直角坐标机器人控制系统设计与研究.docx
摘要：简要阐述了直角坐标机器人控制系统设计原理，详细分析了直角坐标机器人控制系统的设计要点，以期能够提高机器人控制系统的运行稳定性，以满足不同的工业生产需求。关键词：直角坐标机器人；控制系统；软件设计；硬件设计O引言我国工业生产方式不断升级，机械化生产逐渐取代了人力生产，同时，科技发展进一步推动了工业机器人的开发。其中，直角坐标机器人凭借其结构简单、成本低廉以及控制便捷的优势，在工业生产中得到了广泛应用。直角坐标机器人能够稳定完成搬运等工作，提高了工业生产效率。01直角坐标机器人控制系统设计原理直角坐标机器人主要应用于工业生产中，机器人可以自动化控制、重复编程,具有较高的自由度，能够完成三维空间内的指定运动，在此基础上完成各类搬运工作。本控制系统主要设计要点：（1）控制计算机，负责调度指挥控制系统。（2）示教盒，负责设定工作轨迹及参数，使用串行通信方式完成人机交互。（3）操作面板，设计多种功能按键和指示灯，完成人工控制。（4）硬软盘储存，负责储存工作程序。（5）输入输出模拟量，输入并输出控制状态及指令，让机器人按照程序和命令完成动作。（6）接口，包括打印机、传感器、网络、Ethernet等，能够将信号和数据传输至控制系统，辅助功能的实现。（7）其他辅助设备，负责配合控制系统，完成机器人的动作控制。在工业生产中，直角坐标机器人具有功能多、应用灵活等优势，可以实现高精度、高速度运行，即使在恶劣的环境中仍然能保持高效工作。02直角坐标机器人控制系统设计与实现2.1设计思路与框架直角坐标机器人设定4个自由度，能够带动特定机械手沿着乂KZ轴水平移动，Z轴抓手能够旋转。机器人4个关节受4个伺服电机驱动，下位机发送脉冲信号控制电机,从而精准控制机器人。启动机器人后,上位机采集传感器信号，可以对机器人末端进行控制，夹紧物料。Z轴伺服电机可以带动齿轮运动，从而带动抓手向上运动，上升至限位传感器，;轴以及卜轴电机做直线插补运动，结束后，抓手运动至目标上方，伺服电机反向控制运动，抓手向下抵达目标位置，完成整体目标运动。2.2软件设计2.2.1设计流程硬件作为系统载体，机器人的功能作用主要依赖于软件系统，软件设计效果决定了机器人的功能性。直角坐标机器人控制软件按照软件设计流程设计。明确软件功能性，根据直角坐标机器人的动作设计，分析软件系统功能，形成整体框架。根据分析软件功能，设计程序流程；分配I/O和寄存器地址，进行程序编写，并优化程序。编译转换编辑区程序、生产执行文件，对程序正确性进行检验，按照提示对程序进行修改。机器人在调试环境下进行模拟运行，检查程序功能，若无法满足功能要求，返回检查程序，进一步优化程序。如果满足调试环境要求，需连接机器人进行调试，观察机器人动作是否满足功能要求，直至机器人完全满足功能要求，完成软件设计。本机器人使用P1.C控制系统，该系统具备数字运算系统，使用可编程储存单元进行内部顺序控制，通过数字或模拟方式输入输出，使机械设备正常运行。P1.C开发了界面图形化功能，便于系统扩展，抗干扰能力强。使用P1.C控制系统的直角坐标机器人操作简单，具有较强的承载能力，运行稳定，同时，投入成本较低,能够实现精准定位。2.2.2程序流程程序流程图如图1所示，为保证达到设计目标，需要提高程序流程的逻辑性,保证功能齐全，降低程序出错率。图1程序流程图2.2.3界面设计界面作为操作机器人的渠道，用于传达控制指令，监控机器人运行状态，保证机器人功能的实现。本系统设计界面主要包括初始化界面、功能窗口以及主操作界面，主要完成机器人示教、系统监控、参数设定以及系统初始化等功能。主控界面包括命令按钮，具有四轴联动、单轴操作、初始化操作等功能，通过选择不同选项，机器人按照命令执行，完成相应功能第在系统界面上可选手动运行模式和自动运行模式。手动运行模式下，可人工调整任意轴的位置及方向，让机器人实现随意运动，同时，手动运行可以设定运动轨迹，联合多轴实现协同运动，设定复杂的机器人运动轨迹。自动运行模式要点击程序控制卡，发出信号控制伺服电机，对机器人1轴和轴进行联合控制，到达工件指定位置,通过控制气缸开关,抓取或释放工件,完成机器人搬运工作。在自动运行模式下，启动程序可实现机器人自动工作，按程序完成工作内容。2.2.4路径规划系统通过计算运动空间对机器人运动进行控制，建立坐标系，通过各轴运动顺序及时间对运动进行控制，避免和设备发生碰撞。机器人完成取放料为一套动作流程。机器人搬运动作的顺序为/轴、Y轴、Z轴。机器人完成搬运任务后，T轴和F轴停留在最后动作位置，Z轴回归原点。所有路线规划均需要以坐标系原点为核心,在机器人运动单元上,每个轴均要有传感器,用于调整和设置参考点，也就是原点位置。在应用机器人前，需要设计回零指令，让机器人能够回到原点位置。控制卡检测到原点信号后，滑块会自动停止运行，启动指令，机器人回归到原点位置，等待下一次工作。2.3硬件设计直角坐标机器人控制系统采用多轴多角度同步运动方案，硬件系统包括触摸屏、位置控制模块、速度检测模块以及执行机构等4机器人控制系统的控制器性能好，具有较高的稳定性，数据处理速度更快。自动化程序完成伺服电机驱动后，对其他数据进行处理。机器人控制系统采用电源模块、位置模块、CPU模块以及通信模块等。其中，CPU模块作为系统核心模块，对运动模块进行控制，运动模块接受CPU发出的命令，生成各种插补轨迹。根据输出脉冲串数量，控制电机旋转角度,根据脉冲串输出，对电机转速进行控制,编码器反馈实现闭环控制。直角坐标机器人由P1.C发送脉冲指令，驱动伺服电机启动，带动机器人运动，完成相应功能。伺服驱动电机包括电源、电机连接器等。电机连接器和伺服电机相连，并连接P1.C。编码连接器接收反馈信号。03结语本文对直角坐标机器人的控制系统进行了设计，提高了机器人运行的稳定性，根据不同生产需要，可通过调整控制程序，满足工业生产需要。该系统通过现场采集I/O数字量，能够发出脉冲信号控制电机，对机器人动作进行精准控制，实现精准定位。
