CAN總線技術在工業(yè)碼垛機器人控制系統(tǒng)中的應用研究
目前在用的工業(yè)碼垛機器人種類繁多,但根據(jù)其多軸控制系統(tǒng)的技術特點一般可分為三種類型:1)基于PLC的多軸控制系統(tǒng);2)基于PC的多軸控制系統(tǒng);3)基于總線的多軸控制系統(tǒng)。其中,總線控制系統(tǒng)具有數(shù)字信號傳輸、系統(tǒng)完全開放等優(yōu)點,得到廣泛的應用。筆者通過研究發(fā)現(xiàn),基于現(xiàn)場總線,尤其是CAN總線的工業(yè)碼垛機器人在實際應用中具有便于組網(wǎng)、性價比高、擴展性強等特點,在大工業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的發(fā)展前景。
本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/162196.htm工業(yè)碼垛機器人
筆者所在科研團隊開發(fā)的新型工業(yè)碼垛機器人(機構簡圖如圖1所示),其主體機械結構是基于平衡吊原理的七桿機構,具有承載力大、穩(wěn)定性好、結構緊湊、節(jié)省能耗等特點。機器人的動力由四臺交流伺服電機提供,分別負責機器人沿水平方向、沿垂直方向的直線運動,繞基座垂直軸的旋轉運動和繞抓手轉軸的旋轉運動。四臺電機既可單控,也可群控,大大簡化了路徑規(guī)劃算法。
圖1 新型工業(yè)碼垛機器人機構簡圖
現(xiàn)場總線和CANopen
在工業(yè)控制領域,采用現(xiàn)場總線的最大優(yōu)點是可以節(jié)約連接導線、維護和安裝費用。同時,現(xiàn)場總線能夠傳送多個過程變量,而傳統(tǒng)的4~20mA控制回路一般只能攜帶一個過程變量。采用現(xiàn)場總線后,在傳輸變量過程的同時,儀表的標識符和簡單的診斷信息也可一并傳送。采用現(xiàn)場總線的設備還具有更好的兼容性和擴展性。幾種常見的現(xiàn)場總線性能如表1所示。
由上表可以看出,CAN總線在數(shù)據(jù)傳輸方面功能強大、性能優(yōu)越,另外CAN總線傳輸速率較快,適用于大批量運動控制信息的實時交換處理。此外,CAN作為一種標準化的嵌入式網(wǎng)絡,具有高度靈活的配置能力,從而在工業(yè)領域獲得廣泛應用。
CANopen協(xié)議是CAN-in-Automation(CiA)定義的標準之一,在發(fā)布后不久就獲得了廣泛承認。在工業(yè)技術十分先進的歐洲,CANopen協(xié)議被認為是在基于CAN的工業(yè)系統(tǒng)中占據(jù)領導地位的標準。依靠CANopen協(xié)議的支持,可以對不同廠商的設備通過總線進行配置。CANopen協(xié)議使開發(fā)人員從CAN相關事務的繁瑣處理中解放出來,例如,位定時以及執(zhí)行相關的功能。它提供了針對實時數(shù)據(jù)、組態(tài)數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡管理數(shù)據(jù)的標準化通信對象,方便用于面向運動的機器控制網(wǎng)絡。
硬件設計與實現(xiàn)
本工業(yè)碼垛機器人的控制系統(tǒng)采用集散控制結構(見圖2),選擇高精度、大功率交流伺服電機作為主要執(zhí)行器件。所選伺服電機電氣性能好、響應速度快、變速時間短,具有較高的位置控制精度,為提升機器人的性能水平奠定了基礎。需要指出的是,所選電機的伺服驅動器均具有CAN總線控制模式驅動功能且具有CANopen協(xié)議所需的完備對象字典,方便了筆者所在科研團隊組建機器人運動控制網(wǎng)絡。
圖2 工業(yè)碼垛機器人運動控制系統(tǒng)圖
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