六自由度机器人运动控制编程系统
本发明涉及一种六自由度机器人运动控制编程系统，包括手持盒、数据处理器、电器控制柜、伺服电机单元、机器人本体，其特征是所述的手持盒发出运动轨迹指令，通过数据处理器把运动指令处理成机器人运动脉冲信号后，发送到电器控制柜，所述的电器控制柜中的伺服电机驱动器把运动脉冲信号驱动电流电压一起输送到伺服电机单元执行，所述的伺服电机单元中的编码器把每一段伺服电机运动轨迹转换成脉冲信号通过回路回传到数据处理器和手持盒中，实现机器人运动全闭环控制编程系统，所述的机器人本体各关节采用管状结构，所有部件按模块化设计，采用中空减速机联接。本系统实现手持盒控制操作平台，具有实时操控与模拟示教显示功能，直角坐标数据与六自由度三维运动互换功能，摆振线性运动功能，远程操控功能。
专利类型：
申请（专利）号：
申请日期：
公开(公告)日：
公开(公告)号：
主分类号：
B25J9/16,B25J9/00,B,B25,B25J,B25J9
B25J9/16,B25J9/00,B,B25,B25J,B25J9
申请（专利权）人：
广西玉林正方机械有限公司
发明（设计）人：
文晖,黄志,陈春潮
主申请人地址：
537000 广西壮族自治区玉林市一环北路1040号
专利代理机构：
国别省市代码：
一种六自由度机器人运动控制编程系统，包括手持盒、数据处理器、电器控制柜、伺服电机单元、机器人本体，其特征在于，所述的手持盒(1)发出运动轨迹指令，通过数据处理器(2)把运动指令处理成机器人运动脉冲信号后，发送到电器控制柜(3)，所述的电器控制柜(3)中的伺服电机驱动器把运动脉冲信号驱动电流电压一起输送到伺服电机单元(4)执行，所述的伺服电机单元(4)中的编码器把每一段伺服电机运动轨迹转换成脉冲信号通过回路回传到数据处理器(2)和手持盒(1)中，实现机器人运动全闭环控制系统，所述的机器人本体各关节采用管状结构，所有部件按模块化设计，采用中空减速机联接。
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运动控制卡连接伺服电机的一般步骤
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&1、初始化参数
在接线之前，先初始化参数。
在控制卡上：选好控制方式；将PID参数清零；让控制卡上电时默认使能信号关闭；将此状态保存，确保控制卡再次上电时即为此状态。
在伺服电机上：设置控制方式；设置使能由外部控制；编码器信号输出的齿轮比；设置控制信号与电机转速的比例关系。一般来说，建议使伺服工作中的最大设计转速对应9V的控制电压。
将控制卡断电，连接控制卡与伺服之间的信号线。以下的线是必须要接的：控制卡的模拟量输出线、使能信号线、伺服输出的编码器信号线。复查接线没有错误后，电机和控制卡（以及PC）上电。此时电机应该不动，而且可以用外力轻松转动，如果不是这样，检查使能信号的设置与接线。用外力转动电机，检查控制卡是否可以正确检测到步进伺服电机位置的变化，否则检查编码器信号的接线和设置
对于一个闭环控制系统，如果反馈信号的方向不正确，后果肯定是灾难性的。通过控制卡打开伺服的使能信号。这是伺服应该以一个较低的速度转动，这就是传说中的“零漂”。
一般控制卡上都会有抑制零漂的指令或参数。使用这个指令或参数，看电机的转速和方向是否可以通过这个指令（参数）控制。如果不能控制，检查模拟量接线及控制方式的参数设置。确认给出正数，电机正转，编码器计数增加；给出负数，电机反转转，编码器计数减小。如果电机带有负载，行程有限，不要采用这种方式。测试不要给过大的电压，建议在1V以下。如果方向不一致，可以修改控制卡或电机上的参数，使其一致。
4、抑制零漂
在闭环控制过程中，零漂的存在会对控制效果有一定的影响，最好将其抑制住。使用控制卡或伺服上抑制零漂的参数，仔细调整，使电机的转速趋近于零。由于零漂本身也有一定的随机性，所以，不必要求伺服电机转速绝对为零。
5、建立闭环控制
再次通过控制卡将伺服使能信号放开，在控制卡上输入一个较小的比例增益，至于多大算较小，这只能凭感觉了，如果实在不放心，就输入控制卡能允许的最小值。将控制卡和伺服的使能信号打开。这时，步进伺服电机应该已经能够按照运动指令大致做出动作了。
6、调整闭环参数
细调控制参数，确保电机按照控制卡的指令运动，这是必须要做的工作，而这部分工作，更多的是经验，这里只能从略了。&
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北京市丰台区南四环西路188号12区30号楼 邮编：100070导读：可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，数据处理一般用于大型控制系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统，（5）构建网络控制，可编程序控制器的通信包括主机与远程I/0之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信，可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，并非所有的可编程序控制器都具有上述功能，
（4） 数据处理
可编程序控制器具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以是运算的中间参考值，也可以通过通信功能传送到别的智能装置，或者将它们保存、打印。数据处理一般用于大型控制系统，如无人柔性制造系统，也可以用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
（5） 构建网络控制
可编程序控制器的通信包括主机与远程I/0之间的通信、多台可编程序控制器之间的通信、可编程序控制器和其他智能控制设备(如计算机、变频器
)之间的通信。可编程序控制器与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。
当然，并非所有的可编程序控制器都具有上述功能，用户应根据系统的需要选择可编程序控制器，这样既能完成控制任务，又可节省资金。
1.3 PLC的基本结构
可编程序控制器简称为PLC（Programmable Logic Controller）,可编程序控制器实际上是一种工业控制计算机，它的硬件结构与一般微机控制系统相似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU（中央处理单元）、存储器（RAM和EPROM）、输入/输出模块（简称I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。如图
1.1所示为PLC的组成结构图。
图1.1 PLC组成结构
1.3.1 CPU模块 CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微机处理器（CPU）和存储器组成。CPU的作用类似于人类的大脑和心脏。它采用扫描方式工作，每一次扫描要完成以下工作：
（1）输入处理：将现场的开关量输入信号和数据分别读入输入映像寄存器和数据寄存器。
（2）程序执行：逐条读入和解释用户程序，产生相应的控制信号去控制有关的电路，完成数据的存取、传送和处理工作，并根据运算结果更新各有关寄存器的内容。
（3）输出处理：将输出映像寄存器的内容送给输出模块，去控制外部负载。
1.3.2 I/O模块 I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字开关、限位开关、接收开关、关电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟量输入信号。
可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。
CPU模块的工作电压一般是5V，而可编程序控制器的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。从外部引入的尖蜂电压和干扰噪声可能损坏CPU模块中的元器件，或使可编程序控制器不能正常工作，所以CPU模块不能直接与外部输入/输出装置相连。I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与噪声隔离的作用。
1.3.3 存储器
存储器主要有两种，其一是可读/写操作的随机存储器RAM，另一种是只读存储器或可擦除可编程的只读存储器ROM、PROM 、EPROM 和EEPROM。
（1）系统存储器
系统存储器用来存放由PLC生产厂家编写的系统程序，并固化在ROM内，用户不能更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。系统程序质量的好坏很大程度上决定了PLC的性能。
（2）用户存储器
用户存储器包括用户程序存储器（程序区）和数据存储器（数据区）两部分。用户程序存储器用来存放用户针对具体控制任务采用PLC编程语言编写的各种用户程序。用户程序存储器根据所选用的存储器单元类型的不同（可以是RAM、EPROM或EEPROM存储器），其内容可以由用户修改或增删。用户数据存储器可以用来存放（记忆）用户程序中所使用器件的ON/OFF状态和数据等。用户存储器的大小关系到用户程序容量的大小，是反映PLC性能的重要指标之一。
1.3.4 电源 PLC的电源是指CPU、存储器和I/O接口等内部电子电路工作所配备的直流开关电源。
一般而言，PLC的基本电源一般有使用ACIOOV/240V与DC24V两种类型。
当PLC采川ACIOOV/240V供电时，通常允许输入电源电压的波动范围为-15%～+10%。如：选择额定输入电压为AC100V时，通常允许输入电压的变化范围为AC85～110V;选择额定输入电压为AC240V时，允许的变化范围为AC200—AC264V。PLC对外部交流电源的频率要求较低，允许的频率变化范围通常为±3Hz，即选择额定输入频率为50Hz时，允许输入频率的变化范围为47～53Hz;选择额定输入频率为60Hz时，允许变化范围为57～63Hz。
当PLC使用DC24V电源时，一般允许输入电压的变化范围为一l5%～+20%(即DC20.4～28.8V，如SIEMENS PLC)，部分PLC可以达到-35%—+30%（即DC15.6～31.2V，如三菱Q系列PLC）。与其他计算机控制系统相比，它对输入电源的要求相对较低，通常容易满足要求。
但为了保证PLC的正常工作，抑制线路干扰，对于交流AC100V/240V供电的PLC，原则上应在电源输入回路加入隔离变压器、浪涌吸收器或者采取稳压措施。PLC输入电源要与设备动力电源、交流控制回路电源、交流输出电源分离配线，并具有独立的保护回路与独立的隔离变压器。
对于直流DC24V供电的PLC，原则上应采用稳压电源供电：至少应通过三
相桥式整流、滤波后进行供电；一般不能使用仅通过单相桥式整流的直流电源直接对PLC进行供电。PLC输入电源要与设备直流动力电源、直流控制回路电源、直流输出电源分离配线，并具有独立的保护回路，在系绕组成较复杂时，应使用独立的稳压电源单独对PLC供电。
当系统采用模块化结构时，电源模块的容量应保证满足PLC系统对电源容量的要求，电源模块的额定输出容量应大于系统中全部组成模块所消耗的功率总和，并且留有20%～30%的余量。
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