yùn)行條件目前，由于高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、大轉(zhuǎn)矩、低慣量的交、直流伺服電動(dòng)機(jī)在工業(yè)機(jī)器人中得到廣泛應(yīng)用，一般負(fù)載1000N（相當(dāng)100kgf）以下的工業(yè)機(jī)器人大多采用電伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。所采用的關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)主要是AC伺服電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和DC伺服電動(dòng)機(jī)。AC伺服電機(jī)工作原理目前國(guó)際上的工業(yè)機(jī)器人90%以上均采用AC伺服電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：⑴無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。⑵定子繞組散熱比較方便。⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。⑸同功率下有較小的體積和重量。圖3-1AC伺服電機(jī)工作電路基本組成機(jī)器人所采用的AC伺服電機(jī)也常常被稱(chēng)作是DC無(wú)刷伺服電機(jī)。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度REF_Ref262737490\r\h[4]。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線(xiàn)數(shù)）。圖3-1AC伺服電機(jī)工作電路基本組成圖3-1給出了AC伺服電機(jī)工作電路的基本組成。交流電源通過(guò)整流濾波后再經(jīng)過(guò)PWM逆變器輸出交流信號(hào)，形成旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，從而使電機(jī)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電路的脈沖信號(hào)通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的控制REF_Ref262737509\r\h[5].伺服控制方式選擇一般伺服包含三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。（1）速度控制方式：通過(guò)模擬量的輸入或脈沖的頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)速度的控制，速度控制模式主要用于對(duì)速度要求比較高的場(chǎng)合。（2）轉(zhuǎn)矩控制方式：轉(zhuǎn)矩控制方式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來(lái)設(shè)定電機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，可以通過(guò)即時(shí)的改變模擬量的設(shè)定來(lái)改變?cè)O(shè)定的力矩大小，也可通過(guò)通訊方式改變對(duì)應(yīng)的地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。主要應(yīng)用于對(duì)速度和位置要求不太嚴(yán)格，對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中。（3）位置控制方式：位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置模式可以對(duì)速度和位置都有很?chē)?yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于定位裝置。碼垛機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡屬于PTP型，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中末端執(zhí)行器以最快的速度從一點(diǎn)準(zhǔn)確定位到另一點(diǎn)。機(jī)器人的控制對(duì)末端執(zhí)行器的位置精度要求較高，而對(duì)末端執(zhí)行器的速度控制和力矩控制沒(méi)有特殊要求，所以確定碼垛機(jī)器人關(guān)節(jié)點(diǎn)選擇位置伺服控制方式以保證末端定位精度。速度檢測(cè)微處理器構(gòu)成的位置控制速度控制器電流調(diào)節(jié)器速度檢測(cè)微處理器構(gòu)成的位置控制速度控制器電流調(diào)節(jié)器PWM放大器伺服電機(jī)速度給定電流給定θ電流反饋編碼器信號(hào)接收處理位置檢測(cè)脈沖給定濾波器濾波器圖3-2位置伺服控制方式原理圖關(guān)節(jié)單元位置伺服控制系統(tǒng)工作原理如圖3-2位置給定信號(hào)與位置反饋信號(hào)之差值通過(guò)調(diào)節(jié)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)校正，然后送至速率調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器，即經(jīng)過(guò)外環(huán)、中環(huán)、內(nèi)環(huán)三個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)器的校正再由模擬功率接口驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)位置伺服控制。在這個(gè)系統(tǒng)中，位置調(diào)節(jié)器的作用是使位置給定與的偏差向最小變化。速度反饋調(diào)節(jié)器的主要作用是阻尼位置調(diào)節(jié)過(guò)程的超調(diào)。電流調(diào)節(jié)器的作用是減小力矩波動(dòng)，改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性，并對(duì)最大電流進(jìn)行限定等。濾波電路的作用是濾除位置或速率傳感器輸出信號(hào)中的諧波信號(hào)。以上各環(huán)節(jié)的參數(shù)的設(shè)計(jì)和整定應(yīng)根據(jù)具體的負(fù)載的性質(zhì)（力矩和慣量的大?。?，以便滿(mǎn)足位置伺服精度的要求REF_Ref262737537\r\h[6]。位置環(huán)處理時(shí)采用積分PID算法。通過(guò)調(diào)節(jié)比例、積分、微分的參數(shù)，可以使伺服電機(jī)獲得較好的動(dòng)態(tài)性能，使實(shí)際位置與期望位置偏差較小，從而使系統(tǒng)保持較高的運(yùn)動(dòng)精度。離散化PID控制算式為：其中，k為采樣序列號(hào)，k=0，1，2．．．；Kp、Ki、Kd分別表示比例、微分、積分系數(shù)。根據(jù)遞推原理得到其增量式PID算法為：通過(guò)調(diào)整Kp、Ki、Kd的值，配合較高的機(jī)械精度，可以使伺服系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，響應(yīng)加快，使位置控制在一定的偏差范圍內(nèi)。機(jī)器人MATLAB仿真系統(tǒng)仿真采用MATLAB中Simulink自帶的機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)例。具體仿真模型如圖3-3所示。圖3-3機(jī)器人系統(tǒng)MATLAB仿真原理圖圖3-3機(jī)器人系統(tǒng)MATLAB仿真原理圖該仿真系統(tǒng)中采用兩路伺服電機(jī)，模擬平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。可以實(shí)現(xiàn)兩軸的協(xié)調(diào)控制仿真過(guò)程模擬機(jī)器人從點(diǎn)[-30,-45]到點(diǎn)[30，45]的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，,其中參數(shù)設(shè)置為兩路電機(jī)系統(tǒng)位置環(huán)PID參數(shù)均為P=32000，D=400，速度環(huán)PID參數(shù)設(shè)置為P=，I=10，加速度及減速度均設(shè)為5000rpm/s，減速比設(shè)置為130。仿真結(jié)果如圖3-4，其中第一幅仿真圖讀取的參數(shù)為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)參數(shù)。從上到下讀取參數(shù)依次為轉(zhuǎn)矩、加速度、運(yùn)動(dòng)速度、位置。第二幅和第三幅讀取的分別是兩路伺服電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，從上到下依次為電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、回轉(zhuǎn)速度。從圖中可知，該系統(tǒng)多電機(jī)同步效果較好，反應(yīng)靈敏，位移較為精確，可以很好的滿(mǎn)足碼垛的需求。圖3-4MATLAB仿真結(jié)果圖3-4MATLAB仿真結(jié)果本章小結(jié)通過(guò)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求及AC伺服電機(jī)工作原理的分析，選擇合適的伺服控制方式，即位置控制方式。并通過(guò)對(duì)反饋環(huán)的分析，獲得所要調(diào)節(jié)的控制參數(shù)。最后通過(guò)MATLAB仿真，進(jìn)行控制方式驗(yàn)證和參數(shù)調(diào)整。

第四章硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)整個(gè)控制系統(tǒng)基本硬件平臺(tái)如圖4-1所示圖4-1控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖圖4-1控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器伺服驅(qū)動(dòng)器腰座

關(guān)節(jié)水平

關(guān)節(jié)垂直

關(guān)節(jié)腕部

關(guān)節(jié)上位機(jī)觸摸屏運(yùn)動(dòng)控制器接近開(kāi)關(guān)電磁閥氣缸腕部

手爪主要控制部件選型1．運(yùn)動(dòng)控制器運(yùn)動(dòng)控制器選用美國(guó)Parker公司生產(chǎn)的獨(dú)立式系統(tǒng)級(jí)別的多軸控制器ACR9000。和傳統(tǒng)的板卡級(jí)運(yùn)動(dòng)控制卡相比，ACR9000可脫離工控機(jī)工作，穩(wěn)定性好；封閉式結(jié)構(gòu)，抗干擾強(qiáng)；屏蔽電纜連接，屏蔽性好，通訊距離長(zhǎng)；體積小巧。ACR-9000的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面（1）穩(wěn)定，可靠的硬件結(jié)構(gòu)（2）直觀、友善的調(diào)試開(kāi)發(fā)界面（ACR-VIEW）（3）靈活、簡(jiǎn)便的編程功能（4）強(qiáng)大、開(kāi)放的PID算法（5）強(qiáng)勁、多樣的運(yùn)動(dòng)及插補(bǔ)功能（6）針對(duì)不通應(yīng)用領(lǐng)域提供的特殊功能（7）強(qiáng)大的通訊能力，便捷地HMI開(kāi)發(fā)方式控制器具體規(guī)格參數(shù)說(shuō)明如表1所示表1ACR9000規(guī)格參數(shù)說(shuō)明表1ACR9000規(guī)格參數(shù)說(shuō)明硬件控制軸數(shù)2，4，6or8軸（選用的為6軸）處理器32位浮點(diǎn)DSP@150MFLOPS/75MHz軌跡運(yùn)算64-bit精確度用戶(hù)存儲(chǔ)區(qū)1MB內(nèi)存，用于保存用戶(hù)的程序和設(shè)置的參數(shù)固件閃存外形尺寸”W×”H×”D(2-4axes),”w×”H×”D(6-8axes)操作系統(tǒng)多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)電池可選備份電池使用戶(hù)程序和參數(shù)不易丟失性能多任務(wù)8個(gè)坐標(biāo)系/16個(gè)正本程序/8個(gè)梯形圖程序軌跡更新每100-500μs伺服更新25μs/axis梯形圖邏輯PLC100-500μs掃描時(shí)間插補(bǔ)直線(xiàn)、圓弧、正弦曲線(xiàn)、螺旋線(xiàn)、橢圓、樣條、三維弧形伺服環(huán)PID，速度前饋，加速度前饋，Notch和低通濾波位置修正硬件＜1usec通訊串行接口1個(gè)串行端口（RS232and/orRS422）Ethernet10/100Base-TUSBCANopenDS401協(xié)議，用于I/O擴(kuò)展。（可選項(xiàng)）控制信號(hào)模擬輸出可輸出到8路，16位模擬量步進(jìn)輸出可輸出到8路，最高頻率輸入輸出編碼器輸入可輸入到10路正交編碼器信號(hào)，20MHz?？赏ㄟ^(guò)軟件設(shè)置同步串行接口（SSI），正交接口，步進(jìn)和方向，CW/CCW模式模擬輸入8路單端（4路雙端），12位（可選項(xiàng)）內(nèi)置數(shù)字I/O2到4軸控制內(nèi)置20點(diǎn)24VDC光隔離輸入，4點(diǎn)24VDC光隔離輸出；4到8軸控制器內(nèi)置40點(diǎn)，24VDC光隔離輸入，8點(diǎn)24VDC光隔離輸出軟件提供開(kāi)發(fā)軟件ACR-View軟件開(kāi)發(fā)包語(yǔ)言支持動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)支持C++,VB6,C#,2.觸摸屏觸摸屏選用威綸MT6100iV。威綸系列觸摸屏是目前市場(chǎng)上使用較為廣泛的一類(lèi)觸摸屏。所選內(nèi)含32位RISC（精簡(jiǎn)指令集）微處理器，高效快速，功能強(qiáng)大、使用方便、可靠性高、壽命長(zhǎng)、性?xún)r(jià)比高。觸控反應(yīng)靈敏，具有高可靠性。能夠支持市場(chǎng)上大多數(shù)的PLC，特別是兼容對(duì)ACR9000控制器的開(kāi)發(fā)，這是其它觸摸屏所不具有的。3.伺服驅(qū)動(dòng)器及伺服電機(jī)選用安川系列產(chǎn)品。驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為SGDM-10ADA，輸入電壓為200-230V，最大輸入電流為7A。輸出0-230V，輸出功率為230W伺服電機(jī)根據(jù)關(guān)節(jié)位置的不同，工作性能要求也不相同。這里不再詳細(xì)說(shuō)明。通信線(xiàn)路連接觸摸屏與ACR9000的連接觸摸屏與ACR9000控制器之間通過(guò)RS232進(jìn)行串口通訊REF_Ref262737728\r\h[7]，具體通信線(xiàn)路連接如圖4-2所示：weinviewMT8000系列觸摸屏COM1ACR9000RS232COM1圖4-2ACR9000與觸摸屏連接示意圖2RX圖4-2ACR9000與觸摸屏連接示意圖3TX5GND3TX2RX5GND其中通訊參數(shù)設(shè)置為COM1（9600，N，8，1），不需要進(jìn)行站號(hào)設(shè)置。ACR9000與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的連接該連接信號(hào)線(xiàn)路較多，連接起來(lái)比較復(fù)雜。具體線(xiàn)路連接圖如圖4-3所示。圖4-3ACR9000與安川伺服驅(qū)動(dòng)器連接電路圖圖4-3ACR9000與安川伺服驅(qū)動(dòng)器連接電路圖控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器具體引腳功能說(shuō)明見(jiàn)表2表2ACR9000與安川伺服驅(qū)動(dòng)器引腳說(shuō)明表2ACR9000與安川伺服驅(qū)動(dòng)器引腳說(shuō)明ACR9000安川引腳號(hào)說(shuō)明引腳號(hào)說(shuō)明3編碼器輸入A+33PA04編碼器輸入A-34/PA05編碼器輸入B+35PB06編碼器輸入B-36/PB07編碼器輸入C+19PC08編碼器輸入C-20/PC010脈沖+（驅(qū)動(dòng)器位置控制方式）7PULS11脈沖-（驅(qū)動(dòng)器位置控制方式）8/PULS12方向+（驅(qū)動(dòng)器位置控制方式）11SIGN13方向-（驅(qū)動(dòng)器位置控制方式）12/SIGN16讀驅(qū)動(dòng)器報(bào)警輸入+(外接+24V)32ALM-(警報(bào)輸出負(fù))17讀驅(qū)動(dòng)器報(bào)警輸入-31ALM+（警報(bào)輸出正）20對(duì)驅(qū)動(dòng)器使能輸出-4724V+21對(duì)驅(qū)動(dòng)器使能輸出+40/S-ON(伺服使能端)22對(duì)驅(qū)動(dòng)器復(fù)位輸出-42P-OT（禁止正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)）43T-OT（禁止反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)）23對(duì)驅(qū)動(dòng)器復(fù)位輸出+44ALM-Reset其它信號(hào)線(xiàn)路在調(diào)試過(guò)程中，上位機(jī)是通過(guò)USB下載線(xiàn)與觸摸屏進(jìn)行通訊的。上位機(jī)與ACR9000的通訊是通過(guò)Ethernet實(shí)現(xiàn)的。電氣線(xiàn)路連接主要是主電路控制柜配線(xiàn)。需要配合使用繼電器器，開(kāi)關(guān)，急停按鈕等。電源采用220V交流電源。通過(guò)控制器輸出伺服驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)電機(jī)的同步運(yùn)行。具體電氣線(xiàn)路圖請(qǐng)參見(jiàn)附件1。本章小結(jié)本章主要對(duì)控制系統(tǒng)硬件系統(tǒng)進(jìn)行搭建和連接。選擇合適的控制器件，進(jìn)行信號(hào)線(xiàn)路和電氣線(xiàn)路的連接。從而實(shí)現(xiàn)由人機(jī)界面控制控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的控制，從而控制機(jī)器人按要求運(yùn)行。第五章軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)下位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)ACRView開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹ACRView為Parker控制器自帶的開(kāi)發(fā)工具，可以支持Ethernet,USB,CANopen和串口連接等多種通訊方式。含有配置向?qū)鬼?xiàng)目的建立更為簡(jiǎn)易，可以將系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置好以備控制器隨時(shí)進(jìn)行對(duì)運(yùn)動(dòng)和代碼的開(kāi)發(fā)。通過(guò)配置向?qū)Э梢詫?duì)機(jī)械參數(shù)、PID參數(shù)、伺服增益、正/反向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。設(shè)置導(dǎo)向中有一個(gè)易于使用的試運(yùn)行裝置，用來(lái)快速驗(yàn)證每一個(gè)軸的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)狀況和硬件設(shè)置；程序編輯模塊同時(shí)支持AcroBasic語(yǔ)言和PLC語(yǔ)言編程。另外為了調(diào)試運(yùn)行方便，ACRView還提供了很多狀態(tài)監(jiān)視窗口，包括參數(shù)監(jiān)視面板、BIT位監(jiān)視面板、伺服環(huán)監(jiān)視面板、通用狀態(tài)面板以及圖形監(jiān)視功能，極大的方便了用戶(hù)。系統(tǒng)參數(shù)配置流程ACR-View軟件安裝好之后，我們可以通過(guò)下面的方法來(lái)打開(kāi)。逐步單擊“開(kāi)始”菜單——“所有程序”——“ParkerAutomation”——“ACR-View”——“ACR-ViewProgram”，彈出“New/OpenProject”對(duì)話(huà)框，如圖5-1所示，該對(duì)話(huà)框用于新建或者打開(kāi)現(xiàn)有的工程。圖5-1新建窗口下面我們新建一個(gè)工程：選中“CreateNewProject”單選框，并在后面輸入工程的名字，我們這里輸入工程名為“Demo1”，點(diǎn)擊“OK”按鈕繼續(xù)，彈出新的對(duì)話(huà)框，在這里需要選擇控制器類(lèi)型，我們這里選擇“ACR9000”，如圖5-2所示：圖5-2選擇控制器類(lèi)型單擊“下一步”按鈕，在新彈出的對(duì)話(huà)框中選擇所購(gòu)買(mǎi)的ACR控制器型號(hào)，我們手頭的產(chǎn)品是9000P1U6B0,因此選擇這個(gè)型號(hào)，如圖5-3示：圖5-3選擇控制器型號(hào)單擊“下一步”按鈕，在新彈出的對(duì)話(huà)框中保持默認(rèn)設(shè)置，再單擊“下一步”至此，工程配置操作完成，彈出ACR-View主界面，如圖5-4示：圖5-4ACRView主界面我們可以看到，該對(duì)話(huà)框主要分成四個(gè)區(qū)域：最上面是菜單欄菜單欄下面是工具欄（分上下兩層，上層是通用工具欄，下層是梯形圖編程工具欄）工具欄下面左側(cè)是樹(shù)形向?qū)В彩俏覀兘?jīng)常要打交道的地方樹(shù)形向?qū)в覀?cè)是主操作界面區(qū)域，其顯示內(nèi)容會(huì)根據(jù)在樹(shù)形向?qū)е兴x擇內(nèi)容的不同而變化，我們大部分操作都要在這個(gè)地方進(jìn)行。當(dāng)新建一個(gè)工程后，在主界面中首先會(huì)顯示“通訊”對(duì)話(huà)框，如圖5-5所示圖5-5通訊設(shè)置窗口在這個(gè)對(duì)話(huà)框中，我們要選擇用到的通訊方式，主要有下面4種：Bus：總線(xiàn)通訊，只用于ACR1505,ACR8020板卡式運(yùn)動(dòng)控制器Serial：串口，在后面指定與運(yùn)動(dòng)控制器連接的PC機(jī)的串口號(hào)，及通訊速率Ethernet：以太網(wǎng)，在后面輸入ACR9000的IP地址，USB：電腦通過(guò)USB與ACR9000通訊。我們選擇以太網(wǎng)，，點(diǎn)擊Connect使電腦與ACR9000連接。下面我們需要對(duì)ACR9000的各個(gè)電機(jī)軸進(jìn)行配置。我們單擊左側(cè)“樹(shù)形向?qū)А敝械摹癈onfigurationWizard（配置向?qū)В保鐖D5-6中藍(lán)色區(qū)域位置：圖5-6點(diǎn)擊配置向?qū)c(diǎn)擊后，會(huì)在主界面區(qū)域中彈出圖5-7所示對(duì)話(huà)框：圖5-7配置向?qū)дf(shuō)明該對(duì)話(huà)框是對(duì)“ConfigurationWizard（配置向?qū)В焙?jiǎn)單說(shuō)明，點(diǎn)擊“Find”按鈕（圖5-7中黑框處）可以查看當(dāng)前控制器中的固件版本號(hào)，單擊“Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖5-8所示對(duì)話(huà)框，該對(duì)話(huà)框說(shuō)明了配置需要有哪些步驟，單擊“Next”按鈕繼續(xù)到下一步。單擊“Back”按鈕可返回上一步。圖5-8配置步驟說(shuō)明單擊“Next”后，彈出圖5-9所示對(duì)話(huà)框，從這里要開(kāi)始對(duì)第一個(gè)電機(jī)軸進(jìn)行配置圖5-9軸設(shè)置開(kāi)始該對(duì)話(huà)框指定軸的名字，及控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)器輸出的信號(hào)類(lèi)型。AxisName:指定軸的名字，一般保持默認(rèn)。CommandOutput：選擇控制器輸出給驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)類(lèi)型，“DAC”代表輸出+/-10V模擬量（用于驅(qū)動(dòng)器工作于速度和轉(zhuǎn)矩控制下），“Stepper”代表輸出脈沖加方向信號(hào)（用于驅(qū)動(dòng)器工作于位置控制下），DAC0/Stepper0對(duì)應(yīng)控制器的“AXIS0”接口，DAC1/Stepper1對(duì)應(yīng)于控制器的“AXIS1”接口，依次類(lèi)推。我們這里保持軸的名字為“X”，輸出信號(hào)類(lèi)型選擇“Stepper0”，單擊“Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖5-10所示對(duì)話(huà)框：圖5-10選擇電機(jī)及驅(qū)動(dòng)該對(duì)話(huà)框用于選擇驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)：我們這里用的是安川驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，我們要在相應(yīng)的選擇框里選擇“Other”。單擊“Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖5-11所示對(duì)話(huà)框，該對(duì)話(huà)框用于對(duì)位置環(huán)及速度環(huán)的編碼器進(jìn)行設(shè)置。Type：選擇編碼器的類(lèi)型，默認(rèn)為“FullQuadrature（全積分）”，即控制器將編碼器信號(hào)做4倍頻處理，這也是最常用的選擇。Source：選擇編碼器通道，即控制器形成閉環(huán)是接收哪個(gè)通道的編碼器信號(hào)。Resolution：指定編碼器精度。比如我們用的安川電機(jī)編碼器是2048線(xiàn)，編碼器類(lèi)型選的是“FullQuadrature（全積分）”，因此我們?cè)诖艘斎?048*4=8192Polarity：編碼器極性選擇，即選擇控制器接收到的編碼器信號(hào)是A相超前還是B相超前。如果我們控制電機(jī)的時(shí)候電機(jī)飛車(chē)（不可控，一直以額定速度朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)），那么很有可能是極性配置的問(wèn)題，只需改變編碼器極性選擇即可。圖5-11編碼器設(shè)置單擊“Next”按鈕，彈出圖5-12所示對(duì)話(huà)框，該對(duì)話(huà)框用于設(shè)置軸比，通過(guò)設(shè)置單位，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，及減速機(jī)構(gòu)，ACR運(yùn)動(dòng)控制器會(huì)自動(dòng)對(duì)軸比進(jìn)行換算。我們按照?qǐng)D5-12所示進(jìn)行配置即可，這樣電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，平臺(tái)即運(yùn)行5mm。我們單擊“Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖5-13所示對(duì)話(huà)框，該對(duì)話(huà)框用于設(shè)置硬限位，軟限位及位置誤差的限制。這里我們使能硬件限位，軟限位設(shè)置為正向100mm，方向-20mm，跟隨誤差設(shè)為+/-1mm。單擊“Next”繼續(xù)，彈出圖5-14所示對(duì)話(huà)框：圖5-12機(jī)構(gòu)設(shè)置圖5-13限位設(shè)置圖5-14限位開(kāi)關(guān)選擇該對(duì)話(huà)框用于指定控制器上的哪個(gè)數(shù)字量輸入通道對(duì)應(yīng)于限位開(kāi)關(guān)，原點(diǎn)開(kāi)關(guān)。我們這里指定控制器的數(shù)字量輸入通道0（即BIT0）用于正限位，當(dāng)我們分配好正限位后，“Input1”和“Input2”自動(dòng)分配為負(fù)限位和原點(diǎn)開(kāi)關(guān)。該對(duì)話(huà)框中的“InputType”用于選擇所連接開(kāi)關(guān)的類(lèi)型，是常開(kāi)還是常閉。單擊“Next”，進(jìn)入如圖5-15所示對(duì)話(huà)框，該對(duì)話(huà)框是一個(gè)伺服參數(shù)調(diào)節(jié)對(duì)話(huà)框（ACR1505,ACR8020無(wú)此對(duì)話(huà)框）,在此可以設(shè)置PID參數(shù)。單擊“Next”繼續(xù)，彈出如圖5-16所示對(duì)話(huà)框：圖5-15伺服參數(shù)設(shè)置圖5-16綜合調(diào)試對(duì)話(huà)框該對(duì)話(huà)框是一個(gè)綜合調(diào)試對(duì)話(huà)框：可以對(duì)硬限位，軟限位設(shè)置，可以讓電機(jī)JOG試運(yùn)行及對(duì)回零進(jìn)行測(cè)試。單擊“Next”，至此，我們已經(jīng)完成了對(duì)于“X”軸的配置。對(duì)“Y”軸的配置與“X”軸步驟完全一樣，不同的是，在輸出信號(hào)類(lèi)型處選擇“Stepper1（采用位置控制方式，發(fā)送脈沖）”，其他與“X”軸配置類(lèi)似，可參考“X”。如果控制器的某個(gè)軸不需要使用，那么我們需要在輸出信號(hào)類(lèi)型處選擇“NOTUSED”，這樣控制器就不需要對(duì)這個(gè)軸分配處理時(shí)間。對(duì)于剩下的兩個(gè)軸，我們都選擇“NOTUSED”,如圖5-17所示：不使用的軸設(shè)為NOTUsed不使用的軸設(shè)為NOTUsed圖5-17不用軸處理單擊“Next”按鈕，彈出圖5-18所示對(duì)話(huà)框。單擊該按鈕將四軸加入到Master0中單擊該按鈕將四軸加入到Master0中圖5-18坐標(biāo)系分配該對(duì)話(huà)框用于把軸分配到坐標(biāo)系（Master）中。我們把需要聯(lián)動(dòng)的軸分配到一個(gè)Master中。這里我們把四個(gè)軸都分配到Master0中。在一個(gè)Master中最多可分配8個(gè)軸，且一個(gè)軸只能分配到一個(gè)Master中。ACR系列控制器最多支持8個(gè)Master（坐標(biāo)系）。單擊“Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖5-19所示對(duì)話(huà)框。圖5-19運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)置該對(duì)話(huà)框用于指定電機(jī)的“加速度”，“減速度”，“運(yùn)行速度”，“停止速度”及是否以“S曲線(xiàn)”方式運(yùn)行。按如圖方式指定，按“Next”按鈕繼續(xù)，彈出圖5-20所示對(duì)話(huà)框：?jiǎn)螕粼撎帉?duì)通訊分配空間單擊該處對(duì)通訊分配空間圖5-20內(nèi)存分配該對(duì)話(huà)框用于為Program，PLC分配存儲(chǔ)空間，以及控制器可用的全局變量的個(gè)數(shù)。程序分配空間可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定。特別需要注意的是在與觸摸屏相連接時(shí)需要為串口分配足夠的空間，單擊圖5-21中AdvancedMemoryConfiguration按鈕彈出圖36對(duì)話(huà)框，為COM1分配足夠的空間。分配足夠大的空間圖5-21設(shè)置通訊內(nèi)存分配足夠大的空間單擊“OK”按鈕返回。單擊“Next”按鈕彈出圖5-22所示對(duì)話(huà)框：圖5-22完成對(duì)話(huà)框至此，我們的配置工作全部完成，單擊“Finish”按鈕將配置下載到控制器中。配置文件將保存到控制器的EEPROM中。以后如果不更換電機(jī)，就無(wú)需再對(duì)電機(jī)軸進(jìn)行配置。AcroBasic語(yǔ)言及相關(guān)編程介紹編程時(shí)，在樹(shù)形向?qū)е锌梢钥吹剑珹CR運(yùn)動(dòng)控制器可以編寫(xiě)16個(gè)program程序和8個(gè)PLC程序，如圖5-23所示：圖5-23程序選擇Program程序是用AcroBasic語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)的，功能十分強(qiáng)大，可以充分滿(mǎn)足客戶(hù)各種運(yùn)動(dòng)控制的需求。AcroBasic編程語(yǔ)言，非常類(lèi)似于BASIC語(yǔ)言，可快速上手（整型，實(shí)型變量及數(shù)組，字符串等），均為所完成相應(yīng)功能的英文縮寫(xiě)，方便記憶（如ACC,VEL,MOV,OPEN,PRINT,OPEN等），BIT變量可以在程序中直接引用，無(wú)需重新定義，選擇結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)，子程序，中斷等流程控制（局部變量，全局變量，系統(tǒng)預(yù)設(shè)的P變量、BIT變量）指定別名，方便編程人員閱讀（算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、比較運(yùn)算、三角函數(shù)、反三角函數(shù)、雙曲函數(shù)等），便于與其他設(shè)備通訊其中program0-program7用來(lái)編寫(xiě)運(yùn)動(dòng)程序，program8-program15用來(lái)編寫(xiě)非運(yùn)動(dòng)程序（如完成各種計(jì)算，與其他設(shè)備進(jìn)行通訊等）。program0-program7與Master0-Master7（坐標(biāo)系0-7）有著嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系?？刂芃aster0中的軸的運(yùn)動(dòng)程序必須編寫(xiě)到program0中，控制Master1中的軸的運(yùn)動(dòng)程序必須編寫(xiě)到program1中，依次類(lèi)推。單擊任意的program編輯器即可打開(kāi)相應(yīng)的program程序開(kāi)發(fā)窗口，如圖5-24所示：在這里可以使用AcroBasic語(yǔ)言來(lái)開(kāi)發(fā)您的運(yùn)動(dòng)程序。AcroBasic指令請(qǐng)參考相應(yīng)手冊(cè)。圖5-24ACRView編程界面圖5-24ACRView編程界面在程序調(diào)試時(shí)可設(shè)置斷點(diǎn)，或單步調(diào)試程序；跟隨模式用于跟隨每條程序的執(zhí)行；在Terminal面板中監(jiān)視程序的運(yùn)行狀況；可以為程序添加注釋?zhuān)梢栽诰€(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)JOG試運(yùn)行。軟件編寫(xiě)流程圖5-25系統(tǒng)軟件編寫(xiě)流程圖開(kāi)始圖5-25系統(tǒng)軟件編寫(xiě)流程圖開(kāi)始上電啟動(dòng)系統(tǒng)初始化是否出錯(cuò)回零模式選擇？JOG示教自動(dòng)手動(dòng)參數(shù)設(shè)置是否限位繼續(xù)運(yùn)行是是否否其中所有的程序流程都是通過(guò)改變相應(yīng)的P參數(shù)和BIT位進(jìn)行控制和選擇的。典型程序介紹（1）示教程序具體程序流程如圖5-28：圖5-26示教流程圖圖5-26示教流程圖否是開(kāi)始示教手動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)器人位姿是否記錄當(dāng)前點(diǎn)示教下一點(diǎn)是否示教結(jié)束保存示教數(shù)據(jù)示教結(jié)束否是通過(guò)上位機(jī)界面調(diào)節(jié)P0，P1的值即可改變機(jī)器人的位置，通過(guò)對(duì)相應(yīng)點(diǎn)的捕捉進(jìn)行記錄，從而保存數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)。通過(guò)ESAVE命令可以使數(shù)據(jù)斷電不丟失。（2）回零程序下面是單軸的回零程序，其中BIT2是通過(guò)外部原點(diǎn)接近開(kāi)關(guān)輸入進(jìn)行改變的。PROGRAM'Program0'TODO:edityourprogramherePBOOTJOGVELX10Y10：REMsetthespeedofgohomeJOGACCX50Y50JOGDECX50Y50JOGHOMVF_STARTIF(xgohome):REMXGOHOMESET16152SET16153CLR16154JOGHOMEX-1WHILE((NOTBIT16134)AND(NOTBIT16135))WENDDWLVELX/20DWLWHILE(1)IF(BIT2)SET8467RESXBREAKENDIFWENDCLRxgohomeCLR8467CLR522ENDIFGOTOSTARTENDP（3）伺服使能控制程序PROGRAM'Program7'TODO:edityourprogramherePBOOT_STARTIF(BIT128)SET8465SET8497SET8529SET8561ELSECLR8465CLR8497CLR8529CLR8561ENDIFGOTOSTARTENDP通過(guò)BIT128即可同時(shí)控制四個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)的使能。通過(guò)上位機(jī)將位狀態(tài)設(shè)定控件與BIT128相鏈接，即通過(guò)觸摸屏手動(dòng)操作即可控制使能。運(yùn)動(dòng)監(jiān)視、調(diào)試ACR-View為我們提供了大量的工具供我們監(jiān)視，調(diào)試電機(jī)的運(yùn)行。（1）Terminal（終端對(duì)話(huà)框）單擊樹(shù)形向?qū)е械腡erminalEmulator，可以打開(kāi)終端對(duì)話(huà)框。如圖5-27示。在終端對(duì)話(huà)框中，可以發(fā)送在線(xiàn)指令，當(dāng)按下鍵盤(pán)上的回車(chē)鍵時(shí)，所輸入的指令將立即執(zhí)行。我們可以把常用的命令保存到終端對(duì)話(huà)框右側(cè)的“UserButton”中，這樣當(dāng)按下“UserButton”按鈕后，相對(duì)于發(fā)送了對(duì)應(yīng)的指令。在終端對(duì)話(huà)框中還可以監(jiān)視，跟蹤程序的運(yùn)行。程序中使用“Print”語(yǔ)言輸出的內(nèi)容也將顯示到終端對(duì)話(huà)框中。圖5-27終端對(duì)話(huà)框（2）StatusPanels（狀態(tài)監(jiān)視面板）樹(shù)形向?qū)е械腟tatusPanels（狀態(tài)監(jiān)視面板）中包含有五個(gè)狀態(tài)面板。CommonStatusPanel(通用狀態(tài)監(jiān)視面板，ACR1505,ACR8020無(wú)此面板)圖5-28通用狀態(tài)監(jiān)視面板如圖5-28所示：該面板可以直觀的監(jiān)視各個(gè)電機(jī)軸及坐標(biāo)系的運(yùn)行情況。NumericStatus（參數(shù)狀態(tài)監(jiān)視面板）圖5-29參數(shù)狀態(tài)監(jiān)視面板如圖5-29所示，參數(shù)狀態(tài)監(jiān)視面板可以監(jiān)視ACR運(yùn)動(dòng)控制器中所有P變量的狀態(tài)。P變量根據(jù)功能被加以分類(lèi)，可以通過(guò)三個(gè)下拉組合框找到所要監(jiān)視的P變量。BITStatus（BIT位狀態(tài)監(jiān)視面板）BIT位狀態(tài)監(jiān)視面板用來(lái)監(jiān)視ACR運(yùn)動(dòng)控制器中的全部BIT變量狀態(tài)，如圖5-30所示：圖5-30BIT位狀態(tài)監(jiān)視面板與P變量監(jiān)視面板相同，可以通過(guò)三個(gè)下拉組合框找到所要監(jiān)視的BIT變量。BIT變量用來(lái)保存BOOL型變量，只有真和假兩種狀態(tài)，它包括實(shí)際的物理I/O及控制器內(nèi)部定義的BIT狀態(tài)。CPULoadStatus（CPU運(yùn)行監(jiān)視面板）CPU運(yùn)行監(jiān)視面板用來(lái)監(jiān)視當(dāng)前控制器CPU的運(yùn)行情況，如圖5-31所示：該面板類(lèi)似于計(jì)算機(jī)中任務(wù)管理器的性能監(jiān)視面板。圖5-31CPU運(yùn)行監(jiān)視面板ServoLoopStatus（伺服環(huán)狀態(tài)監(jiān)視面板）圖5-32伺服環(huán)狀態(tài)監(jiān)視面板如圖5-32所示：可以通過(guò)伺服環(huán)狀態(tài)監(jiān)視面板直觀的監(jiān)視伺服環(huán)的運(yùn)行情況。參與伺服運(yùn)算的所有參數(shù)都可以在同一個(gè)面板中監(jiān)視到。EB8000開(kāi)發(fā)軟件介紹EasyBuilder8000功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單實(shí)用，可以輕松完成復(fù)雜的人機(jī)界面設(shè)計(jì)?？梢酝瑫r(shí)支持離線(xiàn)模擬和在線(xiàn)模擬，可以大大節(jié)省設(shè)計(jì)的時(shí)間。獨(dú)立的多視窗操作功能大大增加了可現(xiàn)實(shí)的信息量，可以與幾乎所有的PLC配合使用。具體開(kāi)發(fā)程序界面如圖5-33所示圖5-33EB8000開(kāi)發(fā)界面圖5-33EB8000開(kāi)發(fā)界面其中對(duì)控件參數(shù)的設(shè)置是通過(guò)控件屬性對(duì)話(huà)框進(jìn)行的。圖5-34所示為對(duì)其中的位狀態(tài)切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置的界面。通過(guò)選擇PLC選擇位狀態(tài)切換開(kāi)關(guān)所要寫(xiě)入或讀取的PLC類(lèi)型。通過(guò)設(shè)定地址可以控制或讀取相應(yīng)的BIT位狀態(tài)，開(kāi)關(guān)類(lèi)型為設(shè)定開(kāi)關(guān)的功能。如切換開(kāi)關(guān)即每次按下開(kāi)關(guān)時(shí)所控制的位的狀態(tài)變換為相反狀態(tài)。其它類(lèi)型的控件與此控件設(shè)置方法類(lèi)似，在此不再具體進(jìn)行描述。設(shè)定開(kāi)關(guān)屬性設(shè)定開(kāi)關(guān)屬性圖5-34位狀態(tài)開(kāi)關(guān)屬性設(shè)置對(duì)話(huà)框選擇PLC類(lèi)型選擇高十六位還是第十六位地址設(shè)定控制PLC地址圖5-34位狀態(tài)開(kāi)關(guān)屬性設(shè)置對(duì)話(huà)框選擇PLC類(lèi)型選擇高十六位還是第十六位地址設(shè)定控制PLC地址設(shè)置開(kāi)關(guān)屬性圖5-35為所設(shè)計(jì)的上位機(jī)人機(jī)界面。其中數(shù)字顯示是通過(guò)與ACR9000相應(yīng)的P參數(shù)鏈接而獲得的。其它狀態(tài)顯示和控制是通過(guò)與相應(yīng)的BIT位進(jìn)行鏈接而進(jìn)行的。通過(guò)該界面可以脫離工控機(jī)直接對(duì)碼垛機(jī)器人進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)示教、再現(xiàn)、參數(shù)設(shè)置、手動(dòng)運(yùn)行等功能。通過(guò)狀態(tài)和坐標(biāo)顯示可以實(shí)時(shí)觀察機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。圖5-35碼垛機(jī)器人觸摸屏控制界面圖5-35碼垛機(jī)器人觸摸屏控制界面本章小結(jié)本章主要完成對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。通過(guò)ACRView完成對(duì)電機(jī)參數(shù)配置，并實(shí)現(xiàn)JOG試運(yùn)行。運(yùn)用AcroBasic語(yǔ)言對(duì)下位機(jī)控制器進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的示教、再現(xiàn)、手動(dòng)運(yùn)行、回零、參數(shù)設(shè)置等功能。通過(guò)EB8000開(kāi)發(fā)環(huán)境編寫(xiě)上位機(jī)界面并與控制器相鏈接，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)脫離PC機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。第六章系統(tǒng)測(cè)試通過(guò)實(shí)際調(diào)試運(yùn)行，測(cè)得的碼垛機(jī)器人的各項(xiàng)參數(shù)如下所示：(1)運(yùn)動(dòng)軸數(shù)：4軸(2)各軸運(yùn)動(dòng)范圍：=1\*GB3①上下運(yùn)動(dòng)范圍：≥600mm②水平運(yùn)動(dòng)范圍：≥100mm③旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)范圍：≥300°(3)末端最大運(yùn)動(dòng)速度：≥(4)最大高度：(5)運(yùn)動(dòng)半徑：50cm—150cm(6)工作速度：手動(dòng)示教直線(xiàn)移動(dòng)速度≤，底座和手爪旋轉(zhuǎn)速度≤5r/min；自動(dòng)運(yùn)行直線(xiàn)移動(dòng)速度在1m/s左右，底座和手爪旋轉(zhuǎn)速度在8r/min左右。(7)系統(tǒng)連續(xù)工作不低于20個(gè)周期時(shí)碼垛誤差在±3cm以?xún)?nèi)。(8)結(jié)束語(yǔ)本論文是作者以山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所的碼垛機(jī)器人的研究項(xiàng)目為背景完成的。從收集查閱各種相關(guān)資料，到對(duì)碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，到對(duì)控制方案進(jìn)行選擇及仿真，軟硬件選型及設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了碼垛機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制。通過(guò)調(diào)試已達(dá)到預(yù)期要求。現(xiàn)碼垛機(jī)器人即將投入實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中去。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：1)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)分析。通過(guò)對(duì)機(jī)器人機(jī)械參數(shù)進(jìn)行分析，建立機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單幾何模型。進(jìn)行相關(guān)運(yùn)動(dòng)分析，確定末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與原點(diǎn)坐標(biāo)系的運(yùn)動(dòng)變換關(guān)系，從而獲得機(jī)器人的相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行精確控制。2)對(duì)伺服系統(tǒng)控制方式進(jìn)行選擇。伺服系統(tǒng)有多種運(yùn)動(dòng)控制方式，根據(jù)應(yīng)用背景的不同選擇不同的運(yùn)動(dòng)控制方式。本機(jī)器人對(duì)位置精度要求較高，故經(jīng)過(guò)綜合分析，選擇運(yùn)動(dòng)控制方式。3)運(yùn)動(dòng)控制仿真。運(yùn)用MATLAB中Simulink工具自帶的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制模型進(jìn)行仿真，確定相關(guān)的PID等參數(shù)，驗(yàn)證相關(guān)運(yùn)動(dòng)控制的正確性。4)進(jìn)行相關(guān)線(xiàn)路的連接。包含電氣線(xiàn)路和信號(hào)線(xiàn)路連接兩個(gè)方面。重點(diǎn)對(duì)信號(hào)線(xiàn)路特別是ACR9000與伺服驅(qū)動(dòng)器之間的線(xiàn)路進(jìn)行了研究。由于沒(méi)有現(xiàn)成的連接實(shí)例可供參考，故在此花費(fèi)了較大的功夫。5)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)程序開(kāi)發(fā)。包括下位機(jī)編程和上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)。通過(guò)學(xué)習(xí)掌握AcroBasic語(yǔ)言，學(xué)會(huì)運(yùn)用ACRView環(huán)境對(duì)ACR9000的相關(guān)編程。設(shè)計(jì)整體控制流程，進(jìn)行下位機(jī)軟件的編寫(xiě)。學(xué)習(xí)EB8000開(kāi)發(fā)環(huán)境，進(jìn)行人機(jī)界面的相關(guān)設(shè)計(jì)。進(jìn)行觸摸屏與控制器之間的通訊連接與調(diào)試。實(shí)現(xiàn)由觸摸屏對(duì)碼垛機(jī)器人的示教、保存、再現(xiàn)及相關(guān)參數(shù)設(shè)置等功能。通過(guò)本文的研究工作，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了由ACR9000控制器和威綸MT6100iV人機(jī)界面為核心構(gòu)成的碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性和兼容性，易于移植到其它種類(lèi)的機(jī)器人。但是由于時(shí)間有限，還存在很多的不足。在未來(lái)的后續(xù)研究中還需要進(jìn)行以下探索：1)由于所使用的機(jī)器人為碼垛樣機(jī)，故應(yīng)用到具體生產(chǎn)時(shí)間中還需根據(jù)負(fù)重、工作半徑等要求具體設(shè)計(jì)適合生產(chǎn)需要體積的碼垛機(jī)器人2)根據(jù)抓取物品的不同設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的抓手，并確保抓手抓取貨物斷電時(shí)的安全。3)由于時(shí)間有限，編寫(xiě)的程序還不是很完善，很多問(wèn)題仍有待解決。如對(duì)系統(tǒng)操作步驟要求較為嚴(yán)格，出現(xiàn)操作失誤容易造成死機(jī)等問(wèn)題。4）將機(jī)器人應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中去，還需要解決與外圍設(shè)備及整個(gè)流水線(xiàn)的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題。如和外圍檢測(cè)設(shè)備及其它機(jī)器人的協(xié)調(diào)，根據(jù)產(chǎn)品的不同執(zhí)行不同的碼垛程序等問(wèn)題。致謝我之所以能夠來(lái)到山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所做畢業(yè)設(shè)計(jì)，離不開(kāi)陳阿蓮教授和李向東老師的批準(zhǔn)和多方協(xié)調(diào)，在此，向陳阿蓮教授和李向東老師表示感謝。本文是在李向東老師和陳阿蓮教授的悉心指導(dǎo)下完成的，兩位老師學(xué)識(shí)淵博，教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而又平易近人，對(duì)科研精益求精，這些優(yōu)秀品質(zhì)帶給我的影響，無(wú)論在以后的研究生生活中還是更長(zhǎng)遠(yuǎn)的工作中，我將備受激勵(lì)，受益匪淺！特別是李向東老師，對(duì)我在學(xué)習(xí)上的諄諄教誨，在研究工作中的幫助和指導(dǎo)，在社會(huì)生活方面的引導(dǎo)和幫助，讓我終身難忘。在此，衷心感謝兩位老師對(duì)我的指導(dǎo)和關(guān)懷。在為時(shí)將近半年的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我受到研究所各位領(lǐng)導(dǎo)和高工的熱心幫助和指導(dǎo)，在課題研究、方法選擇和實(shí)驗(yàn)調(diào)試過(guò)程中他門(mén)給我很多知識(shí)性的教育，培養(yǎng)了我基本的研究工作素養(yǎng)和探索精神，教會(huì)了我很多學(xué)習(xí)之外的東西。在我工作遇到困難時(shí)，是你們的關(guān)懷和熱心指點(diǎn)給了我莫大的勇氣和動(dòng)力，在此一并表示深深的謝意。還要特別感謝與我一起學(xué)習(xí)和工作的亓富強(qiáng)同學(xué)，感謝畢業(yè)設(shè)計(jì)的合作者郅健斌同學(xué)，感謝已經(jīng)或即將在研究所工作的陳偉、王其林、馬衛(wèi)國(guó)等學(xué)長(zhǎng)，我們一起學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。你們的包容和關(guān)懷讓我在實(shí)驗(yàn)室度過(guò)了一段美好的時(shí)光，在這里獲得的知識(shí)和鍛煉將令我終生受益。感謝我的朋友和同學(xué)們，在我的工作和生活遇到困難和挫折時(shí)，他們總是給予我很大的支持與幫助。此外他們對(duì)我的論文提出了很多寶貴意見(jiàn)，感謝他們。最后，我感謝我的父母對(duì)我的無(wú)私奉獻(xiàn)，親人們對(duì)我的殷切關(guān)懷，感謝你們這么多年來(lái)一直默默的關(guān)懷我、鼓勵(lì)我。感謝所有關(guān)心和支持我的人。參考文獻(xiàn)[D].成都：西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，20082010-2012年全球機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究分析報(bào)告[R]蘇海新，韓寶玲，[J]．機(jī)械與電子，：57～60余達(dá)太，馬香峰等.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用工程[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，劉錦波，張承慧等．電機(jī)與拖動(dòng)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，曾毅．現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)工程[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，劉慧軍．碼垛機(jī)器人物流控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D]．天津：天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008盧志珍．基于PLC的全自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]．無(wú)錫：江南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文，2008黃文煥，戚佳金，黃南天等．五自由度碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．制造業(yè)自動(dòng)化，2008，30(4)：54～57余曉明，管會(huì)生，曾曉芳．四自由度機(jī)器人在米袋碼垛系統(tǒng)中的仿真研究[J]．黑龍江水專(zhuān)學(xué)報(bào)，2008，35(2)：95～98李成偉，牟超．碼垛機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2008，21(5)：9～10何春燕．碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)[J]．機(jī)械與電子，2003，1：71～73劉相權(quán)，牟超，張志強(qiáng)等．基于PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡的混連碼垛機(jī)器人研制[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)，2009，26(5)：49～52沈雪松，高長(zhǎng)水．基于PIC16F877單片機(jī)的示教機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005，18(8)：71，48陳全．基于開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D]．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004陳志喜．機(jī)器人手臂及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D]．北京：北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005祝建禮．多自由度檢測(cè)機(jī)器人控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與位姿誤差補(bǔ)償[D]．杭州：浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007萬(wàn)繼祥．模塊化四自由度機(jī)械手的仿真與控制[D]．淄博：山東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008吳恒，王淦泉，陳桂林．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