毕业设计（论文）-四自由度码垛机器人控制系统设计

毕业设计（论文）-四自由度码垛机器人控制系统设计 Shandong University Bachelor’s Thesis 论文题目,四自由度码垛机器人控制系统设计 姓 名 学 号 20061701027 学 院 控制科学与工程学院 专 业 自动化 年 级 2006 指导教师 2010 年 6月 1日 山东大学学士论文 摘 要 作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，码垛技术获得了飞速的发展。码垛机器人以其高效、高精度、占地范围小等优势正在快速占领整个码垛行业。特别是西方发达国家几乎完全替代了人工码垛。从“七五”科技攻关开始，我国将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，实现了中国机器人产业的“从无到有”。然而，从整体上说我国的机器人产业还很薄弱，机器人的研究依然任重而道远。本文就是立足于此，以具体工程实践为研究背景，进行四自由度码垛机器人控制系统的研究，以实现对码垛机器人的运动控制，满足生产实践需求。论文的主要内容如下: 1、在绪论中简要介绍了本论文的研究背景及意义。 2、通过分析机器人机械结构，获得机器人的几何模型，通过运动分析，得到运动变换关系式。 3、根据码垛控制需求，选择位置伺服控制，并进行相关MATLAB仿真。 4、以ACR9000多轴运动控制器和MT6100iV人机界面为核心控制器件进行相关系统硬件线路设计，共分为以下几个部分:相关器件选型、电气线路连接、控制器与伺服信号线路连接、触摸屏与控制器线路连接 5、以ACR View和EB8000为开发工具，分别对下位机程序和人机界面进行开发。其中下位机程序运用AcroBasic语言进行模块化编程以实现示教、回零、再现、手动运行、参数设置等功能。上位机通过将相关控件与相应地址相链接实现对下位机的控制。 关键词:码垛机器人，控制系统，位置伺服控制，AcroBasic语言，模块化编程 II 山东大学学士论文 Abstract As a new technology in logistics automation area, in recent years, stacking technology has experienced a rapid growth. With their high performance, high precision and small area advantages, stacking robots are quickly capturing the entire palletizing industry. Especially in the western developed countries, palletizing robots almost completely replaced the manual stack. Since the tackle hard-nut problems in science and technology during China's Seven Five year Plan period,Our country has made torch-plan projects and application of industrial robots as one of the key research and development concentration.China has successfully realized robot industry "from nonexistence to pass into existence" plan. However, on the whole, our country's robot industry is still underdevelopment, robots' research is still a long way to go. This article talks about the control system of robot to realize motion control of the robot based on the engineering practice with specific background. Our purpose is to meet the industry requirement. Specific content of the article are as follows: 1. The introduction of a brief background of this thesis and its significance. 2. Through the analysis of the robot's physical construction, get a simplified geometric model ,and with kinematic analysis ,get transformation equation of the end effector. 3. Choose the way of Servo-position Control to meet the need of the stack. 4. Use ACR9000 controller and MT6100iV HMI as the core of control device to design the hardware system. This part is divided into the following several parts: related components selection, electrical wiring connections, the connection between controller and servo driver， controller and the HMI 5. Using the development software of ACR View and EB 8000 to design the control program and interface of the HMI. The control program is designed by AcroBasic language. We can use the program to realize the function of teach, playback, back home, manual operation, parameters settings and so on. Besides, HMI control the controller by the connection of ActiveX with relevant BIT address. KEYWORDS :stacking robot，control system，servo-position control，AcroBasic language ， modular program III 山东大学学士论文 目录 第一章 绪论 ............................................................ 1 1.1 研究背景 ........................................................... 1 1.2 国内外发展现状 ..................................................... 2 1.3 论文研究意义和目的 ................................................. 2 1.4 本文主要研究内容 ................................................... 3 1.5 本章小结 ........................................................... 3 第二章 码垛机器人机械结构及其运动学分析 ................................. 4 2.1 码垛机器人的机械结构 ............................................... 4 2.2 运动学分析 ......................................................... 5 2.3 本章小结 ........................................................... 7 第三章 伺服控制方式选择及仿真 ........................................... 8 3.1 伺服驱动系统要求 ................................................... 8 3.2 AC伺服电机工作原理 ................................................ 8 3.3 伺服控制方式选择 ................................................... 9 3.4 位置伺服系统 ...................................................... 10 3.5 机器人MATLAB仿真 ................................................. 11 3.6 本章小结 .......................................................... 14 第四章 硬件控制系统设计 ................................................ 15 4.1 硬件系统控制结构 .................................................. 15 4.2 主要控制部件选型 .................................................. 15 4.3 通信线路连接 ...................................................... 17 4.3.1 触摸屏与ACR9000的连接 ...................................... 17 4.3.2 ACR9000与伺服驱动器之间的连接 ............................... 18 4.3.3 其它信号线路 ................................................ 19 4.4 电气线路连接 ...................................................... 19 4.5 本章小结 .......................................................... 19 第五章 软件系统设计 ................................................... 20 5.1 下位机软件开发 .................................................... 20 5.1.1 ACR View开发环境介绍 ........................................ 20 5.1.2 系统参数配置 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 ............................................ 20 5.1.3 AcroBasic语言及相关编程介绍 ................................. 34 5.1.3 软件编写流程 ................................................ 36 5.1.4 典型程序介绍 ................................................ 36 5.1.5 运动监视、调试 .............................................. 38 5.2上位机触摸屏软件开发 .............................................. 43 IV 山东大学学士论文 5.2.1 EB8000开发软件介绍 .......................................... 43 5.2.2上位机界面开发 ............................................... 44 5.3 本章小结 .......................................................... 45 第六章 系统测试 ....................................................... 46 结束语 ................................................................. 47 致 谢 .................................................................. 49 参考文献 ............................................................... 50 附录 ................................................................... 51 附录1. 控制柜电气线路连接图 ................................................................................... 51 附录2. 调试过程图片 .................................................................................................. 52 附录3. 成品实物图 ...................................................................................................... 53 附录4. 下位机程序 ...................................................................................................... 53 V 山东大学学士论文 第一章 绪论 1.1 研究背景 所谓码垛就是按照集成单元化思想，将一件件物料按照一定的模式堆码成垛，以便 [1]使单元化的物垛实现存储、搬运、装卸运输等物流活动。 作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，码垛技术获得了飞速的发展。一方面，随着企业集团化，生产能力规模化，对码垛能力的要求不断提高，传统的简单的码垛机和人工码垛已不能满足生产需要;另一方面，随着产品生产向着多品种少批量的方向发展，企业往往需要一线多产品的生产线，这就要求码垛机必须具备处理多种产品的能力。另外，随着大型物资批发配送中心的出现，需要为成千上万个用户按订单配送产品，这就要求码垛机具有混合码垛的能力，所有这些都为码垛机器人的发展提供了机会。作为工业机器人的典型的一种, 继70年代末日本将其用于 码垛行业以来，码垛机器人在工业应用，尤其是包装 领域和物流领域正发挥着越来越大的作用。将机器人 与包装线相结合，既提高了生产线的工作效率，又增 强了运行的可靠性，减少了人力资源的开支，更让当 代企业迅速适应不断变化的市场要求，产生巨大的经 图 1-1 码垛过程示意图 济效益。码垛机器人以其特有的优势迅速抢占了码垛 市场。其优势主要表现在以下几个方面: 1.工作效率高 码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工码垛。 2.操作精度高，工作范围大 码垛机器人的占地面积小，操作范围大;每一台码垛机器人都有独立的控制系统，极大地保证了作业精度。 3.适应能力强 可以根据需要抓取不同类别的产品，更能适应现代多元化的生产。 4.综合应用成本低 机器人虽然前期投入较高，但是却能达到成本效用最大化，且各家机器人都在为客户的成本控制而在产品中不断加入新的科技成果。 5. 可以与其它检测设备和生产设备进行协调控制，构成现代化得自动生产线，大大提高企业自动化水平，提高了生产效率，增强企业竞争力 1 山东大学学士论文 1.2 国内外发展现状 目前欧、美、日的码垛机器人在全球市场的占有率均超过了90,，在机器人国际市场中占领份额最大的是日本，其生产、使用及销售一直处于全球领先位置。目前日本已经有130余家专业的机器人生产制造商。据日本机器人联合会2007年8月公布的数据显示:2007年第二季度机器人销售金额为1460亿日元，其中出口金额竟达到978亿日元。虽然2008年的金融危机使机器人的生产厂商也受到牵连，机器人生产和销售都有所影响，但随着经济的复苏，机器人行业也出现回暖的形势。2009年全球机器人行业总销售量仍比2006年增长10%。 从“七五”科技攻关开始，我国将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，经过研制、生产、应用，实现了中国机器人产业的“从无到有”。“十五”期间是我国机器人产业发展的一个关键转折点。经过多年的研究开发，我国的机器人技术已经日趋成熟;市场需求在“十五”初期也有了一个“井喷式”的发展。此外我国也已经形成了以新松为代表的一些具有一定竞争力的机器人公司和产业化基地。 但是，从整体上说我国的机器人产业还很薄弱，机器人的研究依然任重而道远。我国市场上机器人总共拥有量近万台，仅占全球总量的0.56%，其中完全化国产机器人仅占 [2]30%，其余皆为从日本、美国、瑞典、德国、意大利等20多个国家引进。究其原因，很大程度在于自主品牌不够，发展壮大自主品牌及其自动化成套装备产业成为当务之急。 1.3 论文研究意义和目的 日本、美国等西方发达国家码垛机器人应用广泛，几乎遍布整个相关行业。而在中国，码垛机器人在食品、包装等行业才刚开始得到应用。码垛机器人未能在较大行业范围内使用，而且在使用的码垛机器人中，进口的占据大部分比例。从各方面显示，工业机器人正处在迅猛发展阶段，掌握机器人的控制系统设计刻不容缓。 另外，国家对机器人行业发展日益重视。山东省近日出台指导意见,从政策与资金方面促进机器人产业创新发展,促进机器人产业尽快成长为战略新兴产业。为加大对机器人产业的资金投入力度,山东省将建立以政府投入为引导、企业投入为主体、金融投入为支撑的多元化投资体系。自2010年起，实施山东省机器人创新发展科技重大专项，重点支持面向山东省主导产业及领域的机器人关键共性技术研发及产业化项目的实施。省科技 2 山东大学学士论文 厅、发展改革委、经济和信息化委等部门的相关计划和专项资金安排向机器人的研究开发和示范应用推广倾斜。这对于机器人发展是一个重大机遇。因此抓住机遇，从事相关控制系统的研究，开发出高性能、低成本、具有自主知识产权的码垛机器人具有广阔的市场前景，同时可以进一步推进自主工业机器人的研发及推广使用，对于提高我国工业生产的现代化水平，都具有重大的经济价值和现实意义。 1.4 本文主要研究内容 本文依据山东省科学院自动化研究所机器人国家工程研究中心山东分中心所自主开发的一款四自由度混联码垛机器人为研究背景。主要研究码垛机器人的控制方案、控制算法，以及运用PARKER ACR9000对伺服驱动器进行控制，运用威纶MT6100iv触摸屏进行上位机的开发。第1章主要对选题背景和研究内容及意义进行概述，介绍国内外码垛机器人的发展现状以及本文研究的目的和意义。第2章对码垛机器人进行机械结构及其运动学的相关分析。第3章对伺服电机控制特性进行分析设计，并运用MATLAB自带的SIMULINK工具进行系统相关的仿真。第4章则重点介绍运动控制系统的硬件设计，包括对硬件控制器件的选型，线路连接等。第5章则进行相关软件的开发，包括运用AcroBasic语言对控制器进行编程，以及对触摸屏界面进行设计等。第6章则通过实际测试获得机器人的各项运动参数。最后一章是对本篇论文进行系统的 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 。 1.5 本章小结 本章主要介绍了码垛机器人的相关发展背景，并对国内外的发展现状进行了描述。同时说明了课题的主要研究意义及研究内容。 3 山东大学学士论文 第二章 码垛机器人机械结构及其运动学分析 2.1 码垛机器人的机械结构 图 2-1 码垛机器人机械结构图 用于码垛的机器人只需要4个自由度即可满足实际需求。所设计的码垛机器人的具体机械结构如图2-1所示。该机器人为四自由度混联机器人。其中1底部基座，2内六角圆柱头螺钉3 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 型弹簧垫圈4直线运动单元5外壳6连杆机构7内六角圆柱头螺钉8标准型弹簧垫圈9内六角圆柱头螺钉10标准型弹簧垫圈11内六角圆柱头螺钉12标准型弹簧垫圈。手臂固定在腰部，其中小臂通过前大臂、后大臂的运动实现搬运和码垛作业。该机器人包含4个关节，能够实现4种运动:手臂前后运动、上下运动、腰部旋转运动、手腕回转运动。在运动的极限位置都安装有限位开关。水平和垂直方向的运动是通过由前大臂、后大臂、大臂连杆、小臂四个构件组成的平行四边形实现的，而腕部是由小臂、辅助连杆、腕部、三角架构成的连杆机构在运动中保持水平的。 4 山东大学学士论文 2.2 运动学分析 图2-2 码垛机器人机构简图 工业码垛机器人机构简图如图2-2所示，当F点固定，E点沿水平方向移动时，A点的水平移动速度为E点的λ倍，如果E点作匀速运动，A点也将作匀速运动:当E点固定，F点沿垂直方向移动时，A点的垂直运动速度为F点的λ-1倍，如果F点做匀速运动，A点也 [3]将作匀速运动。其中λ=AC/BC=CF/DF. 如图2-3所示，设置一个固定的坐标系XOY，其随基座一起旋转。当机器人本体处于虚线所示的位置时，平行四连杆机构的F0点为坐标系的原点，X轴与A0C0平行。图中，DF=140mm，CD=700mm，BC=140mm，AB=700mm，BE=700mm，DE=140mm。 图 2-3 机械结构运动分析示意图 下面分析当水平电机驱动模块正向移动x，垂直电机驱动模块正向移动y时，码垛机器人腕部的运动规律。 因为D0F=DF-y，D0E=DE+x，则 DF,y,，DEF,,arctan() (1) 1000DE，x 5 山东大学学士论文 2222DF，DE(DF,y)，(DE，x)00= (2) EF= 在ΔDEF中，有 222DF，EF,DE θ=?DEF=arccos() (3) 22，DF，EF 222DE，DF,EF θ=?FDE=arccos() (4) 32，DE，DF此时，C点坐标为 ,,,，cos(，)xCF,c12 (5) ,y,y，CF，sin(,，,)c12, 此时A点坐标为 ,,,,,，，cos(,,,)xxAC,Ac123 (6) ,y,y,AC，sin(,,,,,,,)Ac123, 将式(5)带入式(6)中，可得: ,,,,,,,，cos(，)，，cos(,,,)xCFAC,A12123 (7) ,,，，sin(，),，sin(,,,)yyCF,,AC,,,,A12123, 将θ、θ、θ及全部已知变量带入式(7)中，利用几何知识解得 123 x,840，6x,A (8) ,8405y,,xA, 则有 '',x,6x,A (9) ,'',y,,5yA, 图 2-4 码垛示例图 如图2-4所示，机器人码垛时，当码垛机器人搬运物品从生产线上的A(x，y,z)点到000 6 山东大学学士论文 ,y,z)点时 托盘上的B(x111 y1 (10) ,:,,90arctan()1x1 水平关节移动距离为 22l,((x，y),y)/61110 (11) l,(z,z)/(,5)210 (12) 由以上分析可知，给定给定工作区间上初始位置和任意一点，即可计算出各关节应旋转的角度或位移。同理，已知各关节旋转的角度和位移，亦不难求出末端机械手的位姿。 2.3 本章小结 本章通过对码垛机器人的机械结构进行分析，获得简化几何模型。通过对模型的运动学分析和计算获得机器人的位姿变换关系式，为下一步实现对机器人的位置精确控制打下基础。 7 山东大学学士论文 第三章 伺服控制方式选择及仿真 3.1 伺服驱动系统要求 机器人电动伺服驱动系统是利用各种电动机产生的力矩和力，直接或间接地驱动机器人本体以获得机器人的各种运动的执行机构。 对工业机器人关节驱动的电动机，要求有最大功率质量比和扭矩惯量比、高起动转矩、低惯量和较宽广且平滑的调速范围。特别是像机器人末端执行器(手爪)应采用体积、质量尽可能小的电动机，尤其是要求快速响应时，伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性，并且具有较大的短时过载能力。这是伺服电动机在工业机器人中应用的先决条件。 机器人对关节驱动电机的主要要求归纳如下: 1)快速性。电动机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短，电伺服系统的灵敏性愈高，快速响应性能愈好，一般是以伺服电动机的机电时间常数的大小来说明伺服电动机快速响应的性能。 2)起动转矩惯量比大。在驱动负载的情况下，要求机器人的伺服电动机的起动转矩大，转动惯量小。 3)控制特性的连续性和直线性，随着控制信号的变化，电动机的转速能连续变化，有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。 4)调速范围宽。能使用于较大的调速范围。 5)体积小、质量小、轴向尺寸短。 6)能经受得起苛刻的运行条件 目前，由于高起动转矩、大转矩、低惯量的交、直流伺服电动机在工业机器人中得到广泛应用，一般负载1000N(相当100kgf)以下的工业机器人大多采用电伺服驱动系统。所采用的关节驱动电动机主要是AC伺服电动机，步进电动机和DC伺服电动机。 3.2 AC伺服电机工作原理 目前国际上的工业机器人90%以上均采用AC伺服电机作为执行机构。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有: 8 山东大学学士论文 ?无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 ?定子绕组散热比较方便。 ?惯量小，易于提高系统的快速性。 ?适应于高速大力矩工作状态。 ?同功率下有较小的体积和重量。 机器人所采用的AC伺服电机也常常被称作是DC无刷伺服电机。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转 [4]。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。 子转动的角度 图3-1 AC伺服电机工作电路基本组成 图3-1给出了AC伺服电机工作电路的基本组成。交流电源通过整流滤波后再经过PWM逆变器输出交流信号，形成旋转的磁场，从而使电机运动。通过控制驱动电路的脉 [5]冲信号通断来实现对电机运动的控制. 3.3 伺服控制方式选择 一般伺服包含三种控制方式:速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式。 (1)速度控制方式:通过模拟量的输入或脉冲的频率进行转动速度的控制，速度控制模式主要用于对速度要求比较高的场合。 (2)转矩控制方式:转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。 主要应用于对速度和位置要 9 山东大学学士论文 求不太严格，对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中。 (3)位置控制方式:位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。 码垛机器人运动轨迹属于PTP型，在运动过程中末端执行器以最快的速度从一点准确定位到另一点。机器人的控制对末端执行器的位置精度要求较高，而对末端执行器的速度控制和力矩控制没有特殊要求，所以确定码垛机器人关节点选择位置伺服控制方式以保证末端定位精度。 3.4 位置伺服系统 脉冲微处电速电流速度给定 理器流度θ PWM给定 给定 伺服构成调控放大器 电机 的位节制 置控器 器 制 电流反馈 滤波器 速度检测 编码器信号 接收处理 滤波器 位置检测 图 3-2 位置伺服控制方式原理图 关节单元位置伺服控制系统工作原理如图 3-2 位置给定信号与位置反馈信号之差值通过调节器进行动态校正，然后送至速率调节器、电流调节器，即经过外环、中环、内环三个闭环调节器的校正再由模拟功率接口驱动伺服电动机，实现位置伺服控制。在这个系统中，位置调节器的作用是使位置给定与的偏差向最小变化。速度反馈调节器的主要作用是阻尼位置调节过程的超调。电流调节器的作用是减小力矩波动，改善动态响应的快速性，并对最大电流进行限定等。滤波电路的作用是滤除位置或速率传感器输出信号中的谐波信号。以上各环节的参数的设计和 10 山东大学学士论文 [6]。 整定应根据具体的负载的性质(力矩和惯量的大小)，以便满足位置伺服精度的要求 位置环处理时采用积分PID算法。通过调节比例、积分、微分的参数，可以使伺服电机获得较好的动态性能，使实际位置与期望位置偏差较小，从而使系统保持较高的运动精度。 离散化PID控制算式为: n U(k),Ke(k)，K,e(i)，K[e(k),e(k,1)]pid,0i 其中，k为采样序列号，k=0，1，2(((;Kp、Ki、Kd分别表示比例、微分、积分系数。根据递推原理得到其增量式PID算法为: ,U(k),K,e(k)，Ke(k)，K[,e(k),,e(k,1)]pid 通过调整Kp、Ki、Kd的值，配合较高的机械精度，可以使伺服系统的动作灵敏，响应加快，使位置控制在一定的偏差范围内。 3.5 机器人MATLAB仿真 系统仿真采用MATLAB中Simulink自带的机器人系统实例。具体仿真模型如图 3-3 所示。 图 3-3 机器人系统MATLAB仿真原理图 该仿真系统中采用两路伺服电机，模拟平面内的运动。可以实现两轴的协调控制仿 11 山东大学学士论文 真过程模拟机器人从点[-30,-45]到点[30，45]的运动状态，运行时间为1.5s , 其中参数设置为两路电机系统位置环PID参数均为P=32000，D=400，速度环PID参数设置为P=0.5，I=10，加速度及减速度均设为5000 rpm/s ，减速比设置为130。仿真结果如图3-4，其中第一幅仿真图读取的参数为机器人运动参数。从上到下读取参数依次为转矩、加速度、运动速度、位置。第二幅和第三幅读取的分别是两路伺服电机的相关参数，从上到下依次为电压、电流、转矩、回转速度。从图中可知，该系统多电机同步效果较好，反应灵敏，位移较为精确，可以很好的满足码垛的需求。 12 山东大学学士论文 图 3-4 MATLAB仿真结果 13 山东大学学士论文 3.6 本章小结 通过对伺服驱动系统的要求及AC伺服电机工作原理的分析，选择合适的伺服控制方式，即位置控制方式。并通过对反馈环的分析，获得所要调节的控制参数。最后通过MATLAB仿真，进行控制方式验证和参数调整。 14 山东大学学士论文 第四章 硬件控制系统设计 4.1 硬件系统控制结构 整个控制系统基本硬件平台如图4-1所示 触摸屏 上位机 气缸 电运动控制器 磁 阀 伺伺伺伺接 服服服服近 驱驱驱驱开 动动动动关 器 器 器 器 腰座 水平 垂直 腕部 腕部 关节 关节 关节 关节 手爪 图 4-1 控制系统硬件结构图 4.2 主要控制部件选型 1(运动控制器 运动控制器选用美国Parker公司生产的独立式系统级别的多轴控制器ACR9000。和 15 山东大学学士论文 传统的板卡级运动控制卡相比，ACR9000可脱离工控机工作，稳定性好;封闭式结构， 抗干扰强;屏蔽电缆连接，屏蔽性好，通讯距离长;体积小巧。ACR-9000的特点主要包 括以下几个方面 (1)稳定，可靠的硬件结构 (2)直观、友善的调试开发界面(ACR-VIEW) (3)灵活、简便的编程功能 (4)强大、开放的PID算法 (5)强劲、多样的运动及插补功能 (6)针对不通应用领域提供的特殊功能 (7)强大的通讯能力，便捷地HMI开发方式 控制器具体规格参数说明如表1所示 表 1 ACR9000规格参数说明 控制轴数 2 ， 4 ， 6or8 轴(选用的为6轴) 处理器 32 位浮点 DSP@150MFLOPS/75MHz 轨迹运算 64-bit 精确度 用户存储区 1MB 内存，用于保存用户的程序和设置的参数 硬件 固件 闪存 外形尺寸 3.58 ” W × 10.5” H × 5.3” D(2-4axes), 5.0” w × 10.5” H × 5.3” D(6-8axes) 操作系统 多任务实时操作系统 电池 可选备份电池使用户程序和参数不易丢失 多任务 8 个坐标系 /16 个正本程序 /8 个梯形图程序 轨迹更新 每 100-500 μ s 伺服更新 25 μ s/axis 梯形图逻辑 100-500 μ s 扫描时间 性能 PLC 插补 直线、圆弧、正弦曲线、螺旋线、椭圆、样条、三维 弧形 伺服环 PID ，速度前馈，加速度前馈， Notch 和低通滤波 位置修正 硬件, 1usec 串行接口 1 个串行端口( RS232 and/or RS422 ) Ethernet 10/100Base-T 通讯 USB 2.0 CANopen DS401 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ，用于 I/O 扩展。(可选项) 模拟输出 可输出到 8 路， 16 位模拟量 控制信号 步进输出 可输出到 8 路，最高频率 2.5MHz 16 山东大学学士论文 可输入到 10 路正交编码器信号， 20MHz。可通过软 编码器输入 件设置同步串行接口( SSI )，正交接口，步进和方 向， CW/CCW 模式 输入输出 模拟输入 8 路单端( 4 路双端)， 12 位(可选项) 内置数字 I/O 2 到 4 轴控制内置 20 点 24VDC 光隔离输入， 4 点 24VDC 光隔离输出;4 到 8 轴控制器内置 40 点， 24VDC 光隔离输入， 8 点 24VDC 光隔离输出 开发软件 ACR-View 软件开发包 软件提供 语言支持 动态链接库支持 C++,VB6,C#,VB.NET 2. 触摸屏 触摸屏选用威纶MT6100iV。威纶系列触摸屏是目前市场上使用较为广泛的一类触摸屏。所选内含32位RISC(精简指令集)微处理器，高效快速，功能强大、使用方便、可靠性高、寿命长、性价比高。触控反应灵敏，具有高可靠性。能够支持市场上大多数的PLC，特别是兼容对ACR9000控制器的开发，这是其它触摸屏所不具有的。 3. 伺服驱动器及伺服电机 选用安川系列产品。驱动器型号为SGDM-10ADA，输入电压为200-230V，最大输入电流为7A。输出0-230V，输出功率为230W 伺服电机根据关节位置的不同，工作性能要求也不相同。这里不再详细说明。 4.3 通信线路连接 4.3.1 触摸屏与ACR9000的连接 [7]触摸屏与ACR9000控制器之间通过RS232进行串口通讯，具体通信线路连接如图图4-2所示: weinview MT8000系列触摸屏 ACR9000 RS232 COM1 COM1 2 RX 3 TX 3 TX 2 RX 5 GND 5 GND 图4-2 ACR9000与触摸屏连接示意图 17 山东大学学士论文 其中通讯参数设置为COM1(9600，N，8，1)，不需要进行站号设置。 4.3.2 ACR9000与伺服驱动器之间的连接 24V开关电源 -+ A+333PA0 A-434/PA0 B+535PB0 B-636/PB0 Z+719PC0安ACR9000Z-820/PC0川Step+107PULS伺Step-118/PULS服Dir+1211SIGN驱Dir- 1312/SIGN动 器Drive32ALM-fault+16 Drive31ALM+fault-17 Enable-2047 24V+ Enable+2140/S-ON 42P-OTDrive43T-OTReset -22 Drive44ALM-图 4-3 ACR9000 与安川伺服驱动器连接电路图 Reset+23Reset 该连接信号线路较多，连接起来比较复杂。具体线路连接图如图4-3所示。 控制器和伺服驱动器具体引脚功能说明见表 2 表 2 ACR9000与安川伺服驱动器引脚说明 ACR9000 安川 引脚号 说明 引脚号 说明 3 编码器输入A+ 33 PA0 4 编码器输入A- 34 /PA0 5 编码器输入B+ 35 PB0 6 编码器输入B- 36 /PB0 7 编码器输入C+ 19 PC0 8 编码器输入C- 20 /PC0 18 山东大学学士论文 10 脉冲+(驱动器位置控制方式) 7 PULS 11 脉冲-(驱动器位置控制方式) 8 /PULS 12 方向+(驱动器位置控制方式) 11 SIGN 13 方向-(驱动器位置控制方式) 12 /SIGN 16 读驱动器报警输入+(外接32 ALM-(警报输出负) +24V) 17 读驱动器报警输入- 31 ALM+(警报输出正) 20 对驱动器使能输出- 47 24V+ 21 对驱动器使能输出+ 40 /S-ON (伺服使能端) 22 对驱动器复位输出- 42 P-OT(禁止正转驱动) 43 T-OT(禁止反转驱动) 23 对驱动器复位输出+ 44 ALM-Reset 4.3.3 其它信号线路 在调试过程中，上位机是通过USB下载线与触摸屏进行通讯的。上位机与ACR9000的通讯是通过Ethernet实现的。 4.4 电气线路连接 主要是主电路控制柜配线。需要配合使用继电器器，开关，急停按钮等。电源采用220V交流电源。通过控制器输出伺服驱动器控制信号，以实现伺服电机电机的同步运行。具体电气线路图请参见附件1。 4.5 本章小结 本章主要对控制系统硬件系统进行搭建和连接。选择合适的控制器件，进行信号线路和电气线路的连接。从而实现由人机界面控制控制器，实现对伺服驱动器的控制，从而控制机器人按要求运行。 19 山东大学学士论文 第五章 软件系统设计 5.1 下位机软件开发 5.1.1 ACR View开发环境介绍 ACR View为Parker控制器自带的开发工具，可以支持Ethernet,USB,CANopen 和串口连接等多种通讯方式。含有配置向导使项目的建立更为简易，可以将系统参数设置好以备控制器随时进行对运动和代码的开发。通过配置向导可以对机械参数、PID参数、伺服增益、正/反向运动进行调整。设置导向中有一个易于使用的试运行装置，用来快速验证每一个轴的关键运动状况和硬件设置;程序编辑模块同时支持AcroBasic语言和PLC语言编程。另外为了调试运行方便，ACR View还提供了很多状态监视窗口，包括参数监视面板、BIT位监视面板、伺服环监视面板、通用状态面板以及图形监视功能，极大的方便了用户。 5.1.2 系统参数配置流程 ACR-View软件安装好之后，我们可以通过下面的方法来打开。 逐步单击“开始”菜单——“所有程序”——“Parker Automation”——“ACR-View”——“ACR-View Program”，弹出“New/Open Project”对话框，如图5-1所示，该对话框用于新建或者打开现有的工程。 20 山东大学学士论文 图5-1 新建窗口 下面我们新建一个工程:选中“Create New Project”单选框，并在后面输入工程的名字，我们这里输入工程名为“Demo1”，点击“OK”按钮继续，弹出新的对话框，在这里需要选择控制器类型，我们这里选择“ACR9000”，如图5-2所示: 图5-2 选择控制器类型 单击“下一步”按钮，在新弹出的对话框中选择所购买的ACR控制器型号，我们手头的产品是9000P1U6B0,因此选择这个型号，如图5-3示: 21 山东大学学士论文 图5-3 选择控制器型号 单击“下一步”按钮，在新弹出的对话框中保持默认设置，再单击“下一步” 至此，工程配置操作完成，弹出ACR-View主界面，如图5-4示: 图5-4 ACR View主界面 我们可以看到，该对话框主要分成四个区域: 22 山东大学学士论文 1. 最上面是菜单栏 2. 菜单栏下面是工具栏(分上下两层，上层是通用工具栏，下层是梯形图编程工具栏) 3. 工具栏下面左侧是树形向导，也是我们经常要打交道的地方 4. 树形向导右侧是主操作界面区域，其显示内容会根据在树形向导中所选择内容的不同 而变化，我们大部分操作都要在这个地方进行。 当新建一个工程后，在主界面中首先会显示“通讯”对话框，如图5-5所示 图5-5 通讯设置窗口 在这个对话框中，我们要选择用到的通讯方式，主要有下面4种: Bus:总线通讯，只用于ACR1505,ACR8020板卡式运动控制器 Serial:串口，在后面指定与运动控制器连接的PC机的串口号，及通讯速率 Ethernet:以太网，在后面输入ACR9000的IP地址，ACR9000出厂默认的IP地址为192.168.10.40 USB:电脑通过USB与ACR9000通讯。 我们选择以太网，IP设为192.168.10.40，点击Connect使电脑与ACR9000连接。 下面我们需要对ACR9000的各个电机轴进行配置。我们单击左侧“树形向导”中的Configuration Wizard(配置向导)”，如图5-6中蓝色区域位置: “ 23 山东大学学士论文 图 5-6点击配置向导 点击后，会在主界面区域中弹出图5-7所示对话框: 图5-7 配置向导说明 该对话框是对“Configuration Wizard(配置向导)”简单说明，点击“Find”按钮(图5-7中黑框处)可以查看当前控制器中的固件版本号，单击“Next”按钮继续，弹出图5-8所示对话框，该对话框说明了配置需要有哪些步骤，单击“Next”按钮继续到下一步。单击“Back”按钮可返回上一步。 24 山东大学学士论文 图5-8 配置步骤说明 单击“Next”后，弹出图5-9所示对话框，从这里要开始对第一个电机轴进行配置 图5-9 轴设置开始 该对话框指定轴的名字，及控制器对驱动器输出的信号类型。 25 山东大学学士论文 Axis Name:指定轴的名字，一般保持默认。 Command Output:选择控制器输出给驱动器的信号类型，“DAC”代表输出+/-10V模拟量(用于驱动器工作于速度和转矩控制下)，“Stepper”代表输出脉冲加方向信号(用于驱动器工作于位置控制下)，DAC0/Stepper0对应控制器的“AXIS0”接口，DAC1/Stepper1对应于控制器的“AXIS1”接口，依次类推。我们这里保持轴的名字为“X”，输出信号类型选择“Stepper0”，单击“Next”按钮继续，弹出图5-10所示对话框: 图5-10 选择电机及驱动 该对话框用于选择驱动器和电机:我们这里用的是安川驱动器和电机，我们要在相应的选择框里选择“Other”。单击“Next”按钮继续，弹出图5-11所示对话框，该对话框用于对位置环及速度环的编码器进行设置。 Type:选择编码器的类型，默认为“Full Quadrature(全积分)”，即控制器将编码器信号做4倍频处理，这也是最常用的选择。 Source:选择编码器通道，即控制器形成闭环是接收哪个通道的编码器信号。 Resolution:指定编码器精度。比如我们用的安川电机编码器是2048线，编码器类型选 26 山东大学学士论文 的是“Full Quadrature(全积分)”，因此我们在此要输入2048*4=8192 Polarity:编码器极性选择，即选择控制器接收到的编码器信号是A相超前还是B相超前。如果我们控制电机的时候电机飞车(不可控，一直以额定速度朝一个方向转)，那么很有可能是极性配置的问题，只需改变编码器极性选择即可。 图5-11 编码器设置 单击“Next”按钮，弹出图5-12所示对话框，该对话框用于设置轴比，通过设置单位，传动机构，及减速机构，ACR运动控制器会自动对轴比进行换算。我们按照图5-12所示进行配置即可，这样电机转一圈，平台即运行5mm。我们单击“Next”按钮继续，弹出图5-13所示对话框，该对话框用于设置硬限位，软限位及位置误差的限制。这里我们使能硬件限位，软限位设置为正向100mm，方向-20mm，跟随误差设为+/-1mm。单击“Next”继续，弹出图5-14所示对话框: 27 山东大学学士论文 图5-12 机构设置 图5-13 限位设置 28 山东大学学士论文 图5-14 限位开关选择 该对话框用于指定控制器上的哪个数字量输入通道对应于限位开关，原点开关。我们这里指定控制器的数字量输入通道0(即BIT0)用于正限位，当我们分配好正限位后，“Input1”和“Input2”自动分配为负限位和原点开关。该对话框中的“Input Type”用于选择所连接开关的类型，是常开还是常闭。单击“Next”，进入如图5-15所示对话框， 该对话框是一个伺服参数调节对话框(ACR1505,ACR8020无此对话框),在此可以设置PID参数。单击“Next”继续，弹出如图5-16所示对话框: 图5-15 伺服参数设置 29 山东大学学士论文 图5-16 综合调试对话框 该对话框是一个综合调试对话框:可以对硬限位，软限位设置，可以让电机JOG试运行及对回零进行测试。单击“Next”，至此，我们已经完成了对于“X”轴的配置。 对“Y”轴的配置与“X”轴步骤完全一样，不同的是，在输出信号类型处选择“Stepper1(采用位置控制方式，发送脉冲)”，其他与“X”轴配置类似，可参考“X”。如果控制器的某个轴不需要使用，那么我们需要在输出信号类型处选择“NOT USED”，这样控制器就不需要对这个轴分配处理时间。对于剩下的两个轴，我们都选择“NOT USED”,如图5-17所示: 30 山东大学学士论文 不使用的轴设为 NOT Used 图5-17 不用轴处理 单击“Next”按钮，弹出图5-18所示对话框。 单击该按钮将四轴 加入到Master0中 图5-18 坐标系分配 31 山东大学学士论文 该对话框用于把轴分配到坐标系(Master)中。我们把需要联动的轴分配到一个Master中。这里我们把四个轴都分配到Master0中。在一个Master中最多可分配8个轴，且一个轴只能分配到一个Master中。ACR系列控制器最多支持8个Master(坐标系)。单击“Next”按钮继续，弹出图5-19所示对话框。 图5-19 运动参数设置 该对话框用于指定电机的“加速度”，“减速度”，“运行速度”，“停止速度”及是否以“S曲线”方式运行。按如图方式指定，按“Next”按钮继续，弹出图5-20所示对话框: 32 山东大学学士论文 单击该处对通 讯分配空间 图5-20 内存分配 该对话框用于为Program，PLC分配存储空间，以及控制器可用的全局变量的个数。程序分配空间可以根据需要进行设定。特别需要注意的是在与触摸屏相连接时需要为串口分配足够的空间，单击图5-21中Advanced Memory Configuration按钮弹出图36对话框，为COM1分配足够的空间。 分配足够 大的空间 图5-21 设置通讯内存 33 山东大学学士论文 单击“OK”按钮返回。单击“Next”按钮弹出图5-22所示对话框: 图5-22 完成对话框 至此，我们的配置工作全部完成，单击“Finish”按钮将配置下载到控制器中。配置文件将保存到控制器的EEPROM中。以后如果不更换电机，就无需再对电机轴进行配置。 5.1.3 AcroBasic语言及相关编程介绍 编程时，在树形向导中可以看到，ACR运动控制器可以编写16个program程序和8个PLC程序，如图5-23所示: 图5-23 程序选择 34 山东大学学士论文 Program程序是用AcroBasic语言来开发的，功能十分强大，可以充分满足客户各种运动控制的需求。AcroBasic编程语言，非常类似于BASIC语言，可快速上手 1.可自由定义局部变量(整型，实型变量及数组，字符串等) 2.能够使用最多4096个实数型全局变量 3.提供大量的简短ASCII码指令，均为所完成相应功能的英文缩写，方便记忆(如ACC,VEL,MOV,OPEN,PRINT,OPEN等) 4.所有系统预设的P变量，BIT变量可以在程序中直接引用，无需重新定义 5.可使用顺序结构，选择结构，循环结构，子程序，中断等流程控制 6.可以给所有变量(局部变量，全局变量，系统预设的P变量、BIT变量)指定别名，方便编程人员阅读 7.提供丰富的数学运算函数(算术运算、逻辑运算、比较运算、三角函数、反三角函数、双曲函数等) 8.大量字符串处理函数，便于与其他设备通讯 其中program0-program7用来编写运动程序，program8-program15用来编写非运动程序(如完成各种计算，与其他设备进行通讯等)。program0-program7与Master0-Master7(坐标系0-7)有着严格的对应关系。控制Master0中的轴的运动程序必须编写到program0中，控制Master1中的轴的运动程序必须编写到program1中，依次类推。 单击任意的program编辑器即可打开相应的program程序开发窗口，如图5-24所示:在这里可以使用AcroBasic语言来开发您的运动程序。AcroBasic指令请参考相应手册。 图 5-24 ACR View 编程界面 在程序调试时可设置断点，或单步调试程序;跟随模式用于跟随每条程序的执行; 35 山东大学学士论文 在Terminal面板中监视程序的运行状况;可以为程序添加注释，可以在线对电机进行运 动控制，可以实现JOG试运行。 5.1.3 软件编写流程 控制系统下位机程序主要工作流程如图5-25所示 其中所有的程序流程都是通过改变相应的P参数和BIT位进行控制和选择的。 开始 上电启动 系统初始化 是 是否出错 否 回零 模式选择, JOG 示教 自动 手动 参数设置 是 是否限位 否 继续运行 图 5-25 系统软件编写流程图 5.1.4 典型程序介绍 (1)示教程序 具体程序流程如图5-28: 36 山东大学学士论文 开始示教 手动调节机器人位姿 否 是否记录当前点 是 否 示教下一点 是否示教结束 是 保存示教数据 示教结束 图5-26 示教流程图 通过上位机界面调节P0，P1的值即可改变机器人的位置，通过对相应点的捕捉进行 记录，从而保存数据，实现再现。通过ESAVE命令可以使数据断电不丢失。 2)回零程序 ( 下面是单轴的回零程序，其中BIT 2是通过外部原点接近开关输入进行改变的。 PROGRAM 'Program 0 'TODO: edit your program here PBOOT JOG VEL X10 Y10 :REM set the speed of gohome JOG ACC X50 Y50 JOG DEC X50 Y50 JOG HOMVF X0.1 Y0.1 _START IF(xgohome) : REM X GO HOME SET 16152 SET 16153 CLR 16154 JOG HOME X-1 WHILE((NOT BIT 16134) AND (NOT BIT 16135)) WEND DWL 0.5 VEL 0.1 37 山东大学学士论文 X/20 DWL 0.1 WHILE(1) IF(BIT2) SET 8467 RES X BREAK ENDIF WEND CLR xgohome CLR 8467 CLR 522 ENDIF GOTO START ENDP (3)伺服使能控制程序 PROGRAM 'Program 7 'TODO: edit your program here PBOOT _START IF(BIT 128) SET 8465 SET 8497 SET 8529 SET 8561 ELSE CLR 8465 CLR 8497 CLR 8529 CLR 8561 ENDIF GOTO START ENDP 通过BIT128即可同时控制四个伺服驱动的使能。通过上位机将位状态设定控件与BIT128 相链接，即通过触摸屏手动操作即可控制使能。 5.1.5 运动监视、调试 38 山东大学学士论文 ACR-View为我们提供了大量的工具供我们监视，调试电机的运行。 (1)Terminal(终端对话框) 单击树形向导中的Terminal Emulator，可以打开终端对话框。如图5-27示。在终端对话框中，可以发送在线指令，当按下键盘上的回车键时，所输入的指令将立即执行。我们可以把常用的命令保存到终端对话框右侧的“User Button”中，这样当按下“User Button”按钮后，相对于发送了对应的指令。在终端对话框中还可以监视，跟踪程序的运行。程序中使用“Print”语言输出的内容也将显示到终端对话框中。 图5-27 终端对话框 (2)Status Panels(状态监视面板) 树形向导中的Status Panels(状态监视面板)中包含有五个状态面板。 1. Common Status Panel(通用状态监视面板，ACR1505,ACR8020无此面板) 39 山东大学学士论文 图5-28 通用状态监视面板 如图5-28所示:该面板可以直观的监视各个电机轴及坐标系的运行情况。 2. Numeric Status(参数状态监视面板) 图5-29 参数状态监视面板 如图5-29所示，参数状态监视面板可以监视ACR运动控制器中所有P变量的状态。P 40 山东大学学士论文 变量根据功能被加以分类，可以通过三个下拉组合框找到所要监视的P变量。 3. BIT Status(BIT位状态监视面板) BIT位状态监视面板用来监视ACR运动控制器中的全部BIT变量状态，如图5-30所示: 图5-30 BIT位状态监视面板 与P变量监视面板相同，可以通过三个下拉组合框找到所要监视的BIT变量。 BIT变量用来保存BOOL型变量，只有真和假两种状态，它包括实际的物理I/O及控制器内部定义的BIT状态。 4. CPU Load Status(CPU运行监视面板) CPU运行监视面板用来监视当前控制器CPU的运行情况，如图5-31所示: 该面板类似于计算机中任务管理器的性能监视面板。 41 山东大学学士论文 图5-31 CPU运行监视面板 5. Servo Loop Status(伺服环状态监视面板) 图5-32 伺服环状态监视面板 如图5-32所示:可以通过伺服环状态监视面板直观的监视伺服环的运行情况。参与伺服 运算的所有参数都可以在同一个面板中监视到。 42 山东大学学士论文 5.2上位机触摸屏软件开发 5.2.1 EB8000开发软件介绍 Easy Builder8000功能强大，简单实用，可以轻松完成复杂的人机界面设计。可以同时支持离线模拟和在线模拟，可以大大节省设计的时间。独立的多视窗操作功能大大增加了可现实的信息量，可以与几乎所有的PLC配合使用。具体开发程序界面如图5-33所示 图 5-33 EB8000开发界面 其中对控件参数的设置是通过控件属性对话框进行的。图5-34所示为对其中的位状态切换开关进行设置的界面。通过选择PLC选择位状态切换开关所要写入或读取的PLC类型。通过设定地址可以控制或读取相应的BIT位状态，开关类型为设定开关的功能。如切换开关即每次按下开关时所控制的位的状态变换为相反状态。其它类型的控件与此控件设置方法类似，在此不再具体进行描述。 43 山东大学学士论文 选择PLC类型 设定控制PLC选择高十六位还是地址 第十六位地址 设置开关属性 图 5-34 位状态开关属性设置对话框 5.2.2上位机界面开发 图5-35为所设计的上位机人机界面。其中数字显示是通过与ACR9000相应的P参数链接而获得的。其它状态显示和控制是通过与相应的BIT位进行链接而进行的。通过该界面可以脱离工控机直接对码垛机器人进行控制，可以实现示教、再现、参数设置、手动运行等功能。通过状态和坐标显示可以实时观察机器人的运动状态。 44 山东大学学士论文 图 5-35 码垛机器人触摸屏控制界面 5.3 本章小结 本章主要完成对机器人系统的软件开发。通过ACR View 完成对电机参数配置，并实现JOG试运行。运用AcroBasic语言对下位机控制器进行编程，从而实现机器人的示教、再现、手动运行、回零、参数设置等功能。通过EB8000开发环境编写上位机界面并与控制器相链接 ，从而实现系统脱离PC机独立运行。 45 山东大学学士论文 第六章 系统测试 通过实际调试运行，测得的码垛机器人的各项参数如下所示: (1)运动轴数:4轴 (2)各轴运动范围: 错误～未找到引用源。?上下运动范围:?600mm ?水平运动范围:?100mm ? ?旋转轴的旋转范围:?300 (3)末端最大运动速度:?0.6m/s (4)最大高度:1.8m (5)运动半径:50cm—150cm (6)工作速度:手动示教直线移动速度?0.6m/s，底座和手爪旋转速度?5r/min; 自动运行直线移动速度在1m/s左右，底座和手爪旋转速度在8r/min左右。 (7)系统连续工作不低于20个周期时码垛误差在?3cm以内。 (8)最大码垛重量为2.5kg 46 山东大学学士论文 结束语 本论文是作者以山东省科学院自动化研究所的码垛机器人的研究项目为背景完成的。从收集查阅各种相关资料，到对码垛机器人机械结构进行运动分析，到对控制方案进行选择及仿真，软硬件选型及设计等几个方面进行了详细设计，实现了码垛机器人的运动控制。通过调试已达到预期要求。现码垛机器人即将投入实际生产应用中去。 本文主要研究内容如下: 1)机器人运动分析。通过对机器人机械参数进行分析，建立机械结构的简单几何模型。进行相关运动分析，确定末端执行机构与原点坐标系的运动变换关系，从而获得机器人的相关运动参数，便于实现对机器人进行精确控制。 2)对伺服系统控制方式进行选择。伺服系统有多种运动控制方式，根据应用背景的不同选择不同的运动控制方式。本机器人对位置精度要求较高，故经过综合分析，选择运动控制方式。 3)运动控制仿真。运用MATLAB中Simulink工具自带的机器人运动控制模型进行仿真，确定相关的PID等参数，验证相关运动控制的正确性。 4)进行相关线路的连接。包含电气线路和信号线路连接两个方面。重点对信号线路特别是ACR9000与伺服驱动器之间的线路进行了研究。由于没有现成的连接实例可供参考，故在此花费了较大的功夫。 5)对控制系统进行相关程序开发。包括下位机编程和上位机界面的设计。通过学习掌握AcroBasic语言，学会运用ACR View环境对ACR9000的相关编程。设计整体控制流程，进行下位机软件的编写。学习EB8000开发环境，进行人机界面的相关设计。进行触摸屏与控制器之间的通讯连接与调试。实现由触摸屏对码垛机器人的示教、保存、再现及相关参数设置等功能。 通过本文的研究工作，设计并实现了由ACR9000控制器和威纶MT6100iV人机界面为核心构成的码垛机器人控制系统，该系统具有良好的扩展性和兼容性，易于移植到其它种类的机器人。但是由于时间有限，还存在很多的不足。在未来的后续研究中还需要进行以下探索: 1)由于所使用的机器人为码垛样机，故应用到具体生产时间中还需根据负重、工作半径等要求具体设计适合生产需要体积的码垛机器人 47 山东大学学士论文 2)根据抓取物品的不同设计专门的抓手，并确保抓手抓取货物断电时的安全。 3)由于时间有限，编写的程序还不是很完善，很多问题仍有待解决。如对系统操作步骤要求较为严格，出现操作失误容易造成死机等问题。 4)将机器人应用到生产实践中去，还需要解决与外围设备及整个流水线的协调控制问题。如和外围检测设备及其它机器人的协调，根据产品的不同执行不同的码垛程序等问题。 48 山东大学学士论文 致 谢 我之所以能够来到山东省科学院自动化研究所做毕业设计，离不开陈阿莲教授和李向东老师的批准和多方协调，在此，向陈阿莲教授和李向东老师表示感谢。 本文是在李向东老师和陈阿莲教授的悉心指导下完成的，两位老师学识渊博，教学严谨而又平易近人，对科研精益求精，这些优秀品质带给我的影响，无论在以后的研究生生活中还是更长远的工作中，我将备受激励，受益匪浅～特别是李向东老师，对我在学习上的谆谆教诲，在研究工作中的帮助和指导，在社会生活方面的引导和帮助，让我终身难忘。在此，衷心感谢两位老师对我的指导和关怀。 在为时将近半年的设计过程中，我受到研究所各位领导和高工的热心帮助和指导，在课题研究、方法选择和实验调试过程中他门给我很多知识性的教育，培养了我基本的研究工作素养和探索精神，教会了我很多学习之外的东西。在我工作遇到困难时，是你们的关怀和热心指点给了我莫大的勇气和动力，在此一并表示深深的谢意。 还要特别感谢与我一起学习和工作的亓富强同学，感谢毕业设计的合作者郅健斌同学，感谢已经或即将在研究所工作的陈伟、王其林、马卫国等学长，我们一起学习，共同进步。你们的包容和关怀让我在实验室度过了一段美好的时光，在这里获得的知识和锻炼将令我终生受益。 感谢我的朋友和同学们，在我的工作和生活遇到困难和挫折时，他们总是给予我很大的支持与帮助。此外他们对我的论文提出了很多宝贵意见，感谢他们。 最后，我感谢我的父母对我的无私奉献，亲人们对我的殷切关怀，感谢你们这么多年来一直默默的关怀我、鼓励我。 感谢所有关心和支持我的人。 49 山东大学学士论文 参考文献 [1].余晓明.四自由度码垛机器人设计及其控制系统性能研究[D].成都:西南交通大学 硕士学位论 文，2008 [2].2010-2012年全球机器人产业发展研究分析 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 [R] www.20087.com [3].苏海新，韩宝玲，罗庆生等.基于PMAC的工业码垛机器人控制特性研究[J](机械与电子，2009.9: 57,60 [4].余达太，马香峰等. 工业机器人应用工程[M](北京:冶金工业出版社，2001.6 [5].刘锦波，张承慧等(电机与拖动[M](北京:清华大学出版社，2008.6 [6].曾毅(现代运动控制系统工程[M]( 北京:机械工业出版社，2006.8 [7].刘慧军(码垛机器人物流控制系统开发[D](天津:天津大学硕士学位论文，2008 [8].卢志珍(基于PLC的全自动包装码垛生产线控制系统设计[D](无锡:江南大学工程硕士学位论 文，2008 [9]. 黄文焕，戚佳金，黄南天等(五自由度码垛机器人控制系统设计[J](制造业自动化，2008， 30(4):54,57 [10]. 余晓明，管会生，曾晓芳(四自由度机器人在米袋码垛系统中的仿真研究[J](黑龙江水专 学报，2008，35(2):95,98 [11]. 李成伟，牟超(码垛机器人控制系统的设计与实现[J](机电产品开发与创新，2008，21(5): 9,10 [12]. 何春燕(码垛机器人的控制系统[J](机械与电子，2003，1:71,73 [13]. 刘相权，牟超，张志强等(基于PMAC运动控制卡的混连码垛机器人研制[J](机械设计，2009， 26(5):49,52 [14]. 沈雪松，高长水(基于PIC16F877单片机的示教机械手控制系统的设计[J](工业控制计算 机，2005，18(8):71，48 [15]. 陈全(基于开放式结构的机器人控制系统的研究与设计[D](合肥:合肥工业大学硕士学位 论文，2004 [16]. 陈志喜(机器人手臂及控制系统的设计与研究[D](北京:北京邮电大学硕士学位论文，2005 [17]. 祝建礼(多自由度检测机器人控制系统开发与位姿误差补偿[D](杭州:浙江大学硕士学位 论文，2007 [18]. 万继祥(模块化四自由度机械手的仿真与控制[D](淄博:山东理工大学硕士学位论文，2008 [19]. 吴恒，王淦泉，陈桂林(基于SIMULINK的PMSM控制器的建模与控制仿真[J](红外技术， 2010，2:29,34 [20]. 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International Conference on Computer Science and Information Technology,2008 [22]. 赵宏彬(一种新型四自由度并联机器人运动学特性[J](机电产品开发与创新，2009， 22(4):11,13 50 山东大学学士论文 附录 附录1. 控制柜电气线路连接图 接近开关 气缸触摸屏 220V 电磁阀+断AC/DC路直流稳压电源RS232器(24V/5A输出)- AC/DC+ONOL直流稳压电源-(24V/3A输出)控制器 3100161L2100241RS232急停按钮运行电磁继电器1ON伺服2 U7电1N2驱动器1L15V编码器机W 腰座关节开关接触器 162L2RS2322L1U5电磁继电器2电V伺服编码器机ON272N2驱动器W 水平关节613L2RS2323L15U电磁继电器37电3N2V伺服ON2编码器机驱动器W 垂直关节614L2RS232 4L15U电磁继电器4伺服电7V4N2驱动器ON2编码器机W 腕部关节 线圈12 常开触点34 常开触点56 常开触点27 51 山东大学学士论文 附录2. 调试过程图片 52 山东大学学士论文 附录3. 成品实物图 附录4. 下位机程序 #DEFINE xgohome BIT 129 #DEFINE ygohome BIT 130 #DEFINE zgohome BIT 131 #DEFINE agohome BIT 132 #DEFINE TEACHMODE BIT133 53 山东大学学士论文 #DEFINE CAPTURE BIT134 #DEFINE AUTOMODE BIT135 #DEFINE SAVEPOINT BIT136 #DEFINE PAUSERUN BIT137 #DEFINE GOHOME BIT138 #DEFINE QUITE BIT139 PROGRAM 'Program 0 PBOOT DIM SV200 DIM LV3 LV0=0 LV1=0 P0=0 P1=0 P2=0 P3=0 REM set the speed of back home JOG VEL X10 Y10 : JOG ACC X50 Y50 JOG DEC X50 Y50 JOG HOMVF X0.1 Y0.1 VEL 10 ACC 50 DEC 50 STP 50 _START IF(GOHOME) IF(xgohome) : REM X GO HOME SET 16152 SET 16153 CLR 16154 JOG HOME X-1 WHILE((NOT BIT 16134) AND (NOT BIT 16135)) WEND DWL 0.5 VEL 0.1 X/20 DWL 0.1 WHILE(1) IF(BIT2) SET 8467 RES X BREAK ENDIF WEND CLR xgohome CLR 8467 CLR 522 ENDIF IF(ygohome) : REM Y GO HOME SET 16184 SET 16185 54 山东大学学士论文 CLR 16186 JOG HOME Y-1 WHILE((NOT BIT 16166) AND (NOT BIT 16167)) WEND DWL 0.5 VEL 0.1 Y/20 DWL 0.1 WHILE(1) IF(BIT5) SET 8499 RES Y BREAK ENDIF WEND CLR ygohome CLR 8499 CLR 522 : REM CLEAR KILL ALL MASTER 0 MOTION ENDIF IF(zgohome) : REM X GO HOME SET 16216 SET 16217 CLR 16218 JOG HOME Z-1 WHILE((NOT BIT 16198) AND (NOT BIT 16199)) WEND DWL 0.5 VEL 0.1 Z/20 DWL 0.1 WHILE(1) IF(BIT8) SET 8531 RES Z BREAK ENDIF WEND CLR zgohome CLR 8531 CLR 522 ENDIF IF(agohome) : REM Y GO HOME SET 16248 SET 16249 CLR 16250 55 山东大学学士论文 JOG HOME A-1 WHILE((NOT BIT 16230) AND (NOT BIT 16231)) WEND DWL 0.5 VEL 0.1 A/20 DWL 0.1 WHILE(1) IF(BIT11) SET 8563 RES A BREAK ENDIF WEND CLR agohome CLR 8563 CLR 522 : REM CLEAR KILL ALL MASTER 0 MOTION ENDIF CLR GOHOME ENDIF IF(TEACHMODE) CLR QUITE CLR AUTOMODE CLR SAVEPOINT X(P0) Y(P1) Z(P2) A(P3) IF(CAPTURE) CLR CAPTURE SV(LV0)=P0 SV(LV0+100)=P1 SV(LV0+200)=P2 SV(LV0+300)=P3 LV0=LV0+1 LV2=LV0 P4=LV2 ENDIF ENDIF IF(SAVEPOINT) CLR TEACHMODE P4=LV2 LV0=0 ESAVE ALL ENDIF IF(AUTOMODE) CLR QUITE CLR TEACHMODE 56 山东大学学士论文 CLR SAVEPOINT P0=SV(LV1) P1=SV(LV1+100) P2=SV(LV1+200) P3=SV(LV1+300) X(P0) Y(P1) Z(P3) A(P4) P5=LV1 LV1=LV1+1 IF(LV1=LV2) LV1=0 ENDIF IF(PAUSERUN) INH -PAUSERUN ENDIF ENDIF IF(QUITE) CLR TEACHMODE CLR SAVEPOINT CLR AUTOMODE ENDIF GOTO START ENDP PROGRAM 'Program 7 'TODO: edit your program here PBOOT _START IF(BIT 128) SET 8465 SET 8497 SET 8529 SET 8561 ELSE CLR 8465 CLR 8497 CLR 8529 CLR 8561 ENDIF IF (BIT 0 OR BIT 1 OR BIT 3 OR BIT 4 OR BIT 6 OR BIT 7 OR BIT 9 OR BIT 10 OR BIT 8961 ) SET 522 HALT prog 0 CLR 522 END IF GOTO START ENDP 57