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笛卡尔坐标型码垛机器人控制系统硬件设计

时间：2017-09-26 来源：机器人在线阅读：8369

第四章码垛机器人控制系统硬件设计

4.1引言

码垛机器人的控制系统是一种以多轴联动为核心控制任务的实时监控综合系统。本章依照控制系统硬件设计应满足的可靠性、实用性、经济型、先进性等原则，综合考虑集中控制、主从控制、分散控制等控制方式的应用领域和本课题中码垛机器人的特点，确定选取集中控制的方式对码垛机器人的硬件系统进行设计。

4.2控制系统总体方案

本课题中对码垛机器人控制系统的基本功能要求主要有:能够满足四轴协调控制，使码垛机器人高效稳定地实现抓取、提升、送料、下放等动作;具备自动返回原点、各轴单动、连续工作等操控方式;能够通过人机界面对机器人部分工作参数进行设置;具有示教再现功能;运行状态监测和异常状况报警功能等。

码垛机器人系统工作原理如图4.1所示。

由图4.1可以看出，本课题中控制系统硬件部分的主要构成有人机交互界面、可编程控制器、伺服驱动器及伺服电机、传感器、电磁阀、蜂鸣器等。

系统选择可编程控制器(PLC)作为码垛机器人的主控制器。PLC具有技术成熟、成本低、拓展性好、可靠性高等诸多优点，能很好地满足码垛机器人控制系统的设计要求。在控制系统中，PLC是主控制器，它是整个控制系统的“大脑”。其中，CPU主要完成数据管理及运算和与上位机的信息交互功能;脉冲输出单元主要控制伺服电机的位置和方向;数字量输入输出单元负责接收来自传感器的状态信息以及控制电磁阀、蜂鸣器等。

人机交互界面具有反应速度快、抗干扰能力强、占用面积小等优点。在控制系统中，它作为PLC的延伸，丰富和拓展了PLC的功能。除了能够对整个系统的运行状态进行实时的监控，还能配合PLC完成参数设置、单动示教、报警浏览等功能。

伺服驱动器与伺服电机共同构成了码垛机器人运动控制单元，实现了位置、速度和力矩的实时控制。这种运动控制方式的特点有运行平稳、反应速度快、抗干扰能力强、噪音小等优点。伺服驱动器接收来自PLC的高速脉冲信号，经过运算和放大，驱动伺服电机按照既定的速度和方向运动;同时，伺服驱动器接收电机编码器传来的反馈信息，与之前所发出的脉冲指令进行比较，最终实现对码垛机器人各轴运动的半闭环控制。

码垛机器人硬件系统中需要用到的传感器主要有磁性传感器、接近传感器、光电传感器等。其中，磁性传感器用以检测手爪气缸活塞的位置，将手爪张开、闭合是否到位的信息反馈给控制器;接近传感器安装在手爪水平和竖直移动的极限以及原点位置，用以帮助机器人在启动前搜索原点以及保障手爪在安全行程内运动;光电传感器安装在码垛机器人取、放料处，检测物料是否到位以及机器人在搬运及放料过程中是否有货物掉落现象。

蜂鸣器是将码垛机器人控制系统中的报警信号转换成声音信号的电声转换装置，在码垛机器人在正常运行时出现落料、手爪气缸卡住、水平或竖直运动超出极限位置的状况时起到报警提示的作用。