基于SERCOS Ⅲ總線的工業(yè)機(jī)器人控制器運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì).pdf

1、傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人控制器基于“PC+運(yùn)動(dòng)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(dòng)軸數(shù)較少、成本高、維護(hù)困難等缺陷。隨著實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，基于實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)的總線式機(jī)器人控制架構(gòu)，能夠大大提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通訊能力和同步性能，實(shí)現(xiàn)更多軸數(shù)的聯(lián)動(dòng)控制，同時(shí)降低實(shí)施和維護(hù)成本，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
　　目前，國(guó)內(nèi)仍然沒有將實(shí)時(shí)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(jī)器人控制器設(shè)計(jì)的實(shí)例。本文基于“IPC+實(shí)時(shí)操作

2、系統(tǒng)+實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)總線”工業(yè)機(jī)器人控制器總線式控制架構(gòu)，選擇工業(yè)機(jī)器人控制器研究工作中最基本、最關(guān)鍵的運(yùn)動(dòng)控制功能作為主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。
　　論文首先設(shè)計(jì)和搭建了基于SercosⅢ總線的工業(yè)機(jī)器人控制器及其運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能提供硬件基礎(chǔ)。進(jìn)而針對(duì)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能設(shè)計(jì)過程中各類運(yùn)動(dòng)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(jì)了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的具體步驟，為實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器

3、人各類基本的運(yùn)動(dòng)功能提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。為驗(yàn)證本文提出的算法，論文以“昆山一號(hào)”6軸工業(yè)機(jī)器人+2軸變位機(jī)組成的8軸系統(tǒng)為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)了基本的工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)功能。
　　本文的主要工作成果是:
　　(1)基于SercosⅢ總線實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人控制器對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。
　　該工作解決了如何在工業(yè)機(jī)器人控制器與伺服系統(tǒng)間建立SercosⅢ總線通訊，實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的問題。國(guó)內(nèi)目前并沒有科研院校或機(jī)器人廠商開展

4、這方面的工作。國(guó)內(nèi)應(yīng)用基于SercosⅢ總線控制器來實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人控制的機(jī)器人廠商，都是通過進(jìn)口國(guó)外的控制器產(chǎn)品，并未掌握底層如何利用SercosⅢ總線通訊實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)控制這一技術(shù)。
　　(2)針對(duì)點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)(PTP)和連續(xù)軌跡控制(CP)指令軌跡規(guī)劃，提出改進(jìn)S型曲線速度控制算法，研究了等時(shí)插補(bǔ)、嚴(yán)格同步插補(bǔ)兩種同步控制策略。
　　與傳統(tǒng)機(jī)器人控制器的插補(bǔ)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(jìn)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(jìn)算法需要考慮的分段缺省情形更少，且計(jì)算量不大，更有利于實(shí)現(xiàn)多軸系統(tǒng)的同步控制。
　　(3)針對(duì)手動(dòng)示教(JOG)指令，提出一種以時(shí)間片為單位進(jìn)行速度平滑控制的四段軌跡規(guī)劃算法。
　　傳統(tǒng)機(jī)器人控制器的手動(dòng)示教點(diǎn)動(dòng)操作存在速度不平滑、難以微小偏移點(diǎn)動(dòng)和高速點(diǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)容易越出軟限位等問題。本文所提出的點(diǎn)動(dòng)速度平滑算法，其規(guī)劃結(jié)果加速度連

6、續(xù)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)微小距離點(diǎn)動(dòng)，并有效避免手動(dòng)示教過程中點(diǎn)動(dòng)操作引起的過大機(jī)械沖擊，以及高速點(diǎn)動(dòng)無法及時(shí)平滑停止等問題。
　　論文最終以“昆山一號(hào)”垂直6軸關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人+2軸變位機(jī)組成的8軸系統(tǒng)為控制對(duì)象，完成了PTP指令、CP指令、JOG指令和機(jī)器人與變位機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)指令的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)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(jì)方案與相關(guān)理論能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)功能，為實(shí)現(xiàn)高速高精