1、工業(yè)機器人電氣控制系統(tǒng)簡述,機器人電氣控制系統(tǒng)概述,機器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)工業(yè)機器人控制系統(tǒng)構(gòu)成方案比較機器人的關(guān)鍵部件簡介常用可編程控制器PLC,機器人控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),從基本機構(gòu)上看，一個典型的機器人電氣控制系統(tǒng)主要由上位計算機、運動控制器、驅(qū)動器、電動機、執(zhí)行機構(gòu)和反饋裝置構(gòu)成。,工業(yè)機器人控制系統(tǒng)構(gòu)成方案比較,基于PLC的運動控制基于PC+運動控制卡的運動控制純PC機控制,基于PLC的運動控制,PLC進行運動控制有兩種：1、利用PLC的某些輸出端口使用脈沖輸出指令來產(chǎn)生脈沖驅(qū)動電機，同時使用通用I/O或者計數(shù)部件來實現(xiàn)電機的閉環(huán)位置控制;2、使用PLC外部擴展的位置模塊來進行電機的

2、閉環(huán)位置控制,從而可以大大提高運動控制的速度和精度。,基于PC+運動控制卡的機器人控制,單純的PC控制,完全采用PC機的全軟件形式的機器人系統(tǒng)。在高性能工業(yè)PC和嵌入式PC（配備專為工業(yè)應(yīng)用而開發(fā)的主板）的硬件平臺上，可通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)PLC和運動控制等功能，實現(xiàn)機器人需要的邏輯控制和運動控制。當(dāng)然，PC機同時具有高性能的任務(wù)管理功能和人機交互功能。在通過高速的工業(yè)總線進行PC與驅(qū)動器的實時通訊，顯著的提高機器人的生產(chǎn)效率和靈活性。不過，在提供靈活的應(yīng)用平臺的同時，也大大提高了開發(fā)難度和延長了開發(fā)周期。由于其結(jié)構(gòu)的先進性，這種結(jié)構(gòu)代表了未來機器人控制結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。,機器人的關(guān)鍵部件簡介,編碼

3、器驅(qū)動器傳感器,編碼器,閉環(huán)控制是提高機器人控制系統(tǒng)運動精度的重要手段，而位置檢測傳感器則是構(gòu)成閉環(huán)控制必不可少的重要元件。位置檢測傳感器對控制對象的實際位置進行檢測，并將位置信息傳送給運動控制器，由運動控制器根據(jù)控制對象的實際值調(diào)整輸出信號。常用的位置傳感器有電位器、編碼器、光柵尺、差動變壓器、旋轉(zhuǎn)變壓器等。以輸出信號來分，有增量型編碼器和絕對型編碼器。工業(yè)機器人電機都是應(yīng)用的絕對編碼器。,交流伺服電機驅(qū)動器,交流伺服的組成：永磁同步交流伺服電動機；全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動器。伺服驅(qū)動器有兩個部分組成：驅(qū)動器硬件和控制算法；控制算法是決定交流伺服系統(tǒng)性能好壞的關(guān)鍵技術(shù)。,伺服驅(qū)動器的接線：

4、1.主回路接線1）驅(qū)動器R、S、T電源線的連接；2）驅(qū)動器與電動機電源線之間的接線；2.控制電源類接線1）R、T控制電源接線；2）I/O接口控制電源接線；3.信號指令線1)指令接口2)I/O接口3)反饋檢測類接線4.通訊接線,傳感器,在機器人控制系統(tǒng)中有各種不同的物理量(如位移、壓力、速度等)需要測量與控制，如果沒有傳感器對原始的各種參數(shù)進行精確而可靠的檢測，那么對機器人的各種控制是無法實現(xiàn)的。因此能把各種不同的非電量轉(zhuǎn)換成電量的傳感器便成為機器人控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。傳感器：傳感器是一種以一定的精確度將被測量(如位移、力、加速度等)轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的、易于精確處理和測量的某種

5、物理量(如電量)的測量部件或裝置。,稱重傳感器：電阻應(yīng)變式稱重傳感器，用于檢測工件重量。機械開關(guān)：普通接近開關(guān)，用于檢測運動部分是否到位。光電開關(guān)：包括對射式、反射板式、漫反射式紅外線光電開關(guān)，用于檢測工件位置。磁性開關(guān)：用于檢測運動部分是否到位。材質(zhì)傳感器：用于檢測工件材質(zhì)。位移傳感器：滑動電阻式位移傳感器，用于檢測孔深。顏色傳感器：包括顏色傳感器和色標(biāo)傳感器，用于檢測工件顏色。色標(biāo)傳感器形狀傳感器光纖傳感器：光在調(diào)制區(qū)內(nèi),外界信號與光的相互作用,可能引起光的強度,波長,頻率,相位,偏振態(tài)等光學(xué)性質(zhì)的變化,從而形成不同的調(diào)制-抗干擾能力,傳感器的分類,觸覺傳感器紅外傳感器力傳感器超聲傳感器激

6、光傳感器電子羅盤傾角GPS條碼掃描器電子標(biāo)簽,歐姆龍CP1H:擁有4路高速脈沖輸出和4軸高速計數(shù)功能，運算速度快，自帶模擬量輸入輸出接口，非常適合碼垛機和桌面柔性加工系統(tǒng)，本體價格低廉，但部分?jǐn)U展模塊（如Profibus總線模塊和以太網(wǎng)模塊）價格較高。三菱FX3U:擁有3路高速脈沖輸出，運算速度快，適合桌面柔性加工系統(tǒng)和自動化輸送線單元，本體價格較高。模擬量需要擴展。西門子S200系列：擁有2路低速脈沖輸出，適合自動化輸送線單元，本體價格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價格較高。模擬量需要擴展。西門子S200XP系列：擁有2路高速脈沖輸出，自帶模擬量輸入輸出接口，適合碼垛機和桌面柔性加工系統(tǒng)（需增加定位模

7、塊），本體價格低廉，但部分?jǐn)U展模塊價格較高。,常用可編程控制器PLC,電氣元器件,直流繼電器：進行弱電的開關(guān)控制；,開關(guān)電源：提供控制系統(tǒng)所需的直流電源,按鈕、指示燈、急停按鈕：負(fù)責(zé)系統(tǒng)運行的控制、狀態(tài)指示及緊急停止。,西門子PLC(CPU224)控制電機正反轉(zhuǎn),一、設(shè)計思路1、用PLC控制一維運動平臺實現(xiàn)電機的自動正反轉(zhuǎn)運行及手動正反轉(zhuǎn)運行；2、一維運動平臺的行程兩端各有一行程開關(guān)，分別定義為正向限位和負(fù)向限位；3、在電機自動正反轉(zhuǎn)運行前，需對電機進行復(fù)位。復(fù)位的過程是：啟動電機往負(fù)向運行，運行至負(fù)向限位后，往正向運行一段距離，將該位置作為電機自動正反轉(zhuǎn)運行的初始位置；4、復(fù)位完成后，按下正

8、轉(zhuǎn)按鈕，電機往正向運行一段距離（該距離通過運動包絡(luò)參數(shù)設(shè)定），到位后停止。按下反轉(zhuǎn)按鈕，電機往負(fù)向運行一段距離，到位后停止；5、如正反轉(zhuǎn)運行過程中，觸動行程開關(guān)，電機停止運行。此時可通過手動正反轉(zhuǎn)按鈕控制電機運行離開限位開關(guān)，或按下復(fù)位按鈕對平臺重新復(fù)位；6、觸動行程開關(guān)后，需重新復(fù)位才能進行自動正反轉(zhuǎn)運行控制；7、在電機運行過程中，任何時刻均可通過“停止按鈕”和“急停按鈕”控制其停止運行；8、停止運行后，需重新復(fù)位才能進行自動正反轉(zhuǎn)運行控制；9、“復(fù)位指示燈”、“運行指示燈”和“停止指示燈”用來指示一維平臺的運行狀態(tài)。,二、機械本體,三、硬件電路,S7-200CPU提供兩個高速脈沖輸出點（Q

9、0.0和Q0.1）,可以分別工作在PTO(脈沖串輸出）和PWM（脈寬調(diào)制）狀態(tài)下。使用PTO或PWM可以實現(xiàn)速度、位置的開環(huán)運動控制。PTO功能可以輸出一串脈沖，用戶可以控制脈沖的周期（頻率）和個數(shù)。PWM功能可以連續(xù)輸出一串占空比可調(diào)的脈沖，用戶可以控制脈沖的周期和脈寬（占空比）。高速脈沖輸出點和普通數(shù)字量輸出點共用輸出映像Q0.0和Q0.1。當(dāng)在Q0.0和Q0.1上激活PTO或PWM功能時，PTO/PWM發(fā)生器對輸出擁有控制權(quán)，輸出波形不受其他影響。只有晶體管輸出類型的CPU能夠支持高速脈沖輸出功能。,包絡(luò)（Profile）是一個預(yù)先定義的以位置為橫坐標(biāo)，以速度為縱坐標(biāo)的曲線，包絡(luò)是運動的

10、圖形描述。一個包絡(luò)由多段組成，每一段包含一個達到目標(biāo)速度的加減速過程，和以目標(biāo)速度勻速運行的一串指定數(shù)量的脈沖。如果是單段運動控制或者是多段運動控制的最后一段，還應(yīng)該包括一個由目標(biāo)速度到停止的減速過程。PTO主要通過包絡(luò)來實現(xiàn)位置控制。位置控制想到通過參數(shù)設(shè)置來創(chuàng)建包絡(luò)，并用圖形方式顯示包絡(luò)曲線，自動生成位置控制用的子程序。,四、運動包絡(luò),在開始編寫程序前，首先設(shè)定運動包絡(luò)，步驟如下：（1）雙擊左圖所示“向?qū)TO/PWM”，出現(xiàn)“脈沖輸出向?qū)А贝翱凇?五、運動包絡(luò)設(shè)定步驟,（2）選擇Q0.0，單擊“下一步”。,（3）選擇“線性脈沖串輸出（PTO）”，單擊“下一步”。,（4）設(shè)置項目中應(yīng)用的電

11、機最高速度、最低速度和電機啟動/停止速度。,（5）單擊“下一步”，設(shè)置加減速時間。,（6）單擊“下一步”。,（7）點擊“新包絡(luò)”，選擇“是”。,（8）圖27灰色部分激活，在其中選擇“相對位置”，設(shè)置好參數(shù)，其中步0的目標(biāo)位置不要設(shè)置太小，需大于加減速脈沖數(shù)之和。,（9）單擊“確認(rèn)”。,（10）將參數(shù)”VB0”更改為“VB1000”，需注意，不要在程序中再重復(fù)定義“VB1000VB1069”；單擊“下一步”。,（11）單擊“完成”，在彈出的對話框中選擇“是”。（12）運動包絡(luò)設(shè)置完成。在調(diào)用子程序中出現(xiàn)Q0.0對應(yīng)的位控子程序。,六、PLC程序,VD1033：運動包絡(luò)加速脈沖數(shù)；VD1053：運

12、動包絡(luò)減速脈沖數(shù)；VD1080：運動包絡(luò)加減速脈沖；VD1080=VD1033+VD1053+1。,1、上電初始化,Q0.2：驅(qū)動器方向信號,Q0.4：復(fù)位指示燈熄滅,Q0.6：停止指示燈點亮,SM0.1：首次掃描周期時該位打開，用途是調(diào)用初始化子程序。,2、電機控制子程序和初始化,EN：使能端，用SM0.0連接，保持常通；I_STOP：有效時電機立即停止；D_STOP：有效時電機減速停止；Done：完成標(biāo)志。為“1”時表明上一指令執(zhí)行完成；Error：顯示錯誤代碼，“0”表示無錯誤；C_Pos：HSC計數(shù)器功能開啟時，表示運行脈沖數(shù)，否則為0。,PTO0_CTRL在程序中只使用一次，并且在每

13、次掃描時得到執(zhí)行,所以使用SM0.0作為EN的輸入。,3、復(fù)位,VD1100：復(fù)位返回脈沖數(shù)，在數(shù)據(jù)塊的“用戶定義1”進行設(shè)置。根據(jù)電機的減速比和驅(qū)動器的細(xì)分以及電機行程設(shè)置。,VD1043：運行包絡(luò)恒速段脈沖數(shù)；VD1100VD1080=VD1043。,VD60.1：運動包絡(luò)運行完成標(biāo)志，PTO0_CTRL中的“Done”參數(shù)；v100.1：正轉(zhuǎn)運行狀態(tài)；v101.3：正轉(zhuǎn)結(jié)束；,4、正轉(zhuǎn),I0.1：正轉(zhuǎn)按鈕；V100.1：正轉(zhuǎn)運行狀態(tài)；V101.2：復(fù)位完成標(biāo)志。正反轉(zhuǎn)自動運行前必須復(fù)位完成；,Q0.2：電機方向；VD1104：正反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，同VD1100參數(shù)一樣，在“數(shù)據(jù)塊”的“用戶定義

14、1”中設(shè)置VD1104VD1080=VD1043。,5、反轉(zhuǎn),VD60.1：運動包絡(luò)運行完成標(biāo)志，PTO0_CTRL中的“Done”參數(shù)；v100.2：反轉(zhuǎn)運行狀態(tài)；v101.4：反轉(zhuǎn)結(jié)束；,I0.2：反轉(zhuǎn)按鈕；V100.2：反轉(zhuǎn)運行狀態(tài)；V101.2：復(fù)位完成標(biāo)志。正反轉(zhuǎn)自動運行前必須復(fù)位完成；,Q0.2：電機方向；VD1104：正反轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，同VD1100參數(shù)一樣，在“數(shù)據(jù)塊”的“用戶定義1”中設(shè)置。VD1104VD1080=VD1043。,6、手動正轉(zhuǎn),手動正轉(zhuǎn)是對電機的點動控制，需要一直按住按鈕，電機才能運行。運行至正限位后，即使按住按鈕也不能運行，只能反向運行。,7、手動反轉(zhuǎn),手動反

15、轉(zhuǎn)是對電機的點動控制，需要一直按住按鈕，電機才能運行。運行至負(fù)限位后，即使按住按鈕也不能運行，只能正向運行。,8、緊急停止,緊急停止：運行至正負(fù)限位時，對系統(tǒng)的保護策略。任何情況下，按下緊急停止按鈕，使系統(tǒng)緊急停止。,9、輸出,(1)、包絡(luò)運行,EN：使能端，用SM0.0鏈接表示保持常通；START：參數(shù)開啟時，執(zhí)行運動包絡(luò)，為確保命令只發(fā)送一次，使用上升沿信號；Profile：設(shè)定的運動包絡(luò)編號；Abort：位控模塊停止參數(shù)。開啟后停止運行當(dāng)前包絡(luò)并減速停止；Done：完成標(biāo)志。模塊完成該子程序時，此參數(shù)為“1”；Error：錯誤代碼，為“0”表示無錯誤；C_Profile：包含位控模塊當(dāng)前執(zhí)行的輪廓；C_Step：目前正在執(zhí)行的輪廓步驟；C_Pos：如果PTO向?qū)У腍SC計數(shù)器功能已啟用，C_Po