基于Sysmac的Delta機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

丁曉玲，趙文啟

青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東青島 266555

基于Sysmac的Delta機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

丁曉玲，趙文啟

青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東青島 266555

介紹了一種基于Sysmac的Delta機(jī)械手自動(dòng)控制系統(tǒng)，以歐姆龍NJ501-1500為控制核心，通過(guò)EtherNet/IP與PC機(jī)和人機(jī)界面連接，通過(guò)EtherCAT與伺服驅(qū)動(dòng)器控制器連接，在Sysmac Studio環(huán)境中進(jìn)行軟件編程、仿真，實(shí)現(xiàn)2軸機(jī)械手的并聯(lián)控制。

Sysmac；并聯(lián)機(jī)械手；伺服驅(qū)動(dòng)

隨著機(jī)械手技術(shù)的不斷發(fā)展，Delta并聯(lián)機(jī)械手具有運(yùn)動(dòng)慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊穩(wěn)定、運(yùn)行速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、食品加工、包裝、物流等行業(yè)［1］。本文選用的兩自由度并聯(lián)機(jī)械手，可以廣泛應(yīng)用于包裝行業(yè)。

1 機(jī)械手控制要求

本系統(tǒng)的并聯(lián)兩自由度機(jī)械手由兩個(gè)伺服電機(jī)安裝在靜基座上，帶動(dòng)主動(dòng)臂動(dòng)作，主動(dòng)臂連接從動(dòng)臂動(dòng)作，從而控制動(dòng)平動(dòng)盤(pán)的移動(dòng)，機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在機(jī)械手允許的范圍內(nèi)，輸入目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，機(jī)械手可以運(yùn)動(dòng)到指定位置并實(shí)現(xiàn)連續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。也可使用點(diǎn)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)上下左右分步運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)械手運(yùn)行超過(guò)設(shè)置的最大活動(dòng)范圍的時(shí)候，機(jī)械手不動(dòng)作，并啟動(dòng)報(bào)警程序。

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕后，如果檢測(cè)到I點(diǎn)有物體A，機(jī)械手啟動(dòng)將I點(diǎn)物體搬運(yùn)到II點(diǎn)，搬運(yùn)完后，機(jī)械手回到初始位置，如果檢測(cè)到有物體B，將I點(diǎn)物體搬運(yùn)到III點(diǎn)，機(jī)械手再回到初始位置，重復(fù)此循環(huán)動(dòng)作。機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的某些參數(shù)可以靈活設(shè)置，I、II、III三點(diǎn)坐標(biāo)可以在人機(jī)界面程序中任意設(shè)置。

2 機(jī)械手的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

歐姆龍NJ控制器是Sysmac自動(dòng)化平臺(tái)的核心控制器，產(chǎn)品集成了EtherCAT技術(shù)的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)控制器及EtherNET/IP網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)信息和通信技術(shù)并建立了統(tǒng)一的自動(dòng)化軟件平臺(tái)Sysmac Studio［2］。

本控制系統(tǒng)選用NJ501-1500為控制核心，PC機(jī)和人機(jī)界面通過(guò)EtherNet/IP與控制器連接，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的配置、程序編寫(xiě)、在線仿真和上位機(jī)監(jiān)控；2個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器R88D-KN01H-ECT通過(guò)EtherCAT與控制器連接，實(shí)現(xiàn)2軸伺服電動(dòng)機(jī)的精確定位控制［3］。電氣控制原理圖，如圖2所示。

3 機(jī)械手的軟件設(shè)計(jì)

機(jī)械手?jǐn)?shù)學(xué)模型求解如圖3所示，運(yùn)動(dòng)控制編程在Sysmac Studio環(huán)境中完成。

1）機(jī)械手運(yùn)動(dòng)過(guò)程正解。

根據(jù)已知θ1、θ2；Lt、Lb；L1、L2，計(jì)算出⊙1、⊙2的圓方程，再平移這2個(gè)圓直到交于平動(dòng)盤(pán)的中心點(diǎn)，得出新的方程式。聯(lián)立這兩個(gè)方程，計(jì)算出（X，Y），程序里根據(jù)解的算式編寫(xiě)算法。這樣就可以由電機(jī)角度得出坐標(biāo)位置了。添加正解功能塊如圖4所示。

正解功能塊采用分步計(jì)算的原理，整合各功能在一個(gè)功能塊中，包括：（1）根據(jù)角度θ1、θ2算出圓心坐標(biāo)；（2）根據(jù)兩圓心坐標(biāo)直接得出平臺(tái)中心坐標(biāo)（X，Y）。

TP3

A

1674-6708（2015）147-0145-01

山東省職業(yè)教育與成人教育科研“十二五”規(guī)劃2014年度課題，課題編號(hào)：2014zcj051

丁曉玲，講師，青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電一體化技術(shù)專(zhuān)業(yè)教師，研究方向：PLC控制、智能控制