TwinCAT3機(jī)器人的基本配置

第4頁(yè)TTwinCAT3機(jī)器人基本配置作者：史震宇職務(wù)：產(chǎn)品技術(shù)專員日期：2021-9-7摘要：TF5110-TF5113TwinCAT運(yùn)動(dòng)學(xué)轉(zhuǎn)換是一種軟件解決方案，它將機(jī)器人控制和傳統(tǒng)PLC結(jié)合在一個(gè)系統(tǒng)中，通過(guò)配置相應(yīng)的機(jī)器人模型，工程師無(wú)需自行進(jìn)行坐標(biāo)換算，可以直接通過(guò)NC指令對(duì)機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作。本文將著重講解機(jī)器人的基礎(chǔ)配置，讓工程師對(duì)機(jī)器人可以進(jìn)行初步的上手測(cè)試。附件：序號(hào)文件名備注歷史版本：免責(zé)聲明：我們已對(duì)本文檔描述的內(nèi)容做測(cè)試。但是差錯(cuò)在所難免，無(wú)法保證絕對(duì)正確并完全滿足您的使用需求。本文檔的內(nèi)容可能隨時(shí)更新，如有改動(dòng)，恕不事先通知，也歡迎您提出改進(jìn)建議。參考信息：目錄1. 軟硬件版本 41.1. 編程PC 41.2. 嵌入式控制器 42. 準(zhǔn)備工作 42.1. TF5400安裝 42.2. 連接控制器，掃描驅(qū)動(dòng)器 43. 機(jī)器人模型 53.1. 本次實(shí)驗(yàn)使用的機(jī)器人模型 53.2. 模型的關(guān)鍵參數(shù)與坐標(biāo)系變換 63.3. 其它機(jī)器人模型 74. TwinCAT3中機(jī)器人配置與使用 74.1. 軟件配置 74.2. 代碼編寫(xiě) 114.3. 上機(jī)調(diào)試 145. 常見(jiàn)錯(cuò)誤與診斷 15

文檔正文要求（文檔編寫(xiě)完畢后，刪除本頁(yè)）內(nèi)容組成：目錄：模板中目錄為“域”，如果內(nèi)容超過(guò)10頁(yè)，右鍵單擊刷新域即可，否則可以刪除測(cè)試條件：標(biāo)注硬件完整型號(hào)及IMG，如CX5020-0125（IMG版本：CX1800-0411-0007v3.92）；軟件版本，如：TwinCAT3.1Build4024.7準(zhǔn)備工作：只要做一次但必須保證正確無(wú)誤的步驟，比如接線（有條件建議使用示意圖）、IP設(shè)置、加路由等操作步驟：正常的操作截圖，需保證截圖完整清晰、步驟連續(xù)不跳步；部分操作說(shuō)明需參考資料部分，請(qǐng)附帶資料鏈接。常見(jiàn)問(wèn)題：在不同的測(cè)試和應(yīng)用條件下，由不同的工程師積累的故障處理經(jīng)驗(yàn)；也可對(duì)客戶提出的一些特征性問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)進(jìn)行記錄，有步驟部分請(qǐng)分步說(shuō)明、必要時(shí)需配圖。截圖：必須截出查找路徑及關(guān)鍵部分。避免軟件整個(gè)界面截圖，影響閱讀，使用紅框突出重點(diǎn)，圖片可適當(dāng)添加文字說(shuō)明。盡量使全文截圖顯示為同樣的比例正文字體和編號(hào)：直接在模板上編輯文字，即可延用字體和編號(hào)設(shè)置如果是復(fù)制粘貼來(lái)的文字，可使用格式刷，使之與全文風(fēng)格一致

軟硬件版本編程PC操作系統(tǒng)：windows10專業(yè)版64位TwinCATXAE版本：4024.17VisualStudio版本：VS2017TF5400版本：0嵌入式控制器操作系統(tǒng)：WES7TwinCATXAR版本：4024.17TF5400版本：0準(zhǔn)備工作TF5400安裝在官網(wǎng)上下載TF5400安裝包，以管理員權(quán)限執(zhí)行安裝包即可安裝。 注意，TF5110，TF5111等若干個(gè)function已經(jīng)全部整合入TF5400中，下載鏈接也是同一個(gè)鏈接，直接下載安裝即可。連接控制器，掃描驅(qū)動(dòng)器通過(guò)TwinCAT3添加控制器路由，在線控制器，并且掃描驅(qū)動(dòng)器。 掃描驅(qū)動(dòng)器完成后，TwinCAT3會(huì)提示是否建立NCtask并建立相應(yīng)的NC軸進(jìn)行連接，選擇確認(rèn)即可： 此時(shí)NC-Task中已經(jīng)建立好了4根軸，并且與驅(qū)動(dòng)器連接完成。此時(shí)，可以使用NC-Online功能進(jìn)行基本的單軸點(diǎn)動(dòng)測(cè)試，出于安全考慮，由于機(jī)器人機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，為了防止發(fā)生機(jī)械結(jié)構(gòu)沖突，這一步操作時(shí)，建議將機(jī)器人的從動(dòng)臂卸下，并且將NC參數(shù)中慢速點(diǎn)動(dòng)的速度盡量降低，來(lái)進(jìn)行測(cè)試，重新安裝機(jī)器人機(jī)構(gòu)的時(shí)候，建議將3個(gè)主動(dòng)臂慢速點(diǎn)動(dòng)到20度-30度左右，進(jìn)行安裝。機(jī)器人模型本次實(shí)驗(yàn)使用的機(jī)器人模型本次實(shí)驗(yàn)使用的機(jī)器人模型為3D-DeltaType1型，是最常見(jiàn)的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)之一。由外轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)副驅(qū)動(dòng)、含平行四邊形支鏈的并聯(lián)機(jī)器人(又稱為并聯(lián)機(jī)械手)。這類機(jī)器人因可將驅(qū)動(dòng)裝置布置在靜平臺(tái)(機(jī)架)上，而且從動(dòng)臂多采用輕質(zhì)細(xì)桿制作而成，故末端動(dòng)平臺(tái)可獲得很高的運(yùn)動(dòng)速度和加速度，特別適合于高速物流生產(chǎn)線上物料的分揀、搬運(yùn)和抓放等操作。Delta機(jī)器人屬于高速，輕載的并聯(lián)機(jī)器人，一般通過(guò)示教編程或者視覺(jué)系統(tǒng)捕捉目標(biāo)物體，由三個(gè)并聯(lián)伺服軸確定抓具中心的空間位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的運(yùn)輸加工等操作，主要運(yùn)用于食品，藥品和電子產(chǎn)品的加工與裝配模型的關(guān)鍵參數(shù)與坐標(biāo)系變換3D-DeltaType1型模型如圖（圖片轉(zhuǎn)自），注意，圖種的狀態(tài)為，3個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度相同，三條機(jī)械臂呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱狀態(tài)：俯視視點(diǎn)，其中，機(jī)器人的軸心為三個(gè)電機(jī)軸做外接圓的圓心（俯視圖中XY坐標(biāo)的原點(diǎn)）：其中關(guān)鍵的參數(shù)為4個(gè)：參數(shù)名稱具體含義數(shù)據(jù)類型單位Displacement機(jī)器人軸心到主動(dòng)臂上關(guān)節(jié)的距離LrealMmInnerarmlength主動(dòng)臂臂長(zhǎng)，測(cè)量點(diǎn)必須是兩個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸LrealMmOuterarmlength從動(dòng)臂臂長(zhǎng)，測(cè)量點(diǎn)必須是兩個(gè)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸LrealMmTCPDisplayment從動(dòng)臂下關(guān)節(jié)到機(jī)器人軸心的距離LrealMm這幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)決定了機(jī)器人活動(dòng)的空間區(qū)域范圍，這些機(jī)構(gòu)的具體參數(shù)應(yīng)當(dāng)從機(jī)器人機(jī)構(gòu)的手冊(cè)中查詢所得。在TwinCAT中，自帶這類機(jī)器人模型，通過(guò)自帶的機(jī)器人模型，可以無(wú)需工程師自行計(jì)算坐標(biāo)變換，TwinCAT可以直接將三個(gè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸，變換為直角坐標(biāo)系（笛卡爾坐標(biāo)系）。經(jīng)過(guò)相應(yīng)變換后，3個(gè)電機(jī)軸將映射為平面坐標(biāo)系中的XYZ3個(gè)虛軸，工程師只需要對(duì)3個(gè)虛軸進(jìn)行控制，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)換算出實(shí)際物理軸需要旋轉(zhuǎn)的角度并且實(shí)施相應(yīng)的控制。注意：默認(rèn)的笛卡爾坐標(biāo)系的原點(diǎn)為機(jī)器人的軸線（俯視圖中的藍(lán)色箭頭），X方向與1號(hào)機(jī)械臂（M1電機(jī)的機(jī)械臂）的方向重合（俯視圖中可見(jiàn)）。Z坐標(biāo)為沿著軸線向上，XYZ三軸遵循右手螺旋定則。在機(jī)器人參數(shù)中，可以設(shè)置原點(diǎn)的偏移與坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)，可以根據(jù)實(shí)際安裝情況來(lái)進(jìn)行靈活調(diào)整。其他更多參數(shù)與解釋參考幫助系統(tǒng)中的說(shuō)明：/content/1033/tf5110-tf5113_tc3_kinematic_transformation/1955602827.html?id=8016473643412436193其它機(jī)器人模型除了本樣例中介紹的模型，TwinCAT3機(jī)器人還自帶了6軸串聯(lián)，平面平臺(tái)型Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)，SCARA機(jī)器人等多種常見(jiàn)模型。不同的機(jī)器人需要設(shè)置的參數(shù)都不同，具體機(jī)器人模型圖以及參數(shù)具體說(shuō)明參考幫助系統(tǒng)中的手冊(cè)：/content/1033/tf5110-tf5113_tc3_kinematic_transformation/3189021579.html?id=1565808911642377230TwinCAT3中機(jī)器人配置與使用軟件配置在NC-Task下新建機(jī)器人軸組：右鍵NC-Task選擇添加新項(xiàng)目在彈出的對(duì)話框中，Type類型下拉選擇NC-Channel(forKinematicTransformation)，如果有需要的話可以對(duì)軸組進(jìn)行自定義命名。將軸組展開(kāi)，選擇Group，右鍵再次選擇AddObject，添加機(jī)器人模型。在彈出的對(duì)話框中，查找機(jī)器人模型，本次實(shí)驗(yàn)使用的3D-Delta1型，依次向下展開(kāi)目錄樹(shù)選擇模型并確認(rèn)即可。機(jī)器人模型就添加完成了。各類參數(shù)設(shè)置選擇機(jī)器人模型，在Parameter(Init)選項(xiàng)卡里添加機(jī)器人參數(shù)。機(jī)器人模型的各項(xiàng)參數(shù)需要按照實(shí)際硬件的尺寸來(lái)進(jìn)行設(shè)置，這里的參數(shù)僅針對(duì)于實(shí)驗(yàn)室里面的機(jī)器人： 注意，這個(gè)參數(shù)表中，就可以設(shè)置XYZ坐標(biāo)的偏移（XYZ-shift），以及坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)，本實(shí)驗(yàn)中，需要將機(jī)器人的X軸與機(jī)器人下方的傳送皮帶的正方向重合，因此需要調(diào)教坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度。經(jīng)過(guò)測(cè)量后可得，需要將坐標(biāo)系繞Z軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)101度，即在Rotation3選項(xiàng)中填入-101即可。 選擇之前自動(dòng)建立的NC軸1，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，這里將三個(gè)電機(jī)分別命名為M1，M2，M3。由于模型是使用角度值來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，因此為了方便觀察，需要將單位設(shè)置為角度： 調(diào)整scalingfactornumeractor以及scalingfactordenominator（根據(jù)實(shí)際的電機(jī)脈沖值以及減速比換算填寫(xiě)。此處需要注意，在垂直安裝時(shí)，三個(gè)電機(jī)的0位置為電機(jī)軸到主動(dòng)臂上關(guān)節(jié)連線完全水平，機(jī)械臂向下旋轉(zhuǎn)時(shí)，角度值為正。如圖所示： 由于實(shí)驗(yàn)室電機(jī)的安裝原因，需要將NC的正方向反轉(zhuǎn)，因此InvertEncoderCountingDirection需要設(shè)置為True，同時(shí)需要調(diào)整positionbias： 同理，Drive選項(xiàng)卡下也要設(shè)置方向反轉(zhuǎn)： 軸2和軸3也進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，軸2： 軸3： 不要忘記設(shè)置軸2，3Drive選項(xiàng)卡的反轉(zhuǎn)： 將第四根軸設(shè)置為C軸，此軸不參與機(jī)器人坐標(biāo)系變換，主要是提供中心平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)功能，它只需要單獨(dú)進(jìn)行控制即可，如果只是對(duì)機(jī)器人移動(dòng)功能進(jìn)行測(cè)試的話，可以不用管這根軸。最后，建立笛卡爾坐標(biāo)系的三根虛軸XYZ（建立即可，無(wú)需參數(shù)設(shè)置）： 代碼編寫(xiě)新建PLC項(xiàng)目，進(jìn)行代碼編寫(xiě)。首先需要添加庫(kù)文件，這里需要添加2個(gè)庫(kù)，一個(gè)是運(yùn)動(dòng)控制的基本庫(kù)Tc2_MC2，另外一個(gè)是機(jī)器人庫(kù)Tc2_NcKinematicTransformation。申明變量，為了操作這個(gè)機(jī)器人，需要申明7根軸，以及對(duì)應(yīng)的機(jī)器人軸組變量，以及用于鏈接機(jī)器人模型的input，output變量，最后需要申明所有軸的使能功能塊以及機(jī)器人耦合動(dòng)作的功能塊，代碼如下：編譯項(xiàng)目，項(xiàng)目通過(guò)之后，需要做變量鏈接，將M1，M2，M3，C，X，Y，Z依次連接到AxisArray[1]~AxisArray[7]：將機(jī)器人模型與PLC變量連接：變量連接完成之后，編寫(xiě)基本PLC代碼，首先使用for循環(huán)使能所有的電機(jī)軸： 將M1，M2，M3，X，Y，Z加入機(jī)器人軸組，并且使用功能塊進(jìn)行機(jī)器人耦合：這一步成功之后，就可以直接對(duì)XYZ三個(gè)軸實(shí)施控制了。上機(jī)調(diào)試Activeconfiguration激活配置，然后login下載程序： 首先通過(guò)benable（置為true）給所有軸上使能，然后置位xUserConfigGroup為true對(duì)機(jī)器人進(jìn)行耦合。 機(jī)器人耦合完成之后，就可以直接在X，Y，Z軸的NC-online里對(duì)機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)操作： 這里對(duì)X軸設(shè)置了一個(gè)Function——ReversingSequence，讓X軸以30mm/s的速度，在-60和60之間做往復(fù)運(yùn)動(dòng)： 具體運(yùn)動(dòng)效果見(jiàn)配套的操作視頻。常見(jiàn)錯(cuò)誤與診斷激活配置報(bào)錯(cuò)報(bào)錯(cuò)現(xiàn)象如圖，這種情況一般是機(jī)器人模型參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，導(dǎo)致坐標(biāo)變換的矩陣無(wú)法求出，檢查參數(shù)并重新設(shè)置后再次激活即可排除。

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