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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)電磁閥的通斷信號來自控制器的開關(guān)量信號，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量位移，包括角位移和線位移， 也可用來檢測運(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細(xì)微運(yùn)動(dòng)且輸出信號為數(shù)字信號的 簡單裝置 。 編碼器有兩種基本形式，即增量式和絕對式。 增量式編碼器 增量式編

7、碼器僅檢測角位置的 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 絕對式編碼器 絕對式編碼器碼盤的每個(gè)位置都對應(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。 如果用編碼器測量位移，那么實(shí)際上就沒有必要使用 速度傳感器。對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，通過統(tǒng)計(jì)指定時(shí)間內(nèi)脈沖信號 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)將圖像光信號轉(zhuǎn)換成電信 號的目的。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。 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)對機(jī) 器人的控制。