[發(fā)明專利]一種delta并聯(lián)機械手控制系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410371280.7
• 申請日: 2014-07-30
• 公開（公告）號: CN104260093A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁煒豐;張東;李俊璋;李忠浪;何凱文;蘇建威
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18;B25J9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)建及仿真控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種delta并聯(lián)機械手控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)，材料技術(shù)的發(fā)展，越來越多的控制芯片被應(yīng)用。在當今要求高時效的工業(yè)環(huán)境中，控制芯片在嵌入式控制系統(tǒng)中的應(yīng)用極大地提高了工業(yè)自動化的程度，PLC就是工業(yè)自動化中一個典型的例子，PLC取代了復(fù)雜的繼電器系統(tǒng)，還能構(gòu)成組態(tài)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了工業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)。因此學會基于PLC的工業(yè)控制系統(tǒng)的軟，硬件的設(shè)計及仿真是現(xiàn)代機電工程師的一項重要技能。

目前，國內(nèi)PLC控制系統(tǒng)在工業(yè)自動化中應(yīng)用廣泛，但是成本較高，在高速運行時不夠穩(wěn)定，控制精度不夠，專用性強，不利于系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移應(yīng)用，大多數(shù)系統(tǒng)采用面板方式進行數(shù)據(jù)的輸入等，工業(yè)嵌入式觸摸屏使用較少，人機交互性不強，而且高校學生難以接觸到實際的PLC控制系統(tǒng)，極少機會進行工業(yè)化的機械設(shè)備的PLC系統(tǒng)的操作控制。為了解決這些問題，需要設(shè)計一個基于工業(yè)機械設(shè)備的PLC自動控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺點，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊可靠、自動化程度高、使用方便、高精度定位的delta并聯(lián)機械手控制系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種delta并聯(lián)機械手控制系統(tǒng)，包括有工業(yè)嵌入式觸摸屏部分、PLC控制處理部分、伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)部份，其中，所述伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)部份包括有伺服驅(qū)動器、伺服電機、編碼器；所述工業(yè)嵌入式觸摸屏部分通過RS232與RS422轉(zhuǎn)換線與PLC控制處理部分的輸入端連接，所述PLC控制處理部分的輸出端與伺服驅(qū)動器的輸入端連接；所述伺服驅(qū)動器的輸出端與伺服電機連接，所述編碼器分別與伺服驅(qū)動器和伺服電機連接，共同組成一個閉環(huán)系統(tǒng)；

所述工業(yè)嵌入式觸摸屏部分，用于實現(xiàn)與PLC控制處理部分實時交換數(shù)據(jù)，主要功能是設(shè)定坐標系原點，輸入目標坐標、機構(gòu)運行加速度，顯示當前坐標，控制機構(gòu)的啟停，并且有實時報警功能，對機構(gòu)及系統(tǒng)故障進行及時報警，以防止機構(gòu)及系統(tǒng)的損壞；

所述PLC控制處理部分，作為系統(tǒng)的控制核心，一方面與工業(yè)嵌入式觸摸屏部分連接進行數(shù)據(jù)的交換，另一方面對輸入的數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)的算法進行算術(shù)、三角函數(shù)、反三角函數(shù)運算，求出目標值，并且進行路徑的規(guī)劃，進行直線插補，實現(xiàn)機構(gòu)點位式的運動，當數(shù)據(jù)處理并存儲完畢后，編寫相應(yīng)的梯形圖指令，在PLC的高速脈沖輸出端輸出高速脈沖信號到伺服驅(qū)動器，進而實現(xiàn)delta并聯(lián)機械手的控制，使delta并聯(lián)機械手的末端執(zhí)行機構(gòu)準確到達目標位置；

所述伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)部份，其編碼器通過采集伺服電機的轉(zhuǎn)速、位移信息，把信息反饋到伺服驅(qū)動器，所述伺服驅(qū)動器內(nèi)部的PID控制系統(tǒng)根據(jù)絕對式編碼器的反饋實現(xiàn)伺服電機的位置、速度、轉(zhuǎn)距的調(diào)節(jié)，即PID控制，這樣只要PLC輸入脈沖信號，伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)就能穩(wěn)定地控制其伺服電機輸出，使機構(gòu)平穩(wěn)運動，實現(xiàn)高速高精度控制。

所述PLC控制處理部分的控制過程如下：

PLC開始接收到由工業(yè)嵌入式觸摸屏部分傳輸來的坐標數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的算法，把輸入的坐標值換算成伺服電機的轉(zhuǎn)角，再根據(jù)伺服電機的速度、加速度要求算出高速脈沖輸出端輸出的脈沖數(shù)及頻率大小，并且用數(shù)據(jù)寄存器記錄下相關(guān)數(shù)據(jù)，最后用PLC本身具有的位置控制指令輸出相應(yīng)的脈沖驅(qū)動驅(qū)動器即可，若要進行往復(fù)直線運動、回原點操作，則只要調(diào)用存儲的數(shù)據(jù)再輸入相應(yīng)脈沖即可。

所述伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)部份的伺服驅(qū)動器、伺服電機和編碼器的數(shù)量應(yīng)與delta并聯(lián)機械手的手臂數(shù)量相一致，delta并聯(lián)機械手的一只手臂配套一個伺服驅(qū)動器、一個伺服電機以及一個編碼器。

所述工業(yè)嵌入式觸摸屏部分包括有配合使用的工業(yè)嵌入式觸摸屏和人機界面。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

采用配合圖形化人機界面的工業(yè)嵌入式控制觸摸屏能夠快速直觀地輸入數(shù)據(jù)，并進行相關(guān)數(shù)據(jù)的實時處理，及時反應(yīng)系統(tǒng)運行的情況，有利于對整個系統(tǒng)進行實時分析，可操作性大大提高。以PLC為控制核心，增強了控制系統(tǒng)的抗干擾能力，并解決相關(guān)軌跡的分析處理問題，采用PLC的梯形圖語言編程，方便了使用者的操作及學習。而且采用PLC不僅能降低成本，還可以運用改裝過的PLC集成的位置控制模塊進行多軸聯(lián)動控制，大大降低了成本。采用伺服電機系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)的輸出，由于伺服系統(tǒng)本身作為一個閉環(huán)系統(tǒng)，可以大大提高整個控制系統(tǒng)的精度、高速運行穩(wěn)定性等問題，從而提高整個PLC系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明