三、方案功能的實(shí)現(xiàn)
1.控制系統(tǒng)6AXIS+1 AXIS的架構(gòu)如下圖:
圖二 64XIS+1 AXIS的控制架構(gòu)
2.硬件的組成和6+1的設(shè)計(jì)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)
控制系統(tǒng)的硬件部分主要有CNC數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和其他輔助元件三部分組成。
?。?)CNC數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)選用中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng),它是機(jī)械手臂的控制中心,除具有線性插補(bǔ)等運(yùn)動(dòng)控制外,還能夠進(jìn)行畫面顯示、參數(shù)設(shè)定、程序編輯、PLC邏輯控制等。
(2)伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)選用7套臺達(dá)-A系列交流伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。其中ASDA 3kW*1臺、用于獨(dú)立控制機(jī)械D軸位移工作臺,拖動(dòng)機(jī)械手臂前后運(yùn)動(dòng),使其能自由移動(dòng)到生產(chǎn)線的任何地方。其伺服控制模式采用臺達(dá)交流伺服獨(dú)有的PR控制模式。
它的命令來源為臺達(dá)交流伺服位置指令寄存器8組內(nèi)部位置指令(參數(shù)P1-15~P1-30設(shè)定),伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度則由參數(shù)P1-36~P1-43設(shè)定。
通過數(shù)控系統(tǒng)I/O輸出OUTPUT點(diǎn)Y0-Y3,配合伺服CN1接口的I/O,POS0~POS2與GTRG,就可以選擇8組中的一組來當(dāng)成位置指令來源。當(dāng)伺服CTRG信號上升沿觸發(fā)后,伺服電機(jī)便會向給定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。
其余6臺伺服分別為:ASDA 2kW*1臺,控制機(jī)械手臂X軸空間移動(dòng);ASDA 1kW*2臺,控制機(jī)械手臂Y、Z軸的空間移動(dòng);ASDA 200W*2 臺,控制機(jī)械手臂A、B軸的空間移動(dòng);ASDA 100kW*1臺,控制機(jī)械手臂C軸的空間移動(dòng)。
這六臺伺服采用的是速度控制模式,數(shù)控系統(tǒng)的伺服軸口輸出 +/-10V的模擬量電壓來控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn),并實(shí)時(shí)通過伺服驅(qū)動(dòng)器的PG分周比輸出OA/OB/OZ信號將伺服運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋給數(shù)控系統(tǒng),來實(shí)現(xiàn)半閉環(huán)控制的目的,來保證機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)精度。
?。?)其他輔助元件
其他輔助元件主要有:
電子脈沖發(fā)生器(MPG手搖輪),規(guī)格DC5V,在手動(dòng)和教導(dǎo)模式下,產(chǎn)生脈沖信號控制伺服軸位移。
動(dòng)力變壓器,規(guī)格7.5kVA三相380V/三相220V,作用是給伺服系統(tǒng)提供動(dòng)力電源。
控制變壓器,規(guī)格500VA,AC380V/AC220V,作用是給數(shù)控和伺服系統(tǒng)提供控制電源。
開關(guān)電源,規(guī)格500VA,DC24V,AC220V/DC24V,作用是給控制回路提供直流控制電源。
INPUT輸入板,規(guī)格NPN型,可以連接按鈕、行程開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)等傳感器信號。
OUTPUT輸出板,規(guī)格NPN型,作用是控制中間繼電器、微型電磁閥等DC24V負(fù)載。
中間繼電器,規(guī)格DC24V,增加OUTPUT輸出板的容量,線路保護(hù)。
氣動(dòng)電磁閥,規(guī)格DC24V,控制機(jī)械手夾緊氣缸和生產(chǎn)線其他輔助動(dòng)作。
按鈕、開關(guān)若干,提供各種傳感信號。
通過上述硬件配置和架構(gòu)設(shè)計(jì),中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)便能夠通過速度模擬量電壓命令和外部的I/O輸出信號來控制一個(gè)六軸的機(jī)械手臂和一個(gè)獨(dú)立的位移工作臺運(yùn)動(dòng)了。
3.示教功能和手搖輪測試功能的實(shí)現(xiàn)
圖三 示教盒
中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng)具有“示教和手搖輪測試”功能,通過必要的PLC編輯便可以激活這兩個(gè)功能,方便編譯和效驗(yàn)程序。
當(dāng)配合外部I/O和電子手搖輪,激活“示教”功能后,六軸機(jī)械手臂的工作方式是按“示教學(xué)習(xí)→生成NC程序→編輯修改NC程序→機(jī)械手臂再現(xiàn)執(zhí)行”的過程來完成的,即由人用示教盒對機(jī)械手臂工作行為示教。示教過程中,數(shù)控系統(tǒng)會記錄下機(jī)械手臂各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)終點(diǎn)的位置信息,并以NC代碼的形式顯示在CRT 熒屏上。
當(dāng)機(jī)械手臂完成一個(gè)示教流程結(jié)束后,數(shù)控系統(tǒng)便會以NC代碼的形式記錄下一個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列。用戶可以通過數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)CNC鍵盤對當(dāng)前的NC程序進(jìn)行必要的編輯,如添加運(yùn)動(dòng)速度,數(shù)控外部I/O控制等指令,這樣數(shù)控系統(tǒng)便生成了機(jī)械手臂工作所需要的完整信息。
當(dāng)完成編輯后,激活數(shù)控系統(tǒng)的“自動(dòng)運(yùn)行”功能,數(shù)控系統(tǒng)便能自動(dòng)依次讀取這個(gè)數(shù)據(jù)隊(duì)列和指令信息,并傳達(dá)給下位伺服控制器和數(shù)控外部I/O控制機(jī)械手臂動(dòng)作。
當(dāng)我們對“示教”生成的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編輯完成后,在執(zhí)行“自動(dòng)運(yùn)行”功能前,可以通過激活“手搖輪測試”功能,來再次校正編輯完的程序。
當(dāng)“手搖輪測試”功能被激活后,機(jī)械手臂會按照先前編輯的指令信息再現(xiàn)動(dòng)作。伺服軸的運(yùn)動(dòng)速度由手搖輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和MPG的倍率所決定,當(dāng)手搖輪停止轉(zhuǎn)動(dòng),伺服軸也會停止進(jìn)給;如繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),伺服軸會繼續(xù)執(zhí)行動(dòng)作,從而有效防止機(jī)械撞機(jī)。
測試完成后,激活“自動(dòng)運(yùn)行”功能,機(jī)械手臂便會按照程序中設(shè)定的速度正常運(yùn)行。
4.靈活的外部I/O控制和輔助機(jī)能的實(shí)現(xiàn)
機(jī)械手臂的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由電磁閥控制氣體驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)缸完成機(jī)械手指的夾緊和放松動(dòng)作。
對于中達(dá)電通六軸數(shù)控系統(tǒng)的靈活外部I/O控制,不但可以通過對數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的PLC程序編輯來完成,還能夠通過在NC程序中直接插入適當(dāng)?shù)暮喴譏/0控制指令來實(shí)現(xiàn)。
如G11 P1***指定OUTPUT***ON,下“RESET”指令無效。G12 P***等待INPUT***ON,程序才執(zhí)行下一節(jié)指令,等等,通過這些指令用戶可以靈活的實(shí)現(xiàn)外部I/O控制。
機(jī)械手臂工作流程和NC編程如圖四:
圖五 伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和指令平滑處理
5.伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和指令平滑處理
對于伺服控制系統(tǒng),因?yàn)樵跈C(jī)械設(shè)計(jì)上,機(jī)械手臂在機(jī)械設(shè)計(jì)上采用6自由度空間坐標(biāo)系,因而在六軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)過程中,機(jī)械負(fù)載的慣量會因?yàn)闄C(jī)械力臂不同的而會發(fā)生較大范圍的變化,這就要求伺服系統(tǒng)具有優(yōu)異穩(wěn)定性,響應(yīng)性和對負(fù)載變化自適應(yīng)能力。
通過臺達(dá)-A系列伺服內(nèi)置的“自動(dòng)增益調(diào)節(jié)功能(PDFF強(qiáng)健式控制模式,參數(shù)2-32)”就能達(dá)到理想的調(diào)試效果,在此調(diào)節(jié)模式下,當(dāng)負(fù)載的慣量在一定范圍內(nèi)任意變化時(shí),伺服在1HZ的開回路增益能夠保持穩(wěn)定,頻寬會隨著負(fù)載慣量變化而做相應(yīng)的調(diào)整,仍可以保持良好的相位邊界,使得伺服的穩(wěn)態(tài)追隨誤差不會隨著負(fù)載慣量而有變化。
同時(shí),對于機(jī)械手臂在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的沖擊,(特別是D軸,因?yàn)椴捎脙?nèi)部指令來源),通過激活臺達(dá)-A系列伺服內(nèi)置的CURVE平滑功能(參數(shù) 1-34~1-36)來得到很好的解決。位置P-CURVE和速度S-CURVE平滑功能,可以對運(yùn)動(dòng)命令進(jìn)行平滑處理,使得電機(jī)所產(chǎn)生的速度和加速度是連續(xù)的??梢院芎玫母纳齐姍C(jī)加減速的特性,在機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)上也更加平順。
四、結(jié)束語
基于以上架構(gòu)的機(jī)械手控制方案具有控制精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性高、用戶操作靈活的優(yōu)點(diǎn),這也是中達(dá)數(shù)控系統(tǒng)和臺達(dá)伺服獨(dú)有的一個(gè)典型應(yīng)用。#p#分頁標(biāo)題#e#
利用中達(dá)六軸數(shù)控系統(tǒng)自有的一些豐富功能,配合臺達(dá)伺服系統(tǒng)優(yōu)異性能,可以被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域,完全能夠?yàn)榭蛻籼峁└袃r(jià)值、“量身定做”的整合方案。
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