采用航空插頭的SMP運動控制內(nèi)核機器人控制系統(tǒng)-技術(shù)方案

采用航空插頭的SMP運動控制內(nèi)核機器人控制系統(tǒng)-技術(shù)方案1引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速進展，一般的人工勞動力已經(jīng)不適合強度高、環(huán)境惡劣的工作要求。而隨著機器人制造水平的提高，具有高效率、質(zhì)量穩(wěn)定、通用性強的機器人已經(jīng)受到越來越多的青睞，并被廣泛應用到柔性制造生產(chǎn)線上。目前，工業(yè)生產(chǎn)中的搬運、焊接、噴涂等繁重工作已經(jīng)漸漸被機器人所取代，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年月，國外一些工業(yè)發(fā)達國家的機器人就進入了有用化的階段。經(jīng)過30多年的討論應用與改進，目前無論在技術(shù)水平方面還是裝備數(shù)量上，以日本和德國為代表的少數(shù)幾個工業(yè)發(fā)達國家都具有的優(yōu)勢[1].如瑞典的ABB、日本的川崎重工、德國的KUKA等。我國“863”方案已經(jīng)將機器人的討論列入其中，開發(fā)具有良好穩(wěn)定性和有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純軟件運動掌握內(nèi)核的機器人掌握系統(tǒng)以及它在焊接方面的實際應用。

2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

SMP系統(tǒng)是美國SoftServoSystem公司研發(fā)的基于PC的純軟件運動掌握內(nèi)核。SMP軟件運行在裝有Ardence'sRTX的Windows系統(tǒng)下，通過主計算機的CPU運行實時運動引擎，具有閉環(huán)反饋、多軸插補、運動程序處理和PLC規(guī)律運算功能。可搭配VersioBus光纖、PanasonicRTEX、YaskawaMECHATROLINK、MitsubishiSSCNET和FXI-40等多種伺服通訊網(wǎng)絡[2].本機器人掌握系統(tǒng)選用FPA-200適配卡與松下A4N系列伺服系統(tǒng)構(gòu)建系統(tǒng)的通訊平臺。

2.1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

SMP系統(tǒng)運行環(huán)境為Windows2000/XP,硬件上使用一般PC或者性能更加穩(wěn)定的IPC,高速的CPU內(nèi)核擔當純軟件方式的運動插補和PLC運算，并通過標準的PCI插槽與FPA-200建立總線通信，經(jīng)由FPA-200適配卡上面的網(wǎng)絡接口和光纖接口直接與A4N伺服驅(qū)動及I/O進行連接。利用CPU進行純軟件運算，節(jié)約了獨立的運動掌握卡和PLC設備，有效地降低了硬件成本。通過FPA-200的光纖接口，可進一步擴展I/O模塊，增加外圍設備幫助功能。整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.2SMP軟件結(jié)構(gòu)

SMP軟件的底層模塊包含三個可升級的實時引擎：PLC引擎、SMP引擎和SMP運動解析器，三個引擎相互循環(huán)協(xié)作完成運動掌握的運算。CPU賜予底層模塊優(yōu)先級待遇。SMP的上層模塊則用于執(zhí)行SMP掌握器，如程序的加載、參數(shù)的設定、文件的管理和用戶界面的運行。利用ArdenceRTX對Windows進行實時性擴展，SMPReal-TimeDLL中間鏈接層使上層模塊的應用程序可實時調(diào)用和讀取底層模塊的運動引擎數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)信息[2].

3機器人硬件構(gòu)成

機器人的硬件結(jié)構(gòu)由四個部分組成：工業(yè)計算機和觸摸屏顯示示教盒、FPA-200RTEX網(wǎng)絡適配卡、松下A4N電機及伺服驅(qū)動器和機器人本體。

工業(yè)計算機是系統(tǒng)運行的硬件基礎，示教盒的應用軟件界面直接面對對象操作。FPA-200通過IPC上的標準PCI插槽與主機建立總線通信，適配卡的工作電源同樣由PCI總線供應。FPA-200上RX、TX兩個網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)接口，利用100Mbit/s的以太網(wǎng)絡將關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動串聯(lián)起來，并以0.5~1ms的周期速度對六個關(guān)節(jié)伺服驅(qū)動實行高速循環(huán)掌握和可編程加減速掌握[3].系統(tǒng)通訊具有極高的響應性和穩(wěn)定性。

伺服電機直接安裝在機器人關(guān)節(jié)上，從機械內(nèi)部走線。在機器人底部用標準航空插頭與伺服驅(qū)動連接。A4N伺服驅(qū)動上的X5接口供應了豐富的I/O接點，通過PLC編程，由X5接口上的I/O點完成對焊槍能設備的掌握，如圖3所示。了解航空插頭的更多應用學問請點擊此處：https://./product/searchfile/526.html

本系統(tǒng)采納的SMP-850可實現(xiàn)8軸插補聯(lián)動掌握。通過FPA-200的VersioBus光纖接口擴展IM-300I/O模塊，多可增加到416輸入輸出點。

4應用軟件開發(fā)

SMP系統(tǒng)供應了應用于VisualC++、VisualBasic和Java的應用軟件庫接口、MAPI源代碼和對引擎內(nèi)核的實時調(diào)用DLL文件。強大的MDK二次開發(fā)軟件包可便利用戶依據(jù)操作習慣和實際需要開發(fā)自己的應用軟件。本文介紹的機器人掌握系統(tǒng)選用VisualBasic軟件作為開發(fā)環(huán)境。

4.1軟件開發(fā)流程

應用軟件的運行首先要實現(xiàn)對SMP系統(tǒng)的初始化和RTX引擎的啟動。SMP系統(tǒng)的初始化包括SMP設備打開和系統(tǒng)參數(shù)加載。系統(tǒng)初始化和RTX引擎啟動勝利后，設置系統(tǒng)操作模式，打開中斷循環(huán)并與遠程設備建立通訊。程序主循環(huán)過程中斷狀態(tài)正常時，打開PLC引擎并使伺服電機。在不同操作模式下，依據(jù)實際需用編寫界面操作程序。軟件編寫過程中，通過MDK二次開發(fā)包供應的MAPI調(diào)用語句和動態(tài)鏈接文件DLL,可實時讀取界面操作所需要的引擎狀態(tài)和系統(tǒng)信息。

4.2示教操作界面

手動示教模式的功能是讓操作人員記錄機器人位置姿勢并生成焊接軌跡。在機器人的實際應用中，需要操作人員在手動操作模式下移動機器人關(guān)節(jié)使焊槍末端始終沿著規(guī)定的焊接軌跡移動，然后在示教模式下記錄運動過程中的關(guān)鍵位置點，并依據(jù)焊接的要求插入打開焊槍、關(guān)閉焊槍、輸入焊接速度、暫停等功能指令，保存軌跡生成可再現(xiàn)的示教程序[4].程序中對焊槍的掌握是將M指令進行譯碼后，交給PLC引擎運算，并通過PLC輸出點掌握焊槍的開頭點和結(jié)束點。示教功能界面如圖5所示。在自動運行界面下，操可重復調(diào)用保存好的示教軌跡程序，掌握機器人運動，完成焊接。

5結(jié)束語

本文介紹的基于PC機和Windows系統(tǒng)的機器人掌握系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定、系統(tǒng)內(nèi)核升級便利、應用軟件開發(fā)周期短、界面友好等優(yōu)點。本系統(tǒng)實現(xiàn)了對6個自由度機器人的聯(lián)動掌握，完成了示教編程、參數(shù)設定，自動運行等功能模塊的編程。搭配松下A4N系列伺服和廣東伺博科NBC-350二氧化碳氣保焊機，在實際的焊接應用中取得了良好的效果。通過對焊接速度和焊接電流，電壓等參數(shù)的調(diào)整，焊接質(zhì)量達到了技術(shù)要求，軌跡精確?????，焊縫平滑。接下去，機器人