双臂并联机器人的运动控制程序设计

Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 253

Program Design •

程序设计

【关键词】双臂并联机器人 运动控制 Sysmac Studio 程序

1 绪论

双臂并联机器人的主动臂分别由一个伺服电机驱动，从动臂（长平衡杆）一端与主动臂相连，另一端连接平动盘。在伺服电机的驱动下，主动臂带动从动臂动作，实现平动盘在平面内运动，如图1所示。若在平动盘下安装一电磁铁，能实现在将铁片从左搬运到右。

双臂并联机器人的控制器选用欧姆龙NJ 系列PLC 。需要在PLC 中编写程序，实现机器人的运动控制。该机器人工作时的运动轨迹：

原点(Pos_up)→左上位置（Pos_L_up ）→左下位置（Pos_L_down ）→电磁铁得电吸住铁片→左上位置（Pos_L_up ）→原点(Pos_up)→右上位置（Pos_R_up ）→右下位置（Pos_R_down ）→电磁铁失电放下铁片→右上位置（Pos_R_up ）→回原点，开始新一轮循环。

2 角度与坐标的转换

通过控制电机转动的角度可实现带有电磁铁的机器人平动盘的运动。这就需要建立一个坐标系，建立电机转动角度θ1、θ2与电磁铁位置坐标（x,y ）的转换关系——双臂并联机器人的运动学正反解。

运动学正解——已知：两根轴上电机的旋转角度分别为θ1、θ2，要推算出电磁铁位置(X,Y)。

运动学反解——已知：电磁铁位置(X,Y)，要推算出此时两根轴上电机的旋转角度θ1、θ2。

3 运动轨迹的程序设计

为控制运动轨迹，可使用控制器的运动控制功能模块，MC 模块。若将控制对象——

双臂并联机器人的运动控制程序设计

文/许文稼 王斌 张波 吴正勇

实际的伺服电机称为“实轴”。那么MC 模块包含的虚拟伺服驱动器、编码器，可构建“虚轴”(不使用实际伺服驱动器及编码器),作为

同步控制的主轴使用，实现预先进行轨迹规划。然后再将“实轴”与“虚轴”进行同步，控制机器人实际伺服电机旋转，实现“实轴”运动到规定的位置坐标处。

在编写程序时，考虑电机带的是绝对值编码器，所以只需执行一次复位，程序里采用的是MC_Home 指令。

整个程序包括主程序和功能块。功能块包括：

（1）“左角度”功能块：由坐标（x ，y ）换算出左轴的旋转角度；

（2）“右角度”功能块：由坐标（x ，y ）换算出右轴的旋转角度；

（3）“坐标”功能块：由左右两轴的旋转角度θ1、θ2换算出坐标（x ，y ）；

（4）“虚轴运行”功能块：设定运动轨迹中的5个关键位置坐标，控制左、右虚轴组成的“虚轴组”沿直线运行（指令MC_MoveLineAbsolute ），并在适当时间控制电磁铁的电的得失。

（5）“点动运行”功能块：每按一次点动按钮（以向上的点动按钮为例），修改一次当前坐标（x ，y ），虚拟轴沿直线运行（指令MC_MoveLineRelative ） 。

主程序包括：

（1）初始设定：使用“坐标”功能块，将电机旋转为0度时的坐标标记为坐标系原点位置，由电机当先的旋转角度计算出当前坐标（x ，y ）；提高插补速度的自适应性；启停及复位按钮的输入信号设定。

（2）启停控制：复位信号有效，则对实轴进行复位（MC_Reset ）,对虚轴组进行复位

（MC_GroupReset ）并对虚轴进行复位（MC_Reset ）；停止信号有效或有复位信号，则使

实轴减速停止（MC_Stop ）虚轴组减速停止（MC_GroupStop ）并使虚轴减速停止（MC_Stop ）；电磁铁失电。

（3）原点返回：开始按钮按下后，将实轴驱动器与虚轴驱动器切换为可运行状态（MC_Power ）；实轴与虚轴均复位（MC_Home ），接着虚轴以速度300mm/s 移动到原点坐标（MC_MoveAbsolute ），此时“轴组准备好”及“伺服准备好”。

（4）运行：开始按钮按下后，使用“虚轴运行”功能块计算出电磁铁到达关键位置时对应的伺服电机的角度；使用“点动运行”功能块修改虚拟轴的位置；当满足“轴组准备好”，使用“左角度”功能块，将虚轴计算出的位置坐标转换为对应的伺服电机旋转角度；当满足“伺服准备好”，使用MC_SyncMoveAbsolute 指令，控制实轴运动到预置的位置。

4 总结

使用该程序控制双臂并联机器人的运动，实现了其动作迅速，连贯，可长期持续运行。

参考文献

[1] 欧姆龙自动化（中国）有限公司.“Omron

杯”Sysmac 自动化控制应用设计大赛培训教材[Z].2015(07).

[2]欧姆龙自动化（中国）有限公司.NJ 系列

CPU 单元用户手册运动控制篇(SBCE-363) [Z].2013(08).

[3]欧姆龙自动化（中国）有限公司.NJ

系列指令基准手册基本篇(SBCA-360) [Z].2013(06).

作者单位

常州机电职业技术学

院 江苏省常州市 213164

●基金项目：江苏省科技支撑计划《双臂机器人本体结构与关键功能部件研制》，基金号：BE2013003-2。

图1：双臂并联机器人搬运示意图