一种开放式机器人控制器力_位混合控制的实现方法

一种开放式机器人控制器力/位混合控制的实现方法

王磊 柳洪义 郭大忠

东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳 110004

摘要:针对机器人主动柔顺控制在工程中如何实现的问题,开发了一种开放式机器人控制器。此控制器采用 PC+PMAC

的控制结构,利用伺服驱动器的两种不同的控制模式,提出了一种实用的力/位混合控制方案,给出了相应的硬件和软件的具体实现。实验表明,文章提出的力/位混合控制方法具有良好的稳定性和力控制精度。

关键词:开放式机器人控制器;主动柔顺控制;PMAC;力/位混合控制

中图分类号:T P273+.3 文献标识码:A 文章编号:1001-2265(2004)10-0072-03

The method of realization of force and position control for an ORC-open robot controller

WANG Lei LIU Hongyi GUO Dazhong

Abstract:A imed at the problem of realizing active compliance control in the project.This paper exploits an open architecture robot controller,which is based on an open architecture control configuration of PC+ing two different control models of the servo drivers,it br ings up a project of force and position control.Mean while,it g ives concrete realization of hardware and software. The experiment results show that a good control stability and accuracy of force have been attained by this way.

Key words:ORC-open robot controller;active compliance control;PMAC;force and position control

1 引言

随着机器人在各个领域应用的日益广泛,许多场合要求机器人具有力控制的能力。例如,机器人的精密装配、修刮或工件表面磨削、抛光和擦洗等。在操作过程中要求保持其末端执行器与环境接触。完成这些作业任务,必须具备从自由空间到约束空间的对力的柔顺控制能力[1]。

柔顺控制分为主动柔顺控制和被动柔顺性控制。被动柔顺控制由于其专业性强,成功率低等不足使应用范围受到限制。为了克服其不足,需要对机器人采用主动柔顺控制,即力控制。本系统采用基于PC总线的开放式机器人控制器[3,4],具体以PC+ DSP运动控制卡的结构来构造特种机器人开放式的硬件平台,以满足机器人在完成接触性作业时力控制的需要。

2 力/位混合控制特种机器人的工作原理

针对特殊接触性作业,本系统中的机器人是平面三自由度操作手,整个操作手有一个移动副,两个转动副。适用于在回转壳体内或外壁表面上完成某些接触性作业,如在壳体内完成清理污垢或打磨表面等。其中,整个操作手由三个伺服电机驱动,回转壳体由一个伺服电机驱动,共四个伺服电机。

3 开放式机器人控制器的构成

3.1 开放式机器人控制器的实现模式

控制系统以工业控制计算机(IPC)为上位机,以插接在IPC 主板ISA扩展槽内的DSP控制卡为系统的控制核心。此种IPC+ PMAC双CPU的控制模式具有实现方便、功能强大、可靠性高等特点,是一种开放式的控制系统。整个控制器采用了模块化的体系结构,工业PC机处理非实时的部分,实时的运动控制由DSP 运动控制卡来承担。

控制系统采用的DSP运动控制器为Delta Tau公司的!型PMAC八轴运动控制卡。PMAC从硬件和软件上都体现了优秀的开放性能和强大的运动控制能力。PMAC卡较一般运动控制器有很强的处理能力、轨迹特性和输入带宽,并且有较强的灵活

图1 机器人操作手工作原理图

1 大臂

2 小臂

3 执行机构(可绕X轴

旋转)4 不规则的内壁表面5 回转壳体性,能适用于多总线

结构(PC、STD、

VM E)。其具体的功

能包括:多轴插补计

算、用户辅助PLC编

程以及模拟量数据采

集处理。本系统中

PMAC控制卡的硬件

核心为Motoro la的

DSP56003数字信号处

理芯片,伺服周期单轴为55 s,可接收来自测速发电机、光电编码盘、光栅、旋转变压器的多种反馈信号,能与多种伺服电机兼容。PMAC控制卡的优良特性为实现专用机器人力控制提供了良好的硬件平台。

本系统应用的!型PMAC,有J1~J8不同功能的外部接口,可控制1~8轴。本系统中用到了四个接口,J3(多路拨码开关I/O)∀与ACC-34AA(PMAC的附件)连接;J5(通用数字输入和输出)∀控制光耦和中间继电器;J7(模拟输出5~8轴)∀控制执行机构和驱动回转壳体;J8(模拟输出1~4轴)∀控制大臂和小臂电机。

3.2 胶片粘贴机器人的硬件平台

本系统采用工控机IPC、PMAC!型8轴运动控制卡、双端口RAM(DPRAM)、I/O扩展板ACC-34AA、松下、安川伺服电机及驱动器共四套,用于它们之间控制的接口连接板一块。其控制系统构成图2所示,本系统自行开发的接口连接板如图3所示。

在控制系统中,用到了PMAC的两个附件:

#DPRAM(Dual port RAM):双端口RAM

∃ACC-34AA:多路I/O驱动板

其中,DPRAM作为PMAC的附件,是IPC和PMAC之间的通

72组合机床与自动化加工技术