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1、圖 1.1 Delta并聯(lián)機(jī)器人本體與控制柜 1.控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在前面機(jī)械系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上，要想 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的抓 取操作，還必須 有控制系統(tǒng) 1.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 機(jī)器人的整個(gè)控制系 統(tǒng)以工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 為中心 ,采用 PLC控制 器為主控單元，進(jìn)行 伺服控制和開關(guān)量的 控制，具體包括機(jī)器 人本體的伺服控制、 視覺系統(tǒng)控制、氣動(dòng) 系統(tǒng)控制、傳輸系統(tǒng) 控制和一些附屬設(shè)施 的控制。 圖 1.2 機(jī)器人控制系統(tǒng)整體框圖 上位機(jī) 上位機(jī)是指可以 直接發(fā)出操控指令 的計(jì)算機(jī)。其屏幕 上顯示各種信號(hào)變 化（角度，壓力， 溫度 等） 圖 1.3 上位機(jī)屏幕顯示 圖 1.4 機(jī)器人系統(tǒng)及視覺系統(tǒng)示意圖 機(jī)器

2、人視覺系統(tǒng) 機(jī)器視覺系統(tǒng)大多是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品 (即圖 像攝取裝置，分 CCD和 CMOS兩種 )把圖像抓 取到，然后將該圖像傳送至處理單元，通過數(shù) 字化處理，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息 ，來進(jìn)行尺寸、形狀、顏色等的判別。進(jìn)而根 據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如右圖 所示，氣源泵（空氣泵） 產(chǎn)生壓縮氣體，經(jīng)過濾減 壓閥過濾、定壓，分為兩 支路，一路氣體通過真空 發(fā)生電磁閥到達(dá)真空發(fā)生 器用于產(chǎn)生真空；另一路 氣體經(jīng)過真空破壞電磁閥 直接與吸盤相通。 兩個(gè)電磁閥的通斷信號(hào)來自控制器的開關(guān)量信號(hào)，當(dāng)吸盤到達(dá)待抓取物體 的正上方時(shí)，真空發(fā)生電磁閥打開，真空發(fā)生器產(chǎn)生真空，

3、吸盤將物體吸 ??；到達(dá)放置位置時(shí)，真空破壞電磁閥打開，吸盤氣壓高于大氣壓，物體 被“放下”。 氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 傳輸系統(tǒng) 傳輸系統(tǒng)主要是電機(jī)和兩條傳送帶，當(dāng)機(jī)器人 運(yùn)行時(shí)，控制器給出使能信號(hào)使電機(jī)帶動(dòng)傳送 帶運(yùn)動(dòng)，另外，傳送帶上裝有編碼器，將傳送 帶的速度實(shí)時(shí)反饋給控制器。 附屬設(shè)施的控制包括氣源泵、夜間工作照明、 急停開關(guān)、狀態(tài)指示燈等開關(guān)量的控制。 附屬設(shè)施控制 1.2 控制系統(tǒng)主要硬件配置 高速拾取并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)的硬件主要有上位機(jī)、 PLC控制 器、交流伺服電機(jī)等。 (1)上位機(jī)。上位機(jī)主要是提供友好的人機(jī)交互，從而間接的實(shí)現(xiàn)對(duì)控 制器的訪問一般的上位機(jī)都是一個(gè)專業(yè)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有

4、多種 插槽和數(shù)據(jù)接口，可以方便的和各種控制卡或控制器連接。不過現(xiàn)在 大多數(shù)采用的上位機(jī)為觸摸屏小型計(jì)算機(jī)，具體參數(shù)如下： 15寸觸摸屏； Intel雙核 1 8GHz四線程低功耗 CPU， 1GB DDR3內(nèi)存， 30GB SSD硬盤； 6個(gè) USB接口， 3個(gè) 1000M以太網(wǎng)口， 2個(gè) DB9隔離 RS一 485接口， 1個(gè) DB9 RS一 232接口， 1個(gè) DBl5 VGA接口。 (2)PLC控制器。對(duì)控制器的要求，主要是能夠?qū)崿F(xiàn)多軸 運(yùn)動(dòng)控制和一些開關(guān)量的控制，市場(chǎng)上很多運(yùn)動(dòng)控制卡 及 PLC都能滿足要求，這里介紹一種大工計(jì)控生產(chǎn)的 PEC6000控制器。該控制器采用高速總線通訊，具

5、有直 線、圓弧和樣條三種插補(bǔ)算法支持單軸、多軸和軸組運(yùn) 動(dòng)控制，并且支持 G代碼。主要參數(shù)如下： 2路 RS485通訊， 1路以太網(wǎng)通訊； 16路普通 8路高速 (4路 AB相 )數(shù)字量輸入， 12路普通 4路高速數(shù)字量輸出 。 (3)伺服電機(jī)。伺服電機(jī)是機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置，在 選擇時(shí)主要考慮扭矩和功率等因素。 2.傳感器及控制軟件 在機(jī)器人中傳感器既用于內(nèi)部反饋控制，也用于與外部 環(huán)境的交互。于是，機(jī)器人傳感器又分為內(nèi)部傳感器和 外部傳感器。 2.1傳感器 內(nèi)部傳感器包括檢測(cè)位移、角度、方位角、速度、加速 度、力 /力矩的傳感器。 外部傳感器用來檢測(cè)外部環(huán)境，包括視覺、觸覺、滑覺 、接近覺、力

6、覺、熱覺等傳感器。 2.1.1位置傳感器 位置傳感器既可用來測(cè)量位移，包括角位移和線位移， 也可用來檢測(cè)運(yùn)動(dòng)。在很多情況下，如在編碼器中，位 置信息還可以可用來計(jì)算速度。 2.1.1位置傳感器 電位器：電位器通過電阻把位置信息轉(zhuǎn)化為隨位置變化 的電壓。 電位器既可以是旋轉(zhuǎn)式的也可以是直線式的， 因此能夠測(cè)量旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)式電位器 還可以是多圈的，這使得用戶能夠測(cè)量多圈的旋轉(zhuǎn)運(yùn) 。 圖 2.1 電位計(jì)用作位置傳感器； (a)旋轉(zhuǎn)式； (b)直線式 編碼器 編碼器是一種能檢測(cè)細(xì)微運(yùn)動(dòng)且輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的 簡(jiǎn)單裝置 。 編碼器有兩種基本形式，即增量式和絕對(duì)式。 增量式編碼器 增量式編

7、碼器僅檢測(cè)角位置的 變化，它并不能直接記錄或指 示位置的實(shí)際值。 圖 2.2 編碼器工作原理圖 絕對(duì)式編碼器 絕對(duì)式編碼器碼盤的每個(gè)位置都對(duì)應(yīng)著透光與不透光弧 段的唯一組合，這種確定組合有唯一的特征。通過這唯 一的特征，不需要已知起始位置，在任何時(shí)刻就可以確 定碼盤的精確位置。 2.1.2 速度傳感器 速度傳感器的使用與所采用的位置傳感器類型有很大關(guān) 系，根據(jù)所用位置傳感器的類型，甚至可以不需要使用 速度傳感器。 如果用編碼器測(cè)量位移，那么實(shí)際上就沒有必要使用 速度傳感器。對(duì)于任意給定的角位移，編碼器將產(chǎn)生 確定數(shù)量的脈沖信號(hào)，通過統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間內(nèi)脈沖信號(hào) 的數(shù)量，就能計(jì)算出相應(yīng)的角速度。 編碼

8、器 2.1.3 CCD圖像傳感器 CCD(Charge Coupled Device)電荷耦合器件，是現(xiàn)在最 常用的機(jī)器視覺傳感器，是 20世紀(jì) 60年代貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā) 明的固體狀態(tài)攝像機(jī)技術(shù)，由分布于各個(gè)像元的光敏二 極管的線性陣列或矩形陣列構(gòu)成，通過按一定順序輸出 每個(gè)二極管的電壓脈沖，實(shí)現(xiàn)將圖像光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)的目的。由于 CCD傳感器有光照靈敏度高、噪聲低、 像元尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，所以一直主宰著圖像傳感器市場(chǎng)。 2.1.4 COMS圖像傳感器 CMOS圖像傳感器是 20世紀(jì) 70年代在美國(guó)航空航天局的 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室誕生的，同 CCD圖像傳感器幾乎是同時(shí) 起步的。不過， CMOS圖像傳感

9、器過去存在著像元尺寸 大、信噪比小、分辨率低、靈敏度低等缺點(diǎn)，一直無法 和 CCD技術(shù)抗衡。 但是，隨著標(biāo)準(zhǔn) CMOS大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展 ，大大改善了 CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量。 CMOS圖 像傳感器的高度集成化減小了系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了制 造成本，并具有功耗低、像素缺陷率低、對(duì)局部像素圖 像的編程可隨機(jī)訪問等優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)在應(yīng)用也很廣泛。 2.2 軟件系統(tǒng) 2.2.1 HMI界面 圖 2.3 機(jī)器人控制 HMI界面 采用 VC開發(fā)的人機(jī)接 口界面如圖 2.3所示， 界面上的按鈕與后臺(tái) 的 PLC程序相關(guān)聯(lián)， 通過觸摸屏操作，使 后臺(tái)的程序運(yùn)行從而 控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。 2.2.2 機(jī)器人的編程 圖 2.3 機(jī)器人控制 HMI界面 機(jī)器人的編程是采用與控制 器相配套的編程軟件 PLC_Config。 PLC_Config 支持功能塊、梯形圖、指令 表編程語言，支持運(yùn)動(dòng)控制 指令以及 G代碼指令。 PLC 編程界面如圖 5 8所示。 在 PLC_Config編寫機(jī)器人 的上位機(jī)程序，然后下載到 PLC控制器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī) 器人的控制。