SCARA型装配机器人中基于DSP的伺服系统
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表!
参 数 $" !" # +,-./+ # ,1+2,3 !!"
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相关参数定义
参数 %& %( %’ %+,, ’(#: 参数定义 比例增益 积分增益 微分增益 速度前馈增益 电动机偏差
"
结语
参数定义 电动机输出 第 " 个采样时刻的位置偏差 第 " 个采样时刻的目标 位置和实际位置 第 " 个采样时刻的误差积分值 当前期望速度
4
!"#$# 型装配机器人操作机
从运动空间来看要求装配机器人操作机能够完成
一个圆盘上 Q 个轴类零件两工位搬运运动， 并在其中 一个工位的垂直方向完成一个轴孔装配作业。按照该
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 较大的共性问题， 算是抛砖引玉和同行探讨。 可靠地解决活塞运动终了时的运动冲击问题； 提供了 切实有效的清洁定位元件表面的吹风方案。使分度转 台这一重要数控附件的可靠性、 性能更优越。当然， 任 何机电产品在生产、 使用过程中依然还会暴露出来这 样那样的问题， 笔者在这里只是列举了其中几个影响
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服系统框图如图 ) 所示。
伺服系 统 由 基 于 340 的 运 动 控 制 器、 伺服驱动 器、 伺服电动机及光电编码器组成。伺服系统包含三 个反馈子系统： 位置环、 速度环、 电流环。其工作原理 !() 基于 &"’ 的运动控制器 *#+,---./ 简介 深圳摩信科技公司的 5167$$$ 系列智能运动控 如下： 执行元件为交流伺服电动机， 伺服驱动器为速 度、 电流闭环的功率驱动元件， 光电编码器担负着检测
:$#<# 环保压缩机装配机器人采用分布式控制 结构体系， 以工业计算机作为主控级计算机， 伺服系统 中采用了基于 !:% 的伺服级计算机 =$>?@@@A8 运动 控制器。通过 %(! ) 速度前馈控制算法调整控制参数 实现由主控级计算机协调各关节的运动， 并准确地跟 踪机器人的空间轨迹， 有效地提高了环保压缩机装配 过程中的装配精度、 产品质量和生产效率。 参
%
参 （编辑
考
文
献
廖效果， 朱启逑 O 数字控制机床 O 武汉： 华中科技大学出版社， %&&! O
宋业钧） （收稿日期： !##’ T %! T #$）
文章编号： U’#’ 如果您想发表对本文的看法， 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
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表!
项 目 大臂 运动范围 "#$% 最大速度 最大负荷 定位精度 #$$% + ,
4 5 9
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考
文
献
深圳摩信科技有限公司 B =$>?@@@ 系列控制器使用手册 B 5@@4 B 张兴国 B 环保压缩机装配机器人的控制系统及轨迹规划研究， 南京 理工大学硕士论文 B 5@@9 B 马香峰等 B 工业机器人的操作机设计 B 北京： 冶金工业出版社， 4CC7 B
第一作者： 张兴国， 男， 南通工学院机 4CD7 年生， 械工程系讲师， 硕士， 主要从事机电一体化及机器人技 术研究。 （编辑 吕伯诚）
!
关节伺服控制算法及伺服系统工作流程
为了对系统实现精确而稳定的控制， 装配机器人
伺服系统中采用了 %(! ) 速度前馈控制算法。通过调 整控制参数， 可以达到较好效果。算法如下式： （ # +,-./+） （ # ,1+2,3） !" * " 0 " $" * !"%& )（ !" 0 !" 0 4 ） %’ ) ( !!" ) %( ) 567 ) " * +,-./+ %+,, ) 8 ) -./0 表 9 给出了公式中相关参数的定义。
!
"#$%$ 型装配机器人中基于 &"’ 的伺服 系统
机器人控制技术对其性能的优良起着重大的作
用。为提高稳定性、 可靠性和工业现场的抗干扰性， 采 用 “工业 01 2 340 运动控制器” 的结构来实现机器人 控制： 伺服系统中伺服级计算机采用以信号处 理 器 （340） 为核心的多轴运动控制器， 借助 340 高速信号 处理能力与运算能力， 可同时控制多轴运动， 实现复杂 的控制算法并获得优良的伺服性能。
表4
项 目
装配机器人总体方案
要 求
结构类型 自由度 控制方式 驱动方式 传动方式
平面关节式机器人 （IE*M*） （大、 小臂回转， 主轴上下， 旋转运动） ’个 开放式结构 （管理、 控制、 伺服三级结构） 交流伺服驱动、 绝对式光电编码器位置反馈 电动机 R MS 减速器， 同步齿形带， 滚珠丝杠
!"#$# 型装配机器人中基于 %!& 的伺服系统
张兴国! 殷爱华"
（!南通工学院机械工程系， 江苏 南通 !!"##$； 江苏 南京 !%##&’） "南京理工大学机械工程学院， 摘 要： 介绍了 !"#$# 型环保压缩机装配的装配机器人中基于 %!& 的伺服控制系统， 阐述了基于工业 &" 和运动控制器的分布式控制结构体系实现系统的控制和作业管理及采用 &’% 算法实现各关节的伺 服控制， 完成各关节的运动规划。 关键词： %!& 机器人 伺服系统 &’%
・ #7 ・
伺服电动机速度和位置的任务。伺服级计算机的主要 功能是接受控制级发出的各种运动控制命令， 根据位 置给定信号及光电编码器的位置反馈信号， 分时完成 每个关节的误差计算、 控制算法及 ! " # 转换、 将速度 给定信号加至伺服组件的控制端子， 完成对各关节的 位置伺服控制。 前向通道采用 ! " # 转换卡， $%& 分时控制 ! " # 转 换器的输出， 作为每轴的速度给定信号。反馈通道包 括整形、 滤波、 方向判别及可逆计数器。整形滤波器电 路用来处理经长线传输的光电编码器的脉冲信号； 利 用 #、 通过可逆 ’ 相脉冲的相位来判别电动机的转向； 计数器将脉冲信号转换为数字信号， 作为位置反馈信 号。反馈通道接口电路选用与伺服级计算机兼容且与 光电编码器配套的接口卡。
（收稿日期： 5@@8 0 @8 0 @7） 文章编号： 68@6 如果您想发表对本文的看法， 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
・ 5C ・
装配机器人主要技术指标
技术指标 小臂 "&&% #$$% + , * -. $ / # ’’ ! 轴上下 #&$ ’’ #$$ ’’ + , ! 轴旋转 ( )*$% )*$% + ,
制器包括主控制板、 接口板以及控制软件等。具有开 放式结构、 高速、 高精度、 网际在线控制、 多轴同步控 制、 可重构性、 高集成度、 高可靠性和安全性等特点， 是 新一代开放式结构高性能可编程运动控制器。 根据系统需要选用 5167$$$89 四轴运动控制器。 图 # 为 340 多轴运动卡的硬件原理图。图中增量编码 器的 :$ （:$） 、 、 （ 1$） 信号作为位置反馈。运 ;$（ ;$） 1$ 动控制卡通过 9 倍频、 加减计数器得到实际的位置。 实际位置信息存在位置寄存器中， 计算机可以通过控 制 寄 存 器 进 行 读 取。 运 动 控 制 卡 的 目 标 位 置， 由计算机通过机器人运动轨迹规划求得。 通过内 部计算得到位置误差值， 再经过加减速控制和数字滤 波后， 送到 3 + : 转换 （ 3:1） 、 运算放大器、 脉宽调制器 （0<5） 、 硬件处理电路， 转化后输出伺服电动机的控 制信号或 0<5 信号。各个关节可以完成独立伺服控 制， 能够实现线性插补控制、 二轴圆弧插补控制。 !(! "#$%$ 型装配机器人伺服系统及工作原理 根据性能指标及技术要求， 提出伺服系统方案， 伺
该任务单元的主要作用是： 完成装配机器人关节 完成系统保护； 反馈 4 ; 8 轴伺服电动机的 %(! 控制； 各个关节的位置和速度信息； 任务的输入信息为运动 控制任务单元进行轨迹规划产生的期望路径点， 根据 这些期望路径点在低层关节位置伺服中实现关节的位 置伺服控制。同时还设置了一定的系统保护功能， 如 当前实际位置值与规划点的误差过大、 电动机的转速 过大或出现错误时将关掉伺服。图 8 为关节位置伺服 控制流程， 图 6 为伺服系统工作流程图。
参 数 $" !" # +,-./+ # ,1+2,3 !!"
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相关参数定义
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结语
参数定义 电动机输出 第 " 个采样时刻的位置偏差 第 " 个采样时刻的目标 位置和实际位置 第 " 个采样时刻的误差积分值 当前期望速度
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从运动空间来看要求装配机器人操作机能够完成
一个圆盘上 Q 个轴类零件两工位搬运运动， 并在其中 一个工位的垂直方向完成一个轴孔装配作业。按照该
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服系统框图如图 ) 所示。
伺服系 统 由 基 于 340 的 运 动 控 制 器、 伺服驱动 器、 伺服电动机及光电编码器组成。伺服系统包含三 个反馈子系统： 位置环、 速度环、 电流环。其工作原理 !() 基于 &"’ 的运动控制器 *#+,---./ 简介 深圳摩信科技公司的 5167$$$ 系列智能运动控 如下： 执行元件为交流伺服电动机， 伺服驱动器为速 度、 电流闭环的功率驱动元件， 光电编码器担负着检测
:$#<# 环保压缩机装配机器人采用分布式控制 结构体系， 以工业计算机作为主控级计算机， 伺服系统 中采用了基于 !:% 的伺服级计算机 =$>?@@@A8 运动 控制器。通过 %(! ) 速度前馈控制算法调整控制参数 实现由主控级计算机协调各关节的运动， 并准确地跟 踪机器人的空间轨迹， 有效地提高了环保压缩机装配 过程中的装配精度、 产品质量和生产效率。 参
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参 （编辑
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廖效果， 朱启逑 O 数字控制机床 O 武汉： 华中科技大学出版社， %&&! O
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文章编号： U’#’ 如果您想发表对本文的看法， 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
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项 目 大臂 运动范围 "#$% 最大速度 最大负荷 定位精度 #$$% + ,
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深圳摩信科技有限公司 B =$>?@@@ 系列控制器使用手册 B 5@@4 B 张兴国 B 环保压缩机装配机器人的控制系统及轨迹规划研究， 南京 理工大学硕士论文 B 5@@9 B 马香峰等 B 工业机器人的操作机设计 B 北京： 冶金工业出版社， 4CC7 B
第一作者： 张兴国， 男， 南通工学院机 4CD7 年生， 械工程系讲师， 硕士， 主要从事机电一体化及机器人技 术研究。 （编辑 吕伯诚）
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关节伺服控制算法及伺服系统工作流程
为了对系统实现精确而稳定的控制， 装配机器人
伺服系统中采用了 %(! ) 速度前馈控制算法。通过调 整控制参数， 可以达到较好效果。算法如下式： （ # +,-./+） （ # ,1+2,3） !" * " 0 " $" * !"%& )（ !" 0 !" 0 4 ） %’ ) ( !!" ) %( ) 567 ) " * +,-./+ %+,, ) 8 ) -./0 表 9 给出了公式中相关参数的定义。
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"#$%$ 型装配机器人中基于 &"’ 的伺服 系统
机器人控制技术对其性能的优良起着重大的作
用。为提高稳定性、 可靠性和工业现场的抗干扰性， 采 用 “工业 01 2 340 运动控制器” 的结构来实现机器人 控制： 伺服系统中伺服级计算机采用以信号处 理 器 （340） 为核心的多轴运动控制器， 借助 340 高速信号 处理能力与运算能力， 可同时控制多轴运动， 实现复杂 的控制算法并获得优良的伺服性能。
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项 目
装配机器人总体方案
要 求
结构类型 自由度 控制方式 驱动方式 传动方式
平面关节式机器人 （IE*M*） （大、 小臂回转， 主轴上下， 旋转运动） ’个 开放式结构 （管理、 控制、 伺服三级结构） 交流伺服驱动、 绝对式光电编码器位置反馈 电动机 R MS 减速器， 同步齿形带， 滚珠丝杠
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张兴国! 殷爱华"
（!南通工学院机械工程系， 江苏 南通 !!"##$； 江苏 南京 !%##&’） "南京理工大学机械工程学院， 摘 要： 介绍了 !"#$# 型环保压缩机装配的装配机器人中基于 %!& 的伺服控制系统， 阐述了基于工业 &" 和运动控制器的分布式控制结构体系实现系统的控制和作业管理及采用 &’% 算法实现各关节的伺 服控制， 完成各关节的运动规划。 关键词： %!& 机器人 伺服系统 &’%
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伺服电动机速度和位置的任务。伺服级计算机的主要 功能是接受控制级发出的各种运动控制命令， 根据位 置给定信号及光电编码器的位置反馈信号， 分时完成 每个关节的误差计算、 控制算法及 ! " # 转换、 将速度 给定信号加至伺服组件的控制端子， 完成对各关节的 位置伺服控制。 前向通道采用 ! " # 转换卡， $%& 分时控制 ! " # 转 换器的输出， 作为每轴的速度给定信号。反馈通道包 括整形、 滤波、 方向判别及可逆计数器。整形滤波器电 路用来处理经长线传输的光电编码器的脉冲信号； 利 用 #、 通过可逆 ’ 相脉冲的相位来判别电动机的转向； 计数器将脉冲信号转换为数字信号， 作为位置反馈信 号。反馈通道接口电路选用与伺服级计算机兼容且与 光电编码器配套的接口卡。
（收稿日期： 5@@8 0 @8 0 @7） 文章编号： 68@6 如果您想发表对本文的看法， 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。
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装配机器人主要技术指标
技术指标 小臂 "&&% #$$% + , * -. $ / # ’’ ! 轴上下 #&$ ’’ #$$ ’’ + , ! 轴旋转 ( )*$% )*$% + ,
制器包括主控制板、 接口板以及控制软件等。具有开 放式结构、 高速、 高精度、 网际在线控制、 多轴同步控 制、 可重构性、 高集成度、 高可靠性和安全性等特点， 是 新一代开放式结构高性能可编程运动控制器。 根据系统需要选用 5167$$$89 四轴运动控制器。 图 # 为 340 多轴运动卡的硬件原理图。图中增量编码 器的 :$ （:$） 、 、 （ 1$） 信号作为位置反馈。运 ;$（ ;$） 1$ 动控制卡通过 9 倍频、 加减计数器得到实际的位置。 实际位置信息存在位置寄存器中， 计算机可以通过控 制 寄 存 器 进 行 读 取。 运 动 控 制 卡 的 目 标 位 置， 由计算机通过机器人运动轨迹规划求得。 通过内 部计算得到位置误差值， 再经过加减速控制和数字滤 波后， 送到 3 + : 转换 （ 3:1） 、 运算放大器、 脉宽调制器 （0<5） 、 硬件处理电路， 转化后输出伺服电动机的控 制信号或 0<5 信号。各个关节可以完成独立伺服控 制， 能够实现线性插补控制、 二轴圆弧插补控制。 !(! "#$%$ 型装配机器人伺服系统及工作原理 根据性能指标及技术要求， 提出伺服系统方案， 伺
该任务单元的主要作用是： 完成装配机器人关节 完成系统保护； 反馈 4 ; 8 轴伺服电动机的 %(! 控制； 各个关节的位置和速度信息； 任务的输入信息为运动 控制任务单元进行轨迹规划产生的期望路径点， 根据 这些期望路径点在低层关节位置伺服中实现关节的位 置伺服控制。同时还设置了一定的系统保护功能， 如 当前实际位置值与规划点的误差过大、 电动机的转速 过大或出现错误时将关掉伺服。图 8 为关节位置伺服 控制流程， 图 6 为伺服系统工作流程图。