关于六自由度并联机器人运动控制系统的结构设计/

摘要:运动控制系统作为六自由度并联机器人的关键控制系统,对机器人的精确快速运动起着至关重要的作用。 通过介绍六自由度并联机器人的结构、内部控制结构和工作原理,提出了运动控制系统的设计思路,并对关键技术问题进行了深入分析,提出了对六自由度并联机器人的开发应用水平有积极推动作用。

关键词:六自由度; 并联机器人; 运动控制系统; 结构分析

近年来,随着计算机和电子信息技术的进步,机器人运动控制技术取得了突破。 机器人运动控制技术是将控制传感器、电机、传动机和驱动器等结合起来,对速度、位移、加速度等进行控制,是使机器人按预定轨迹运动的高科技技术。参数。 随着机械工业自动化技术的发展,运动控制技术经历了从低级到高级,从模拟到数字,再到网络控制技术的发展演变过程。 运动控制技术作为机械工业自动化的一项重要技术,主要包括全封闭伺服交流技术、直线电机驱动技术、基于编程的运动控制技术、基于运动控制卡的控制技术等。运动控制卡通过内部各种电路的集成与组合,可以实现对各种复杂运动的控制。 该技术的系统驱动主要包括:运动控制软件、网络动态链接数据库、运动控制参数库等子系统。 运动控制卡控制技术的出现和发展,有效地满足了工业机械行业对数控系统的灵活性和标准化要求,在工业自动化领域应用越来越广泛。

1 六自由度并联机器人的构建

作为现代工业自动化技术发展的代表,六自由度并联机器人主要包括床身、连杆和运动平台等几个部分。 其中,运动平台连接有六根连杆,每根连杆连接有一个由虎克材料制成的滑块,这些滑块与滚珠丝杠连接,可以带动滑块在驱动下沿滚珠运动电机的。 ,进而带动连杆作规律运动,从而改变平台的运动方向。 通过在运动平台上安装不同的机械,可以有效满足不同工作的需要。 六连杆工作程序中,每根连杆均由电机控制驱动,保证了连杆运动的独立性。 因此,可以实现六自由度的机械控制运动。

2 六自由度并联机器人运动控制系统工作原理及结构设计

2.1 并联机器人运动控制系统工作原理

六自由度并联机器人运动控制系统主要由工控机、运动控制卡、伺服放大器、数据采集处理平台等系统组成。 机器人工作过程中,工控机借助一定的程序指令向运动控制卡发送指令,运动控制卡同时向六组伺服放大器发送六个脉冲。 在脉冲指令的引导下,这些放大器做出进一步的运动,然后驱动机器人平台进行运动。 同时,伺服放大器将运动过程中形成的信号数据传回运动控制卡,完成一次全闭环反馈控制运动。 在运动过程中,可以通过Lab系统对并联机器人的振动特性和相关数据进行实验分析,进而研究并联机器人的结构和尺寸对其运动和工作的影响。

2.2 并联机器人运动控制系统核心部件的结构设计

2.2.1 运动控制卡

六自由度并联机器人运动控制系统的核心部件是运动控制卡,它通过PIC高速通讯线作为一个独立的控制器提供运动控制功能。 最大输入功率为20马赫的并联机器人运动控制系统控制卡。根据功能需求,运动控制卡具有增量式和模拟量编码器、正余弦旋转变压器、矩阵电流转换指令、脉冲输入指令、编程设置系统、驱动器故障排除系统、6轴同步伺服放大器等。在这些系统部件的配合下,可以有效地完成对并联机器人运动过程的整体控制。

2.2.2 SPI运动处理器单元

在运动控制器的硬件结构中,核心部件是SPI运动处理器单元,功能强大,可以处理大部分的控制器任务。 SPI是运动控制器中的伺服电机处理器。 该组件可以处理及时的任务。 每个SPI可控制智能输入输出、数模接口转换、闪存数据存储等两个高性能轴。

2.2.3 固件应用程序和工具

固件的功能主要是用来保存运动控制卡中固定存储器的数据程序,定义了控制器的基本参数功能。 这些参数化功能主要用于指导用户的应用。 在操作过程中,固件应用程序应明确定义在不同条件下要执行的具体控制和监视操作。 例如,精确的动作序列、输入输出命令的激活、人机交互等。

2.2.4 用户应用构建系统

用户应用组件系统在并联机器人整个运动控制系统中起着重要的作用。 主要包括以下几个部分。 一种是宿主程序。 程序主要用D或其他编程语言编写,用于主机与控制板之间的通信。 上位程序可以通过控制卡的任何信号通道连接,如以太网、FPIF等。通过上位程序可以向运动控制卡发送相关指令,并从控制卡读取相关指令信息,还为前端用户界面和高层决策提供专用功能。 二是ACSPK程序系统。 系统程序是主要针对SPI运动控制卡开发的功能强大的程序语言。 程序处理后,ACSPK指令可以作为AC-SPW的应用程序下载到运动控制卡中。 运动控制卡上有多个位置可以安装AC-SPW程序。 在任务指令执行过程中,只要严格按照程序执行,就不会出现信号通信延迟的情况。 三是可变配置。 ACSPK程序的通信指令中可以使用固件程序预定义变量,固件程序预定义变量包括变量配置。 可变配置的数值参数是根据不同的任务和不同的设备型号设置的。 四是SPL节目系统。 SPL程序是六自由度并联机器人运动控制系统的标准部分,因为该程序一般不存在于用户的应用程序中,不支持手动操作。 因此,在运行过程中,用户可以及时对程序进行修改,使其成为应用程序的一部分。

3 并联机器人运动控制系统的关键技术问题

六自由度并联机器人具有重量轻、惯性小的特点。 因此,并联机器人在快速响应程序指令时,内部结构中的系统载荷容易发生变化,对机器人运动状态的稳定性有一定的影响。 影响。 为了有效解决并联机器人在高速运动中振动大、状态不稳定的现象,研究人员应对机器人运动状态的稳定性进行深入细致的研究。 Lab系统可用于测试运动过程中的相关参数数据,尤其是加速度、驱动控制系统、振动频率等,以确定和优化具体参数范围,消除机器人运动过程中的振动现象过程。 同时,在作业过程中,由于六自由度并联机器人对运动精度的要求很高(因为只有提高运动控制精度,钢带和连杆才能发挥它们各司其职互不干扰,保证机器人运动稳定),需要进一步提高并联机器人运动控制卡和伺服电机闭环装置的控制精度。 另外,并联机器人传动装置的材料和设计的特殊性会给机器人的运动过程带来一定的误差,因为并联机器人的传动装置是用钢制成的,钢带缠绕在卷筒外层卷绕过程中由于硬度和厚度的原因导致卷筒轻微变形,进而影响钢带运动长度数据参数的准确性。 因此,如何设计机器人传动钢带与卷筒严格贴合,对钢带结构设计提出了很高的要求。 位置错误。

参考

[1] 刘国平,李建武. 6PTRT并联机器人逆求解算法研究[M]. 南昌: 南昌大学出版社, 2009: 269-271.

[2] 黄震. 并联机器人机构理论与控制[M]. 北京:机械工业出版社,1999:69-70.

[3]. 并联运动机床[M]. 北京:机械工业出版社,2013:38-40.

[4] 杨红兵,高荣辉,李兵. 六自由度并联机器人运动学分析与仿真[J]. 机床与液压,2004(8):81-82.

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