基于贝加莱控制系统的工业机器人研发.docx

《基于贝加莱控制系统的工业机器人研发.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于贝加莱控制系统的工业机器人研发.docx（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、基于贝加莱控制系统的工业机器人研发基于贝加莱控制系统的工业机器人研发导语：本文介绍了基于贝加莱控制系统的机器人的机械系统组成、控制系统的硬件构造和软件架构，重点阐述了该款机器人由于采用贝加莱工控产品而表达出来的先进性。1前言奇瑞汽车股份有限公司是中国最大的自主品牌汽车消费商之一。目前，奇瑞公司已具备年产整车90万辆、发动机65万台和变速箱40万套的消费才能。随着消费规模不断扩大，对自动化消费线需求也越来越高，工业机器人的应用数目也越来越多。为了降低消费本钱，奇瑞汽车从2007年开场自主研发工业机器人，目前已完成基于贝加莱工业自动化系统的第三代机器人的研发。工业机器人主要有机械系统、控制系统、系

2、统软件三局部组成。2.机械系统2.1机械系统的组成机器人机械系统主要由机械本体和外围构造组成，如图1所示。机械本体主要由底座局部、平衡缸局部、大臂、小臂局部和手腕局部组成。外围构造主要由管线包以及一些管卡组成。图1机器人机械系统组成2.2机器人的性能参数基于贝加莱系统的第三代机器人是奇瑞汽车股份有限公司自主研发的大负载工业机器人，型号为QB-165，最大负载165公斤，有六个自由度。该机器人也是我国自主研发的最先进的大负载工业机器人之一，各项性能参数到达国际先进程度，详细参数如表1所示。表1机器人性能参数表3.控制系统整体总体架构如图2所示。控制系统选择了贝加莱挪动式面板作为示教器，该系统还包

3、括APC820工控机、ACOPOSmulti伺服驱动器及电机，其系统主要部件和性能描绘如下：图2基于贝加莱系统的机器人系统架构3.1挪动式面板挪动式面板是用于机器人人机交互操纵，如点动机器人，示教再现，动态显示和参数调试等，MobilePanel的特点在于对于现场使用的机器人而言，多个机器人可分享一个面板，这样可以降低HMI的本钱。lIntelPXA270处理器l256MBDRAMl128MBFlashl以太网接口lUSB1.1接口除此之外，该面板还有31个系统按钮用于操纵，包括急停、操纵杆、钥匙开关，非常合适于机器人系统的应用特点，并且，采用WindowCEEmbedded操纵系统，具有较强

4、的实时任务处理才能。3.2APC820工控机3.2.1打破传统设计理念传统的机器人均采用专用的控制系统硬件设计，然而传统的硬件系统具有开发周期长、系统扩展不易，并且软件编程不方便，这与传统的PLC无法处理如此复杂的CNC和机器人齐次方程库的算法有关，并且，另一方面，基于Windows架构的PC由于不具有实时性而无法处理实时任务，然而，随着硬件技术的开展这些问题在今天已经过通用的平台即可完成。3.2.2运动控制与机器人处理BR的APC820是一个通用的PC硬件平台，它可同时运行WindowXP或者WindowCEEmbedded操纵系统和AR(AutomationRuntime)实时操纵系统，将

5、复杂的图形画面任务由Windows处理，而将途径规划、轴控制任务由AR来处理。3.2.3高鲁棒性设计从硬件设计本身而言，APC820遵循严格工业标准而设计，无风扇和无旋转部件设计，并且内部无电缆连接而全部采用接插件连接方式，这样可以保证机用具有高鲁棒性特点。3.2.4紧凑型设计同时，APC820是与ACOPOSmulti伺服驱动用具有一样的安装尺寸和规格的，这使得它无需额外的安装机架，其尺寸设计与ACOPOSmulti的46mm宽度一样，直接安装在系统的最左侧，与驱动系统融为一体，并通过高速实时以太网EthernetPOWERLINK来连接。3.3伺服驱动器与伺服电机伺服驱动器采用的是贝加莱公

6、司最新开发的智能型ACOPOSMulti驱动器，具有尺寸紧凑，模块化构造，一个驱动器可以带两个伺服电机等特点；伺服电机选择的是贝加莱公司设计的高精度，高动态响应，带有多圈绝对式编码器的同步伺服电机。3.4实时以太网EthernetPOWERLINK机器人系统是一个对于网络的实时性要求非常高的应用,奇瑞机器人系统需要在消费现场实现高速、高精度的焊接加工，假如机器人的响应速度较慢的话那么无法知足快速的汽车消费需求，而为了加快消费速度和保障加工质量，必须降低控制任务的循环周期。S=V*tS-加工精度V-加工速度t-循环时间假设我们想进步加工速度又想提升加工精度，从控制角度分析而言，我们只有降低t-即

7、系统的循环时间，而基于总线的控制技术那么需要由总线的刷新周期来配合控制系统的刷新周期，EthernetPOWERLINK是该系统采用的总线连接，POWERLINK是一个100Mbps传输速率的高性能网络，具有高实时性，其系统同步时间为0.1uS,抖动远小于1uS，通过直接穿插通讯，可以实现轴与轴之间的直接通讯，进而进步系统的响应才能。3.5控制系统先进性由于工控机APC820提供强大的运算才能以及通过高速实时以太网POWERLINK100Mbps连接工控机与伺服驱动器，使得可以实现复杂的运动控制算法对伺服电机的集中式控制，并且可以实现一台工控机对多台6轴机器人的控制。贝加莱的软件开发平台Aut

8、omationStudio集成有标准的关节型机器人运动功能模块，使得用户开发和调试机器人软件的时间大为缩短。系统具有很强的可扩展性，APC820可以通过接口卡方便地连接Ethernet、POWERLINK、ProfiBus、DeviceNet、CANOpen、Modbus等主流现场总线模块。由于系统硬件模块少，电气布置简单，连线少，一方面减少了电控柜的体积，另一方面使得电气系统的可靠性得到了进步。4.系统软件设计4.1机器人技术-TRF_Lib库支持机器人技术是由齐次转换库作为核心的，是在CNC根底之上的一个应用，对于六自由度机器人系统，通过将X,Y,Z,Pitch,Yaw,Roll的各机器人

9、轴转换为CNC的轴控制，此转换经过为一个多变量系统的耦合和解耦问题，通过傅立叶变换，将非实域的轴参数转换为在实域中的参数，因此，这个运动学转换库Transfomer对于不同的机器人类型是不同的，BR的系统可支持14种不同的机器人类型，如SCARA,Tripod,也包括奇瑞所使用全关节型6自由度机器人。图3机器人系统框架图4.2系统软件架构设计控制系统软件主要分为人机界面与下位机两局部。机器人系统软件架构如图4所示图4机器人系统软件架构图4.2.1人机界面设计功能1主页面图5主画面主界面主要是机器人处于工作状态时的界面，该页面的主要功能是执行程序，机器人进入工作状态。可以进展中英文界面切换。主界

10、面如图5所示。2设置页面功能设计l编码器清零l治理示教点位置l工具参数设置l密码修改lI/O界面监控，可对I/O进展强迫操纵。3文件治理功能图6文件治理画面l创立新的程序l程序复制l文件删除l程序加载4程序界面l程序的编辑l点的示教操纵l程序的试运行5Move界面在该界面，对机器人进展点动操纵，其可实现包括：l机器人坐标系的选择l设置机器人点动速度l实时显示六个轴的位置状态图7奇瑞机器人的Move画面6报警画面l当前报警的去除l历史报警查询7可视化的I/O维护界面对于奇瑞的机器人系统，为了进步系统维护方面的简便性，结合BRX20系列本身所具有的可视功能，对每个I/O点进展监控，当出现问题时，系

11、统可自动显示故障点所在，给予现场维护人员直接的技术支持，及时的进展处理。图8可视化的I/O维护界面4.3力矩前馈控制技术在机器人系统中普遍存在的问题就是当机器处于高速运行，并运行范围较大时，那么出现振动和运行轨迹偏向较大的现象，借助于BR系统所具有的强大功能，工程师们对机器人系统进展了仿真分析，对影响抖动和轨迹偏向的因素进展仿真实现，调整控制参数来实现机器人系统的抖动降低和偏向问题。通过MATLAB/Simulink对机器人系统进展建模，对机器人的各个运动轴经过中的耦合经过进展分析，寻找影响系统抖动的因素，并通过力矩的前馈算法设计，对这些轴耦合经过中的偏向和抖动进展补偿设计，基于建模的MATL

12、AB/Simulink建模后，其可通过StateflowWorkshop等工具自动生成代码，这些代码可以直接导入到BRAutomationStudio上可以直接运行，这样可以实现从仿真到硬件在环测试(HardwareIntheLoop)的直接运行。力矩前馈控制技术是目前最先进的解决机器人运动经过中的抖动和偏向的方案，借助控制系统的强大才能，得以在奇瑞的机器人上实现，获得了非常明显的效果。5.结论工业机器人作为当代制造业主要的自动化装备之一，使焊接自动化获得了革命性进步，在提升企业技术程度，稳定产品质量，进步消费效率，实现文明消费等方面具有重大作用。这些年，随着国内汽车制造业的迅猛开展，机器人技术作为先进制造技术的主要手段得以广泛应用。借助于POWERLINK通讯技术、智能型的ACOPOSMulti驱动器、高性能的APC820工控机以及多平台性能的AutomationStudio软件开发工具，使得基于贝加莱系统开发的这款机器人整体性能到达国际领先程度，这是一个非常具有竞争力的产品设计。