基于SERCOS Ⅲ總線的工業(yè)機器人控制器運動功能設(shè)計.pdf

1、傳統(tǒng)工業(yè)機器人控制器基于“PC+運動控制卡”的控制架構(gòu)在當(dāng)今工業(yè)應(yīng)用中逐漸暴露出封閉、可聯(lián)動軸數(shù)較少、成本高、維護困難等缺陷。隨著實時以太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，基于實時工業(yè)以太網(wǎng)的總線式機器人控制架構(gòu)，能夠大大提高系統(tǒng)的實時通訊能力和同步性能，實現(xiàn)更多軸數(shù)的聯(lián)動控制，同時降低實施和維護成本，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
　　目前，國內(nèi)仍然沒有將實時工業(yè)以太網(wǎng)總線技術(shù)應(yīng)用于垂直6軸關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人控制器設(shè)計的實例。本文基于“IPC+實時操作

2、系統(tǒng)+實時工業(yè)以太網(wǎng)總線”工業(yè)機器人控制器總線式控制架構(gòu)，選擇工業(yè)機器人控制器研究工作中最基本、最關(guān)鍵的運動控制功能作為主要研究內(nèi)容和實現(xiàn)目標(biāo)。
　　論文首先設(shè)計和搭建了基于SercosⅢ總線的工業(yè)機器人控制器及其運動控制系統(tǒng)，為實現(xiàn)工業(yè)機器人運動功能提供硬件基礎(chǔ)。進而針對工業(yè)機器人運動功能設(shè)計過程中各類運動指令軌跡規(guī)劃的速度平滑和同步控制要求，提出創(chuàng)新性的解決算法與策略，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計了機器人運動規(guī)劃的具體步驟，為實現(xiàn)工業(yè)機器

3、人各類基本的運動功能提供了理論和實踐基礎(chǔ)。為驗證本文提出的算法，論文以“昆山一號”6軸工業(yè)機器人+2軸變位機組成的8軸系統(tǒng)為對象，實現(xiàn)了基本的工業(yè)機器人運動功能。
　　本文的主要工作成果是:
　　(1)基于SercosⅢ總線實現(xiàn)了工業(yè)機器人控制器對伺服電機的運動控制。
　　該工作解決了如何在工業(yè)機器人控制器與伺服系統(tǒng)間建立SercosⅢ總線通訊，實現(xiàn)控制器對伺服電機運動控制的問題。國內(nèi)目前并沒有科研院校或機器人廠商開展

4、這方面的工作。國內(nèi)應(yīng)用基于SercosⅢ總線控制器來實現(xiàn)工業(yè)機器人控制的機器人廠商，都是通過進口國外的控制器產(chǎn)品，并未掌握底層如何利用SercosⅢ總線通訊實現(xiàn)伺服電機控制這一技術(shù)。
　　(2)針對點位運動(PTP)和連續(xù)軌跡控制(CP)指令軌跡規(guī)劃，提出改進S型曲線速度控制算法，研究了等時插補、嚴格同步插補兩種同步控制策略。
　　與傳統(tǒng)機器人控制器的插補算法相比，本文更加關(guān)注速度平滑算法和同步控制策略。相比傳統(tǒng)控制器使用的

5、速度梯型算法，本文提出的改進算法加速度曲線連續(xù)，速度更加平滑;相比傳統(tǒng)的七段式S型曲線算法，改進算法需要考慮的分段缺省情形更少，且計算量不大，更有利于實現(xiàn)多軸系統(tǒng)的同步控制。
　　(3)針對手動示教(JOG)指令，提出一種以時間片為單位進行速度平滑控制的四段軌跡規(guī)劃算法。
　　傳統(tǒng)機器人控制器的手動示教點動操作存在速度不平滑、難以微小偏移點動和高速點動關(guān)節(jié)容易越出軟限位等問題。本文所提出的點動速度平滑算法，其規(guī)劃結(jié)果加速度連

6、續(xù)，同時可實現(xiàn)微小距離點動，并有效避免手動示教過程中點動操作引起的過大機械沖擊，以及高速點動無法及時平滑停止等問題。
　　論文最終以“昆山一號”垂直6軸關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人+2軸變位機組成的8軸系統(tǒng)為控制對象，完成了PTP指令、CP指令、JOG指令和機器人與變位機協(xié)調(diào)運動指令的測試實驗，實驗結(jié)果驗證了本文所設(shè)計的控制器的系統(tǒng)可靠性和所提出的算法、策略的有效性，表明系統(tǒng)控制的設(shè)計方案與相關(guān)理論能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機器人的運動功能，為實現(xiàn)高速高精