scara平面机器人控制设计

1/4SCARA平面机器人5公斤组：手腕1一、本组的结构示意图图1：scara平面机器人设计结构图即如图1所示，本组作品需要安装四个电机，即四个自由度。二、电机选择在机电一体化产品的运动控制中，很多情况下都以控制电机作为其动力驱动装置，控制电机实在普通旋转电机的基础上发展起来的一种小功率电机，其基本原理与普通旋转电机并无本质区别，但是，普通电机的主要功能是完成能量的转换，注重点击在启动，运行和制动等方面的性能指标；而控制电机输出功率小，具有以下一些基本要求。（1）体积小、重量轻、响应速度快。（2）位置控制精度要求高、调速范围广、稳定性好。（3）适用于启、停频繁的工作要求。（4）可靠性高。由于考虑到尺寸、价格、功率、驱动力等因素，本组决定采用松下伺服电机来执行，下图是松下电机的型号命名方式图2：电机命名规则2/4电机选择情况位置理论功率/w型号（松下电机）底座100MSMA011A1A大臂100MSMA011A1A小臂30MSMA3A1A1A手腕138.05MSMA5A1A1A三、控制器选择1.选用准则由于机电一体化技术的应用范围很广，复杂程度也不一样，因此有各种各样的控制器。设计机电一体化控制系统，选用的控制器类型通常有三种：可编程控制器（PLC），单片机和标准的工业控制计算机。在上课以及网上查找资料了解了各种控制器的特点后，知道了在选择控制器之前要考虑到是采用专用控制器还是通用控制器，以及硬件和软件如何协调工作这两个问题，专用控制器适合于大批量生产已经定型额机电一体化产品。在开发新产品时，如果对产品的体积、重量、价格等有严格的要求，应考虑使用嵌入式控制器，专用控制器的设计，需要从电路板制作、电子元器件、安装调试等坐骑，对设计人员的要求高，开发周期长，开发成本高且风险大。2.品牌与型号本组决定采用翠欧（TRIO）运动控制器，型号MC206X，翠欧（TRIO）运动控制器是一种通用型控制器，可实现：直线、圆弧、螺旋线插补、电子凸轮、电子齿轮、多轴同步、虚拟轴等功能，与驱动器接口方式多样：RS232、485、以太网、Modbus、DeviceNET、Profibus、Sercos和通用伺服接口等。MC206X是TRIO公司推出的一款四轴运动控制器，通过软件配置各轴属性，可以对四个伺服轴或四个步进轴或二者的组合进行控制。3.接口类型MC206X的基本硬件配置包括：CAN总线通讯接口1个、数字量输入通道8路，数字量输入输出双向通道8路、模拟量输入通道1路、伺服使能1个、伺服速度控制模拟量指令4路、差分式编码器输入一个、差分式编码器/脉冲输出4个、USB接口一个、串行口两个。应用TRIOBASIC语言可以对MC206X进行多任务编程，MC206X支持脱机运行TRIOBASIC程序，当程序调试RIOMOTIONTECHNOLOGY7完毕，下载到控制器后，如果不需要上位机的话，MC206X可以单独运行。在运动控制器内部固化许多运动算法，只需要用几条简单的TRIOBASIC指令，就可产生像凸轮曲线、电子此轮、轴连接、插补等复杂的运动，以及协调运动。4.各部分介绍（1）CAN总线：标准的CAN总线，其连接端子在五孔连接器上。用于I/O模块扩展，也可以用作与其它CAN总线设备通讯。（2）24V数字输入通道：在MC206X本体上提供了8路数字量输入专用通道，可用作零点开关、限位开关、进给保持（暂停）开关等，在24V输入电路连接时把I/O电源的0v与控制器上I/O0v相接。（3）24V数字I/O通道：在MC206X上，除了上面说的专用24vINPUT外，还提供了83/4路I/O双向通道。当用作输出时，24V的I/O电源一定要连接。当不用做输出时，任何一脚都可以用作输入，用作输入时，和输入专用通道特性一样。（4）模拟量输入通道：在MC206X上有一路0—10V，10入通道。模拟输入电压是相对于IO0v的。为了A/D转换器能正常工作，24vI/O电源一定要提供。（5）伺服使能：在MC206X上配有和伺服放大器上servo_on相对应的常开继电器开关。用作对伺服放大器的使能。值得注意的是，在控制器上此功能只是一个开关的闭合，所以要把此开关和伺服电源串接到一起。此继电器的可由MotionPerfect中的DriveEnable按钮或TRIOBASIC指令WDOG=ON/OFF来控制。（6）模拟量输出：在MC206X上有和轴0—3对应的四路模拟量输出，用作速度控制模式下的速度指令输出。（7）差分式编码器输入：轴4，可以作为参考编码器的输入轴。为底座、大臂、小臂的运行位置、速度等的测量、记录和同步功能提供一个编码器输入。该接口可连接高速的差分方式的线性驱动编码器。（8）脉冲输出：在控制器上对应的是四个DB9型接口。四、驱动器、限位开关、传感器选择惠斯通伺服电机驱动器TH-100HA、天得TEND限位开关、欧姆龙速度传感器。五、编程语言类BASIC语言，简单易学，并可进行离线仿真，所以特别适合机器人的操控程序改造图3：机器人实体结构排布4/4图4：控制系统相互链接框图图5：控制器、驱动器、伺服电机连线图