基于CAN总线液压喷漆机器人控制系统设计与实现

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1、)HI)"机床与液压##""&X.CX+基于B-.总线液压喷漆机器人控制系统设计与实现付永领!王$岩!裴忠才"北京航空航天大学自动化学院!北京!"""*&#摘要!本文在对12)#!!机器人原理进行分析的基础上!设计出基于B-.总线的机器人控制系统!采用上"下位微机结构形式!上位机为管理级!下位机为直接控制级!对单通道进行了仿真!结果表明控制系统工作稳定"实时性强!达到设计要求#关键词!机器人$控制系统$B-.总线!"8.3(-(0D"-$.U-).%(%4-D%:%)N%()2%$E/8)"’P-8"0%(N*VP,8]@9C2?3D12?!,-./962!W78c4C

2、2?3F61%(>1M12?@21N>GA1KLC=->GC265K1FA62J-AKGC265K1FA!(>1M12?!"""*&!B4126&*:8)2-+)’$4GC5?4626DLa12?K4>IG12F1ID>C=K4>GCTCK12)#!!!6FC2KGCDALAK>OT6A>JC2B-.T5AP6AJ>A1?2>JR$41AFC2KGCDALAK>OKCCQ6I>GAC26DWB6AK4>A5I>GN1ACGL)FC2KGCDD>JFCOI5K>G!62JA1SA12?D>)F41IA6AFC2KGCDD>G(AFCG>AKCF4>>QK4>AK6K>C=

3、K4>A1SMC12KAC=K4>GCTCKR[1O5D6K1C2)G>A5DKA4CP>JK46KK4>FC2KGCDALAK>OP6AG>D16TD>!G>6D)K1O>62JO>>KK4>J>A1?2G>:51G>O>2KR;"/<%208’‘CTCK$BC2KGCDALAK>O$B-.T5A!$引言#所示#六个位置传感器负责检测机器人六个关节状态!传感器的电阻AfVQ3#整个系统由机械本体12)#!!机器人是保加利亚生产的一种喷漆机器人!机器人的控制系统采用示教再现方式#由于控制%机械手&"控制柜!液压站三部分组成#系统的元件老化!以及机器人大功率集成驱动单元的

4、由图#可以看出!通过对+个伺服阀的开口方向研究和实际应用的需要!对其控制系统进行了重新设和开口大小的控制可以实现机器人的各种动作#计!提出了基于B-.总线的上"下位微机控制系"$控制系统的总体设计统#对机器人位置的精确控制是机器人控制系统所要完成的主要任务#为了达到实时控制性能好"伺服控12)#!!机器人是关节式机器人!其结构简图制精度高!采用了上"下位机控制系统结构形式#上如图!所示!它具有六个位机为一台WB工控机!主要负责机器人的路径规自由度!即六个关节!其划!任务分配!系统监视等!下位机为+个单片机!中旋转关节-!!]的主要负责伺服阀的控制和位置传感器的信号采集

5、等!轴线垂直于0^9平面!控制系统的总体框图如图&所示#(!B!7的轴线平行于0^9平面!采用电液伺服驱动!伺服驱动电路集成在下位机控制系统中!经过进一步集成有望将B-.总线与伺服驱动电图!$机器人结构简图路集成在伺服阀的驱动线圈中#机器人的腰部回转关节以及大臂"小臂的转动关节分别由三个双作用伺服图&$控制系统总体方案采用这种控制系统!可以实现上位机对各个关节的单独控制!下位机+个单片机系统是并行工作的!每个单片机系统负责本关节的控制和反馈信号的处理!同时采用中断方式和上位机联系!接受上位机的控制信号和向上位机传送各关节的位置信号#单片机控制系统%#&负责检测环境状态#

6、#$控制系统上位机设计与实现!"!#上位机的组成和主要功能上位机是整个控制系统的核心部分!主要包括两个部分’!工业级WB!选用研华的8WB)+!"$"和图#$12)#!!机器人液压系统原理简图下位机进行通讯的B-.卡!B-.卡选用研华的WB;油缸驱动$手腕具有三个转动关节轴!分别由三个摆)*U!#WB;)*U!是具有两个B-.接口的板卡!可动液压伺服马达驱动!机器人液压系统原理简图如图以在^[!b1A56D(6A1F和b1A56DBgg等环境下使!机床与液压"#""&X.CX+)HJ)用!支持B-.#X"(传输协议"上位机具备以下几个主要功能#!机器人控制系统的初始化

7、$"提供控制接口$#机器人运动轨迹规划!综合优化控制算法的实现$$示教再现的数据存储$图V$下位机结构框图-和下位机通讯$$$!B-.通讯模块"B-.总线通讯模块主要负4实时动画显示"责上%下位机通讯!下位机接受上位机的指令!同时!#"上位机的控制程序设计向上位机发送各关节的位置状态信息"B-.通讯模由于上位机的速度较快!因此大部分的计算主要块主要由控制器%总线收发器等组成"控制器采用由它来承担!包括运动规划和示教数据的存储等!整W41D1IA公司生产的[<-!"""及其配套的*#B#V"B-.个系统的初始化工作也要由它来完成!其程序流程