CAN總線(xiàn)技術(shù)在工業(yè)碼垛機器人控制系統中的應用研究

在圖2所示的工業(yè)碼垛機器人控制系統中，上位主控機選用PC-104工控機，通過(guò)PCI總線(xiàn)連接PCI-CAN適配卡，按CANopen協(xié)議標準與交流伺服電機控制器進(jìn)行通信。下位電機伺服驅動(dòng)器接受上位機發(fā)出的指令語(yǔ)言，按指令要求控制電機轉動(dòng)，由電機帶動(dòng)執行機構完成動(dòng)作。同時(shí)，電機伺服驅動(dòng)器通過(guò)交流電機上的光電編碼器檢測同步感應電機運動(dòng)狀態(tài)，結合預先設定在驅動(dòng)器中的PI調節參數，實(shí)現對電機運動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制。

采用驅動(dòng)器與工控機經(jīng)由CAN總線(xiàn)和PCI-CAN適配卡連接，主要是基于以下考慮。
1 實(shí)現一根雙絞線(xiàn)串接全部設備，節省安裝維護費用。
2 實(shí)時(shí)性強，信息可共享，提高多控制器系統的監測、診斷和控制性能。
3 通過(guò)離線(xiàn)的任務(wù)調度、作業(yè)下載以及錯誤監控等方式，可實(shí)現工作人員遠程操作。在工業(yè)碼垛機器人現場(chǎng)應用中增加操作人員的安全系數。
4 CAN現場(chǎng)總線(xiàn)發(fā)展較為成熟，可供選擇的關(guān)聯(lián)驅動(dòng)器以及控制卡品種眾多，方便產(chǎn)品升級與維護。

統軟件設計與實(shí)現
對于工業(yè)碼垛機器人運動(dòng)控制系統來(lái)說(shuō)，上位主控機的控制程序十分重要，其主要部分可分為三大模塊，即1）PC與人對話(huà)模塊；2）CANopen協(xié)議通信模塊；3）運動(dòng)控制模塊。通過(guò)人機對話(huà)模塊可以給用戶(hù)提供友好的控制界面，使用戶(hù)通過(guò)觸摸屏實(shí)施對機器人的控制，包括碼放點(diǎn)、抓取點(diǎn)的合理定位，碼放方式和貨物數量品種的正確選擇等。運動(dòng)控制模塊可計算出所選碼放方式下電機所需要的運動(dòng)控制數據，再通過(guò)CANopen協(xié)議通信模塊對機器人的4個(gè)關(guān)節節點(diǎn)進(jìn)行數據傳輸與反饋接收管理。

機器人CANopen協(xié)議通信模塊主要功能為接收經(jīng)過(guò)運動(dòng)控制模塊計算出的運動(dòng)控制數據，將其編譯為驅動(dòng)器可以接收的符合CANopen協(xié)議的命令控制字并發(fā)送；接收驅動(dòng)器返回的數據和命令并傳送給相應的運動(dòng)控制模塊，若沒(méi)有接收到伺服驅動(dòng)器的反饋信息，則繼續發(fā)送信息給驅動(dòng)器，超時(shí)則轉入錯誤處理模塊進(jìn)行錯誤顯示并報警。

圖3 CANopen協(xié)議通信程序流程圖

實(shí)際應用過(guò)程中，控制系統CANopen初始化及應用流程如下。
1 電機驅動(dòng)器初始化設置。設置電機驅動(dòng)器的控制方式為總線(xiàn)控制方式，電機驅動(dòng)器的節點(diǎn)ID，系統通信波特率可在電機驅動(dòng)器的HMI界面中進(jìn)行設置，也可采用電機驅動(dòng)器自帶的本地調試軟件PowerSuit進(jìn)行本地設置。

2 PCI-CAN適配卡初始化設置。在工控機一側對PCI-CAN適配卡進(jìn)行初始化設置，主要設置內容有CAN總線(xiàn)節點(diǎn)個(gè)數，波特率，CANopen協(xié)議命令的收發(fā)方式以及濾波方式等。

工業(yè)碼垛機器人的運動(dòng)控制程序主要完成對碼垛方式的分解，解算相應驅動(dòng)電機的運行參數并通過(guò)CANopen協(xié)議通信模塊發(fā)送以完成工業(yè)碼垛機器人的作業(yè)動(dòng)作。具體解算方式因貨物形狀、碼放位置和碼放方式有所區別，在此不一一贅述。

錯誤處理模塊的主要功能是接收驅動(dòng)器返回的錯誤類(lèi)型代碼，根據電機驅動(dòng)器廠(chǎng)家定義的對象字典判斷所屬錯誤類(lèi)型并執行對應的錯誤處理函數或報警。