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1、图1.1 Delta并联机器人本体与控制柜1.1.控制系统设计控制系统设计 在前面机械系统的基础上，要想实现机器人的抓取操作，还必须有控制系统1.1 1.1 控制系统方案设计控制系统方案设计 机器人的整个控制系统以工业控制计算机为中心,采用PLC控制器为主控单元，进行伺服控制和开关量的控制，具体包括机器人本体的伺服控制、视觉系统控制、气动系统控制、传输系统控制和一些附属设施的控制。图1.2 机器人控制系统整体框图上位机上位机 上位机是指可以直接发出操控指令的计算机。其屏幕上显示各种信号变化（角度，压力，温度 等）图1.3 上位机屏幕显示图1.4 机器人系统及视觉系统示意图机器人视觉系统机器人视
2、觉系统机器视觉系统大多是指通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CCD和CMOS两种)把图像抓取到，然后将该图像传送至处理单元，通过数字化处理，根据像素分布和亮度、颜色等信息，来进行尺寸、形状、颜色等的判别。进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。 气动系统设计方案如右图所示，气源泵（空气泵）产生压缩气体，经过滤减压阀过滤、定压，分为两支路，一路气体通过真空发生电磁阀到达真空发生器用于产生真空；另一路气体经过真空破坏电磁阀直接与吸盘相通。两个电磁阀的通断信号来自控制器的开关量信号，当吸盘到达待抓取物体的正上方时，真空发生电磁阀打开，真空发生器产生真空，吸盘将物体吸住；到达放置位置时，真空破坏电磁
3、阀打开，吸盘气压高于大气压，物体被“放下”。气动系统设计气动系统设计传输系统传输系统 传输系统主要是电机和两条传送带，当机器人运行时，控制器给出使能信号使电机带动传送带运动，另外，传送带上装有编码器，将传送带的速度实时反馈给控制器。 附属设施的控制包括气源泵、夜间工作照明、急停开关、状态指示灯等开关量的控制。附属设施控制附属设施控制1.2 控制系统主要硬件配置控制系统主要硬件配置高速拾取并联机器人控制系统的硬件主要有上位机、PLC控制器、交流伺服电机等。(1)上位机。上位机主要是提供友好的人机交互，从而间接的实现对控制器的访问一般的上位机都是一个专业的工业控制计算机，具有多种插槽和数据接口，可
4、以方便的和各种控制卡或控制器连接。不过现在大多数采用的上位机为触摸屏小型计算机，具体参数如下： 15寸触摸屏； Intel双核18GHz四线程低功耗CPU，1GB DDR3内存，30GB SSD硬盘； 6个USB接口，3个1000M以太网口，2个DB9隔离RS一485接口，1个DB9 RS一232接口，1个DBl5 VGA接口。(2)PLC控制器。对控制器的要求，主要是能够实现多轴运动控制和一些开关量的控制，市场上很多运动控制卡及PLC都能满足要求，这里介绍一种大工计控生产的PEC6000控制器。该控制器采用高速总线通讯，具有直线、圆弧和样条三种插补算法支持单轴、多轴和轴组运动控制，并且支持G
5、代码。主要参数如下： 2路RS485通讯，1路以太网通讯； 16路普通8路高速(4路AB相)数字量输入，12路普通4路高速数字量输出。(3)伺服电机。伺服电机是机器人的驱动装置，在选择时主要考虑扭矩和功率等因素。2.传感器及控制软件传感器及控制软件 在机器人中传感器既用于内部反馈控制，也用于与外部环境的交互。于是，机器人传感器又分为内部传感器和外部传感器。2.1传感器 内部传感器包括检测位移、角度、方位角、速度、加速度、力/力矩的传感器。 外部传感器用来检测外部环境，包括视觉、触觉、滑觉、接近觉、力觉、热觉等传感器。2.1.1位置传感器位置传感器位置传感器既可用来测量位移，包括角位移和线位移，
6、也可用来检测运动。在很多情况下，如在编码器中，位置信息还可以可用来计算速度。2.1.1位置传感器位置传感器电位器：电位器通过电阻把位置信息转化为随位置变化的电压。电位器既可以是旋转式的也可以是直线式的，因此能够测量旋转运动或直线运动。旋转运动式电位器还可以是多圈的，这使得用户能够测量多圈的旋转运。图2.1 电位计用作位置传感器；(a)旋转式；(b)直线式编码器编码器 编码器是一种能检测细微运动且输出信号为数字信号的简单装置。编码器有两种基本形式，即增量式和绝对式。增量式编码器增量式编码器 增量式编码器仅检测角位置的变化，它并不能直接记录或指示位置的实际值。图2.2 编码器工作原理图绝对式编码器
7、绝对式编码器 绝对式编码器码盘的每个位置都对应着透光与不透光弧段的唯一组合，这种确定组合有唯一的特征。通过这唯一的特征，不需要已知起始位置，在任何时刻就可以确定码盘的精确位置。2.1.2 速度传感器速度传感器 速度传感器的使用与所采用的位置传感器类型有很大关系，根据所用位置传感器的类型，甚至可以不需要使用速度传感器。 如果用编码器测量位移，那么实际上就没有必要使用速度传感器。对于任意给定的角位移，编码器将产生确定数量的脉冲信号，通过统计指定时间内脉冲信号的数量，就能计算出相应的角速度。编码器编码器2.1.3 CCD图像传感器 CCD(Charge Coupled Device)电荷耦合器件，是
8、现在最常用的机器视觉传感器，是20世纪60年代贝尔实验室发明的固体状态摄像机技术，由分布于各个像元的光敏二极管的线性阵列或矩形阵列构成，通过按一定顺序输出每个二极管的电压脉冲，实现将图像光信号转换成电信号的目的。由于CCD传感器有光照灵敏度高、噪声低、像元尺寸小等优点，所以一直主宰着图像传感器市场。2.1.4 COMS图像传感器 CMOS图像传感器是20世纪70年代在美国航空航天局的喷气推进实验室诞生的，同CCD图像传感器几乎是同时起步的。不过，CMOS图像传感器过去存在着像元尺寸大、信噪比小、分辨率低、灵敏度低等缺点，一直无法和CCD技术抗衡。 但是，随着标准CMOS大规模集成电路技术的不断
9、发展，大大改善了CMOS图像传感器的图像质量。CMOS图像传感器的高度集成化减小了系统的复杂性，降低了制造成本，并具有功耗低、像素缺陷率低、对局部像素图像的编程可随机访问等优点，所以现在应用也很广泛。2.2 软件系统软件系统2.2.1 HMI界面界面图2.3 机器人控制HMI界面 采用VC开发的人机接口界面如图2.3所示，界面上的按钮与后台的PLC程序相关联，通过触摸屏操作，使后台的程序运行从而控制机器人运动。2.2.2 机器人的编程机器人的编程图2.3 机器人控制HMI界面 机器人的编程是采用与控制器相配套的编程软件PLC_Config。 PLC_Config支持功能块、梯形图、指令表编程语言，支持运动控制指令以及G代码指令。PLC编程界面如图58所示。在PLC_Config编写机器人的上位机程序，然后下载到PLC控制器，即可实现对机器人的控制。
