四轴码垛机械手控制方案

1、码垛机械手简介 用于再现人手的的功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。 工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动生产设备。工业机械手也是工业机器人的一个重要分支。它的特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现在人的智能和适应性。 现代工业机械手起源于20世纪50年代初，是基于示教再现和主从控制方式、能适应产品种类变更，具有多自由度动作功能的柔性自动化产品。机械手首先是从美国开始研制的。1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。此后德国、瑞士、瑞典、日本和中国也着手机械手的研究领域。 垛码机是专业的自动化搬运码垛设备，替代人工搬运码垛，机器人示教操作方法相当简单，只需定位抓起点和摆放点，两点之间的轨道全由电脑控制，两点直线运动，定位十分准确。生产上能迅速提高公司的生产效率和产量，同时能减少人工搬运造成的出错；机器手码垛机可全天候作业，配备机器手可替代不少工人的工作量，由此每年能节省几十万的人力资源成本，达到减员增效！机械手码垛机是目前占地最小、效率最高、适应能力最强的码垛机。 码垛机械手适应于化工、饮料、食品、啤酒、塑料、空调行业等生产企业；对各种纸箱、袋装、罐装、啤酒箱、瓶装等各种形状的包装成品都适应。 机械手的发展是由于它的积极作用正日益为人们所认识,因而，受到很多国家的重视，投入大量的人力物力来研究和应用。尤其是在高温、高压、粉尘、噪音以及带有放射性和污染的场合，应用的更为广泛。在我国近几年也有较快的发展，并且取得一定的效果，受到机械工业的重视。 2、技术指标（部分数据来源于厂家提供） （1）抓举重量 50KG （2）码垛次数 1200次/小时 （3）运动轴数 4轴 （4）手臂旋转角度 300° （5）手爪调整角度 320° （6）重复定位精度(单向精度):H.V.B直线轴 ±0.0025 mm （7）定位精度 ±0.001mm 3、系统方案 3.1系统分析 从机械系统而言，机械手码垛机的主要由运动单元、驱动系统、控制系统和手爪等辅助器件构组成。如图示 码垛机械手从控制角度而言只是点位控制，要满足高速、高精要求，关键是控制系统的高速处理能力和加减速处理方法。采样时间越短，控制性能越好，但对控制系统的计算能力要求越高，对系统的实时响应能力越快。我们开发的IFSB (Industrial Field Serial Bus)多轴实时同步运动平台的插补时间在无操作系统的条件下可达1ms，采用实时操作系统可达500us。具有很高的快速响应能力。 IFSB (Industrial Field Serial Bus) 是一种适合于实时高速多轴同步运动控制的网络总线。在基于标准PC的运动控制器与标准伺服驱动器（模拟或脉冲控制信号可配置）、步进电机驱动器、变频器、数字I/O、模拟I/O、绝对编码器以及用户自己制造的符合IFSB接口的各种设备之间提供一个端口12Mbps的传输速率的同步实时连接（系统有四个端口，可提供高达48Mbps传输速率的高速同步实时总线），可支持最多达128轴的实时同步运动控制，接口机箱可方便级连，扩展方便；所有信息以数字形式在控制器与设备之间传输，支持系统复杂模型的集中控制；硬件实时同步使得通讯周期的最大抖动小于500ns，可满足高速高精度的控制要求。操作系统支持WINDOWS2000/XP，XP Embedded以及Linux。 3．2系统组成示意图 3．3系统组成 (1) 触摸显示屏 界面显示，开关机控制，输入输出控制，故障报警显示等所有人机交互工作。 （2） 工控机 电机控制，I/O控制，机械动作的模拟和控制，加工工艺和参数的保存等。 （3） PCI通讯主卡 工控机与总线接口机箱之间的高速通讯，通讯速率可高达12M. （4） 总线接口卡机箱 总线接口卡机箱是连接上位机和伺服电机等执行机构之间的接口,可以根据具体需求连接2轴伺服电机卡、单轴伺服电机卡、I/O板等各种板卡。 具体到本设备只要连接2片2轴伺服电机控制卡， 1片从通讯卡（包括一个伺服电机控制），1片I/O卡（32路输入， 24路输出）。 3.4控制系统软件功能 界面上显示设备运行的直观动态图,并支持良好的示教功能。 4、设备选型 4．1控制系统硬件 （1）2轴伺服电机控制卡 2片 （2）主通讯卡 1片 （3）从通讯卡 1片 （4）工控机 1台 （5）15寸液晶触摸屏 1台 （6）总线接口卡机箱 1个 （7）I/O控制板 1片 4．2电器系统（用户自购） （1） 低压电器部分： 没有特殊要求 （2） 伺服电机部分 要求选在动态响应时间尽可能短的进口伺服驱动器和伺服电机，同时电机驱动器要有模拟量和脉冲控制两种控制方式 5、系统特点 5．1 系统性能强大 IFSB总线控制平台基于PC控制，具有12Mbps的通讯速率，插补周期为1ms，最小可达500us，可满足高性能的计算，适合高速高精的控制要求。 5.2 系统稳定可靠 上位机采用标准工控机。所有板卡均采用工业级芯片，工业波峰焊机焊接，产品经严格测试，保证工业现场不间断可靠运行。各类板卡自行设计，拥有自主知识产权，性价比高。已应用于机床、纺织木工设备的控制。 5．3系统便于知识产权保护 各类板卡自主开发,加上上位机程序配合,可以方便实现复杂的运动控制关系，。摆脱传统运动控制器的束缚和依赖。同时企业可以根据其自身的特点，在此平台上将自己的专有知识结合进控制系统，开发出专有的运动控制器，形成有自己特色的产品，很难被同行仿造和模仿。对于保护知识产权非常有利，有效提升企业产品的核心竞争力。 5．4开发平台先进 IFSB实时高速多轴同步运动控制平台,具有10Mbps的传输速率，可支持最多达128轴的实时同步运动控制，同步控制精度小于1µs，在WINDOWS操作系统平台上无实时扩展时，可实现1ms的控制更新周期。有机地将运动控制与逻辑控制、过程控制融为一体，最大满足客户的各种复杂需求。 5．5系统扩展性能好 系统具有轴控和I/O级联扩展能力，可扩展128个轴和多达2000的I/O点。为外围轴数及I/O点数的扩展预留充分的空间，便于设备将来的升级换代。 IFSB采用总线型拓扑结构，系统具有对节点的自枚举、自识别功能，节点的扩展连接非常方便。 5．6系统适合复杂关系控制 系统平台采用工控机＋通讯卡＋插槽式机箱这种开放式结构，所有信息以数字形式在控制器与设备之间传输，支持系统复杂模型的集中控制，构成节点分布，控制集中的通用总线式软件化智能运动控制平台，特别适合于控制轴数多、运动关系复杂的各类控制要求。