【摘 要】
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智能制造的关键在于运动控制系统,目前运动控制系统向着标准化、模块化、可重构化、集成化发展。本文针对目前运动控制器的编程语言、编程平台不一,对硬件平台依赖大和通用性差等问题,基于PLCopen规范开发了一套基于轴组功能块的开放式工业机器人运动控制系统。本文的主要工作总结如下:首先,在对单轴状态机和轴组状态机运行机制分析的基础上,提出了基于PLCopen多轴SCARA运动控制系统总体设计。针对轴组内的
【基金项目】
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工信部工业互联网创新发展工程项目《面向“新工科”的工业互联网平台工程实训基地建设与实践教学模式推广》; 湖北省教学改革项目《面向CPS教育的《机电传动控制》课程虚拟调试平台设计》
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智能制造的关键在于运动控制系统,目前运动控制系统向着标准化、模块化、可重构化、集成化发展。本文针对目前运动控制器的编程语言、编程平台不一,对硬件平台依赖大和通用性差等问题,基于PLCopen规范开发了一套基于轴组功能块的开放式工业机器人运动控制系统。本文的主要工作总结如下:首先,在对单轴状态机和轴组状态机运行机制分析的基础上,提出了基于PLCopen多轴SCARA运动控制系统总体设计。针对轴组内的坐标变换内容,基于PLCopen-Part4对本文的机器人平台进行了运动学的分析并进行了仿真验证,建立了机器人轴坐标系ACS与机器坐标系MCS映射。其次对笛卡尔坐标下的轨迹规划设计了多种规划方法,包括一种通用性的S型速度曲线规划和基于指数函数速度曲线关节空间的轨迹规划。同时为了运动控制的准确性和实时性,设计了基于S型速度曲线的直线插补和圆弧插补算法并且进行了仿真验证。为后面的功能块内部算法编写打下了理论基础。然后基于PLCopen标准,设计了多个运动控制及功能性功能块。分析了轴组运动控制功能块的参数传递机制,为了保证轴组功能块的高效运行,建立了轴组和功能块结构体。接着设计了基于轴组功能块的SCARA机器人使能、复位、直线运动、圆弧运动等功能块。针对运的过程中需要运动混成（Blending）的工况,设计了基于连续多段曲线轨迹规划方法,计算出了两条轨迹混成的衔接轮廓表达式,实现了Buffer Mode功能。基于以上成果,设计了基于PLCopen的工业机器人多轴运动控制系统,然后在PC+Twincat+Ether CAT工业以太网搭建的试验平台上进行了实验验证。实验结果证明了设计的功能块的有效性。
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