伺服运动控制系统的硬件设计
如果将码垛机器人机械本体比作人体的躯体，那么控制系统就相当于人体的大脑。针对工程应用，控制系统必须具有较好的开放性和扩展性。控制系统是实现机器人运动的核心模块，控制系统根据运动编程指令控制伺服驱动器，通过电机运动使得各关节协调配合运动。设计一个完善的运动控制系统是保证机器人具有良好性能的前提和保障。采用“PC+运动控制卡”控制形式的硬件组态核心，串行物理标准接口RS232通讯方式，为码垛机器人软件设计提供开发基础。本文将根据码垛机器人工作要求，对码垛机器人进行控制系统设计。其中将会涉及码垛机器人控制系统硬件选型;包含伺服驱动系统和模块选型、运动控制卡选型;码垛机器人控制系统软件的开发设计。伺服运动控制系统的硬件设计伺服运动控制系统的硬件需求分析目前，控制系统结构包含四种，分别是单片机控制系统，PC控制系统，PLC控制系统和专用运动控制系统。结合目前码垛机器人的浮点运算需求和逻辑运算需求，基于本文选用的“PC+运动控制卡”的系统结构，设计出码垛机器人控制系统。系统是半闭环控制系统，相对于开环系统精度更高。基于PC的伺服运动控制系统一般由上位机、运动控制卡(器)、驱动器、伺服电机和反馈元件等组成，如图4-1所示。 (1)伺服电机:较为常见的有三相和单相供电两种方式，产品从30W~4000W范围内，根据机器人的扭矩与转速需求选择相应的型号。伺服电机分为三种控制模式，分别为位置控制模式、速度控制模式与转矩控制模式。速度控制和转矩控制是模拟量控制，位置控制是采用脉冲控制。驱动器一般可使用单一控制模式，亦能选择用混合模式来控制。因为码垛机器人对位置与速度有较高的精度要求，而对实际转矩要求较低，用速度模式或者位置模式较好。又由于上位控制器具有很好的闭环控制功能，故而，在选择控制方式时，我们一般采用速度控制。速度模式通过模拟量的输入或者脉冲的频率变化对转动速度进行控制。模拟量输入时，驱动器得到速度指令，从而控制电机加减速至目标转速。(2)驱动器、反馈元件:交流伺服系统驱动器己经数字化，内部一般采用DSP(数字信号处理器)，并运用IGBT PWM(绝缘栅双极型晶体管一脉冲宽度调制)控制方式，支持脉冲与模拟量两种输入方式。驱动器在控制机器人运动当中举足轻重，可以说相当于整个运动控制系统的中转站。针对驱动器的周边接线图也是各个厂家大致相同，如图4-2为中达电通的驱动器与主电源的接线图。伺服电机主要的反馈元件是编码器，编码器(encoder)是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器分为增量型编码器和绝对型编码器两种。由于增量型编码器存在零点累计误差，抗干扰能力差，设备停机前需要断电记忆，开机应找零或参考位等问题，一般不适宜选用在机器人系统当中。而绝对型编码器则不存在这些问题，其抗干扰特性和数据的可靠性均有提高，所以一般的工业机器人中基本会以绝对型编码器作为反馈元件。 (3)运动控制卡:现代生产过程中，对运动控制速度和精度要求普遍很高，传统的运动控制系统由于不能满足要求而面临淘汰。DSP(数字信号处理器)除了具有运算速度快，支持复杂的运动算法的特点之外，还可以满足高精度运动控制要求，以DSP(数字信号处理器)为核心的多轴运动控制卡如今己经广泛地应用在各类运动控制系统中。(4)上位计算机:我们目前所采用的基于PC的伺服运动控制系统，实质为多CPU系统。CPU各自完成系统分配的任务，并在系统信息上下传递中，达到系统资源的共享目的。这种“集中管理，分散控制”的系统结构思想，能极大地增强系统的稳定性和可靠性。伺服运动控制卡必须内置在PC中，通常PC会留有预定控制卡插槽，其会占用PC机的环境、电源等资源;PC机上的调用程序是建立在操作系统之上的，操作系统的性能也会直接影响伺服运动控制卡的工作。所以，上位计算机的选择会直接影响到伺服运动控制系统的性能。

• 上一篇：码垛机器人末端执行器设计
• 下一篇：为机器人、自动驾驶提供激光雷达测距，镭神智能获亿元B轮融资