采用航空插頭的SMP運動(dòng)控制內核機器人控制系統
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1 引言 隨著(zhù)現代工業(yè)的迅速發(fā)展， 普通的人工勞動(dòng)力已經(jīng)不適合強度高、環(huán)境惡劣的工作要求。而隨著(zhù)機器人制造水平的提高， 具有高效率、質(zhì)量穩定、通用性強的機器人已經(jīng)受到越來(lái)越多的青睞，并被廣泛應用到柔性制造生產(chǎn)線(xiàn)上。目前， 工業(yè)生產(chǎn)中的搬運、焊接、噴涂等繁重工作已經(jīng)逐漸被機器人所取代，此外，特種機器人在深海探測、消防救災等領(lǐng)域也得到應用[1].早在20 世紀70 年代，國外一些工業(yè)發(fā)達國家的機器人就進(jìn)入了實(shí)用化的階段。經(jīng)過(guò)30 多年的研究應用與改進(jìn)，目前無(wú)論在技術(shù)水平方面還是裝備數量上，以日本和德國為代表的少數幾個(gè)工業(yè)發(fā)達國家都具有絕對的優(yōu)勢[1].如瑞典的ABB、日本的川崎重工、德國的KUKA等。我國“863”計劃已經(jīng)將機器人的研究列入其中，開(kāi)發(fā)具有良好穩定性和實(shí)用性的機器人也得到了企業(yè)的廣泛重視。本文主要介紹一種基于SMP 純軟件運動(dòng)控制內核的機器人控制系統以及它在焊接方面的實(shí)際應用。 2 系統總體結構 SMP 系統是美國Soft ServoSystem 公司研發(fā)的基于PC 的純軟件運動(dòng)控制內核。SMP 軟件運行在裝有Ardence's RTX 的Windows 系統下， 通過(guò)主計算機的CPU 運行實(shí)時(shí)運動(dòng)引擎， 具有閉環(huán)反饋、多軸插補、運動(dòng)程序處理和PLC 邏輯運算功能?？纱钆銿ersioBus光纖、Panasonic RTEX、Yaskawa MECHATROLINK、Mitsubishi SSCNET 和FXI-40等多種伺服通訊網(wǎng)絡(luò )[2].本機器人控制系統選用FPA-200適配卡與松下A4N 系列伺服系統構建系統的通訊平臺。 2.1 系統整體結構 SMP 系統運行環(huán)境為Windows2000 /XP, 硬件上使用普通PC 或者性能更加穩定的IPC, 高速的CPU 內核承擔純軟件方式的運動(dòng)插補和PLC 運算， 并通過(guò)標準的PCI 插槽與FPA-200 建立總線(xiàn)通信， 經(jīng)由FPA-200 適配卡上面的網(wǎng)絡(luò )接口和光纖接口直接與A4N 伺服驅動(dòng)及I /O 進(jìn)行連接。利用CPU 進(jìn)行純軟件運算， 節省了獨立的運動(dòng)控制卡和PLC 設備， 有效地降低了硬件成本。通過(guò)FPA-200 的光纖接口， 可進(jìn)一步擴展I /O 模塊， 增加外圍設備輔助功能。整體結構圖如圖1 所示。 2.2 SMP 軟件結構 SMP 軟件的底層模塊包含三個(gè)可升級的實(shí)時(shí)引擎：PLC 引擎、SMP 引擎和SMP 運動(dòng)解析器， 三個(gè)引擎相互循環(huán)配合完成運動(dòng)控制的運算。CPU 給予底層模塊最高優(yōu)先級待遇。SMP 的上層模塊則用于執行SMP 控制器， 如程序的加載、參數的設定、文件的管理和用戶(hù)界面的運行。利用Ardence RTX 對Windows 進(jìn)行實(shí)時(shí)性擴展， SMP Real-Time DLL 中間鏈接層使上層模塊的應用程序可實(shí)時(shí)調用和讀取底層模塊的運動(dòng)引擎數據和系統狀態(tài)信息[2]. 3 機器人硬件構成 機器人的硬件結構由四個(gè)部分組成： 工業(yè)計算機和觸摸屏顯示示教盒、FPA-200 RTEX 網(wǎng)絡(luò )適配卡、松下A4N電機及伺服驅動(dòng)器和機器人本體。 工業(yè)計算機是系統運行的硬件基礎， 示教盒的應用軟件界面直接面向對象操作。FPA-200 通過(guò)IPC 上的標準PCI 插槽與主機建立總線(xiàn)通信， 適配卡的工作電源同樣由PCI 總線(xiàn)提供。FPA-200 上RX、TX 兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )結構接口， 利用100Mbit /s 的以太網(wǎng)絡(luò )將關(guān)節伺服驅動(dòng)串聯(lián)起來(lái)， 并以0.5~1ms 的周期速度對六個(gè)關(guān)節伺服驅動(dòng)實(shí)行高速循環(huán)控制和可編程加減速控制[3].系統通訊具有極高的響應性和穩定性。 伺服電機直接安裝在機器人關(guān)節上， 從機械內部走線(xiàn)。在機器人底部用標準航空插頭與伺服驅動(dòng)連接。A4N 伺服驅動(dòng)上的X5 接口提供了豐富的I /O接點(diǎn)， 通過(guò)PLC 編程， 由X5 接口上的I /O 點(diǎn)完成對焊槍能設備的控制， 如圖3 所示。 伺服電機相關(guān)文章:伺服電機工作原理
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