什么是运动控制算法
基于DSP运动控制器的5R工业机器人系统设计摘要:以所设计的开放式5R关节型工业机器人为研究对象,分析了该机器人的结构设计。
该机器人采用基于工控PC及DSP运动控制器的分布式控制结构,具有开放性强、运算速度快等特点,对其工作原理进行了详细的说明。
机器人的控制软件采用基于Windows平台下的VC++实现,具有良好的人机交互功能,对各组成模块的作用进行了说明。
所设计的开放式5R工业机器人系统,具有较好的实用性。
关键词:开放式;关节型;工业机器人;控制软件0引言工业机器人技术在现代工业生产自动化领域得到了广泛的应用,也对工程技术人员提出更高的要求,作为机械工程及自动化专业的技术人才迫切需要掌握这一先进技术。
为了能更好地加强技术人员对工业机器人的技能实践与技术掌握,需要开放性强的设备来满足要求。
本文阐述了我们所开发设计的一种5R关节型工业机器人系统,可以作为通用的工业机器人应用于现场,也可作为教学培训设备。
1 5R工业机器人操作机结构设计关节型工业机器人由2个肩关节和1个肘关节进行定位,由2个或3个腕关节进行定向,其中一个肩关节绕铅直轴旋转,另一个肩关节实现俯仰,这两个肩关节轴线正交。
肘关节平行于第二个肩关节轴线。
这种构型的机器人动作灵活、工作空间大,在作业空间内手臂的干涉最小,结构紧凑,占地面积小,关节上相对运动部位容易密封防尘,但运动学复杂、运动学反解困难,控制时计算量大。
在工业用应用是一种通用型机器人¨。
1.1 5R工业机器人操作机结构所设计的5R关节型机器人具有5个自由度,结构简图如图1所示。
5个自由度分别是:肩部旋转关节J1、大臂旋转关节J2、小臂旋转关节J3、手腕仰俯运动关节J4和在旋转运动关节J5。
总体设计思想为:选用伺服电机(带制动器)驱动,通过同步带、轮系等机械机构进行间接传动。
腕关节上设计有装配手爪用法兰,通过不断地更换手爪来实现不同的作业任务。
1.2 5R工业机器人参数表1为设计的5R工业机器人参数。
2 5R工业机器人开放式控制系统机器人控制技术对其性能的优良起着重大的作用。
随着机器人控制技术的发展,针对结构封闭的机器人控制器的缺陷,开发“具有开发性结构的模块化、标准化机器人控制器”是当前机器人控制器发展的趋势]。
为提高稳定性、可靠性和抗干扰性,采用“工业PC+DSP运动控制器”的结构来实现机器人的控制:伺服系统中伺服级计算机采用以信号处理器(DSP)为核心的多轴运动控制器,借助DSP高速信号处理能力与运算能力,可同时控制多轴运动,实现复杂的控制算法并获得优良的伺服性能。
2.1基于DSP的运动控制器MCT8000F8简介深圳摩信科技公司MCT8000F8运动控制器是基于网络技术的开放式结构高性能DSP8轴运动控制器,包括主控制板、接口板以及控制软件等,具有开放式、高速、高精度、网际在线控制、多轴同步控制、可重构性、高集成度、高可靠性和安全性等特点,是新一代开放式结构高性能可编程运动控制器。
图2为DSP多轴运动控制器硬件原理图。
图中增量编码器的A0(/A0)、B0(/B0)、c0(/CO)信号作为位置反馈,运动控制器通过四倍频、加减计数器得到实际的位置,实际位置信息存在位置寄存器中,计算机可以通过控制寄存器进行读取。
运动控制卡的目标位置由计算机通过机器人运动轨迹规划求得,通过内部计算得到位置误差值,再经过加减速控制和数字滤波后,送到D/A转换(DAC)、运算放大器、脉宽调制器(PWM)硬件处理电路,转化后输出伺服电机的控制信号或PWM信号。
各个关节可以完成独立伺服控制,能够实现线性插补控制、二轴圆弧插补控制。
2.2机器人控制系统结构及工作原理基于PC的Windows操作系统,因其友好的人机界面和广泛的用户基础,而成为基于PC控制器的首选。
采用PC作为机器人控制器的主机系统的优点是:①成本低;②具有开放性;③完备的软件开发环境和丰富的软件资源;④良好的通讯功能。
机器人控制结构上采用了上、下两级计算机系统完成对机器人的控制:上级主控计算机负责整个系统管理,下级则实现对各个关节的插补运算和伺服控制。
这里通过采用一台工业PC+DSP运动控制卡的结构来实现机器人控制。
实验结果证明了采用Pc+DSP的计算结构可以充分利用DSP运算的高速性,满足机器人控制的实时需求,实现较高的运动控制性能。
机器人伺服系统框图如图3所示。
伺服系统由基于DSP的运动控制器、伺服驱动器、伺服电动机及光电编码器组成。
伺服系统包含三个反馈子系统:位置环、速度环、电流环,其工作原理如下:执行元件为交流伺服电动机,伺服驱动器为速度、电流闭环的功率驱动元件,光电编码器担负着检测伺服电机速度和位置的任务。
伺服级计算机的主要功能是接受控制级发出的各种运动控制命令,根据位置给定信号及光电编码器的位置反馈信号,分时完成各关节的误差计算、控制算法及D/A转换、将速度给定信号加至伺服组件的控制端子,完成对各关节的位置伺服控制。
管理级计算机采用586工控机(或便携笔记本),主要完成离线编程、仿真、与控制级通讯...
我用松下A4系列做成的三轴运动控制系统,X,Y方向
步进电机编程器控制。
随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展,计算机控制已扩展到了几乎所有的工业领域。
现代社会要求制造业对市场需求作出迅速的反应,生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品,为了满足这一要求,生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性,PLC编程正是顺应这一要求出现的,它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。
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用一台PC (工业电脑) 监控 3台数控系统(不同设备) 一些数据 主...
首先谁能详细的介绍一下关于STEP-NC的知识?此外,据说STEP-NC编程标准具有“不需要进行后置处理就可以直接驱动机床进行加工”的优点,这如何解释呢?最后,请问一般五轴数控机床G代码中包含被加工点处曲面的法向矢量吗?数控系统是用于机械加工方面,如机床。
应用范围不同。
产品的功能也不同,。
SIMOTION是一个全新的西门子运动控制系统,它是世界上第一款针对生产机械而设计的控制系统,将运动控制,逻辑控制及工艺控制功能集成于一身,为生产机械提供了完整的解决方案。
----机械运动越来越复杂,对速度及精度的要求也越来越高。
SIMOTION面向的行业主要是包装机械,橡塑机械,锻压机械,纺织机械,以及其他生产机械领域,正是针对复杂运动控制而推出的全新运动控制系统。
----SIMOTION运动控制系统: 由一个系统来完成所有的运动控制任务 适用于具有许多运动部件的机器 ----SIMOTION系统具有三个组成部分 工程开发系统 ----工程开发系统可以实现由一个系统解决所有运动控制、逻辑及工艺控制的问题,并且它还能够提供所有必要的工具,从编程到参数设定,从测试调试到故障诊断。
实时软件模块 ----这些模块提供了众多的运动控制及工艺控制功能。
针对某一特定的机器所需的功能,灵活地选择相关的模块。
硬件平台 ----硬件平台是SIMOTION运动控制系统的基础。
使由工程开发系统所开发的且使用了实时软件模块的应用程序可以运行在不同的硬件平台上,用户可以选择最适合自己机器的硬件平台。
数控系统的概念 数控系统是数字控制系统的简称,英文名称为Numerical Control System,早期是由硬件电路构成的称为硬件数控(Hard NC),1970年代以后,硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。
计算机数控(Computerized numerical control,简称CNC)系统是用计算机控制加工功能,实现数值控制的系统。
CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序,执行部分或全部数值控制功能,并配有接口电路喝伺服驱动装置的专用计算机系统。
CNC系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置(CNC装置)、可编程逻辑控制器(PLC)、主轴驱动装置喝进给(伺服)驱动装置(包括检测装置)等组成。
CNC系统的核心是CNC装置。
由于使用了计算机,系统具有了软件功能,又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置,使系统更小巧,其灵活性、通用性、可靠性更好,易于实现复杂的数控功能,使用、维护也方便,并具有与上位机连接及进行远程通信功能。
数控系统的分类数控系统的种类很多,从不同角度对其进行考查,就有不同的分类方法,通常有以下几种不同的分类方法:(1) 按控制功能分类1) 点位控制数控机床在点位控制数控机床中,工件相对于刀具运动,直到到达零件程序规定的位置后停止,在运动过程中不进行任何加工。
刀具在定位点处执行切削任务。
点位控制数控系统只准确控制坐标运动的最终位置,而对轨迹不作控制要求。
为了精确定位和提高生产率,系统首先高速运行,然后进行减速,使之缓慢趋近定位点以减少定位误差。
点位控制数控机床主要有数控钻床、印刷电路板钻孔机、数控镗床、数控冲床、三坐标测量机等。
2) 轮廓控制数控机床在轮廓控制(连续轨迹)数控机床中,数控系统控制几个坐标轴同时谐调运动(坐标联动),使工件相对于刀具按程序规定的轨迹和速度运动,在运动过程中进行连续切削加工。
可实现联动加工是这类数控机床的本质特征。
这类数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心等用于加工曲线和曲面形状零件的数控机床。
现代的数控机床基本上都是这种类型。
若根据其联动轴数还可细分为:2轴联动数控机床、3轴联动数控机床、4轴联动数控机床、5轴联动数控机床。
其中联动轴数越多,数控机床的功能越齐全,可以加工的曲面轮廓越复杂,加工精度和效率越高,但系统控制、程序编制也越复杂,只有使用自动编程系统来编制数控系统的发展趋势从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统,到现在已走过了半个世纪历程。
随着电子技术和控制技术的飞速发展,当今的数控系统功能已经非常强大,与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。
趋势之一:数控系统向开放式体系结构发展20世纪90年代以来,由于计算机技术的飞速发展,推动数控技术更快的更新换代。
世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。
开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性,并可以较容易的实现智能化、网络化。
近几年许多国家纷纷研究开发这种系统,如美国科学制造中心(NCMS)与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC,欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”OSACA,日本的OSEC计划等。
开放式体系结构可以大量采用通用微机技术,使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。
开放式体系结构的新一代数控系统,其硬件、软件和总线规范都是对外开放的,数控系统制造商和用户可以根据这...
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