浅谈并联机器人开放式数控系统构建

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 浅谈并联机器人开放式数控系统构 建 摘 要：并联机器人是新型自动 化加工设备，并联机器人具有并联在很 大程度上解决了纯并联机床在作业空间 小的限制，为并联机床带来了很大的发 展空间。控制系统采用“PC+Turbo PMAC”的开放模式，形成以 PC 机为上 位机、Turbo PMAC 多轴控制卡为下位 机的分布式控制。在伺服系统中主要使 用了伺服电机作为驱动器件，通过主轴 系统来实现一般零件的加工，并数控系 统中的运动控制器部分是系统的核心， 它的功能将直接影响着数控系统的基本 功能。并联机器人数控系统利用了 Turbo PMAC 提供的运动学计算功能， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 通过 Turbo PMAC 提供的段细分功能实 现。给出机器人 PLC 控制系统的设计 方案及 I/O 点分配与设计，可以实现整 个机器人控制系统的安全可靠运行。 中国论文网 /8/view-12793880.htm 关键词：并联机器人 数控系统 组成方案 中图分类号：TG65 文献标识码： A 文章编号：1672-3791（2015） 11（c）-0018-02 并联机器人是新型自动化加工设 备，与传统并联数控机床相比，并联机 器人具有并联在很大程度上解决了纯并 联机床在作业空间小的限制，为并联机 床带来了很大的发展空间。下面，谈谈 在这方面的心得体会。 1 开放式数控系统工作原理 本着构建开放式数控系统的思想， 该数控系统的构建模式为“PC+Turbo PMAC”，PC 机作为上位机主要完成管 理工作，而数控的核心工作由下位机 Turbo PMAC 多轴运动控制器完成。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 并联机床的控制比传统机床的控 制更为复杂。传统数控系，每一台设备 都成为自动化的“ 孤岛” ，对企业的网络 化和信息化发展是一个障碍；由于并联 机床具有结构简单，但数学模型复杂的 特点，所以必须通过机构的逆运动学进 行变换，将虚轴的规划量转换为实轴的 控制量，该过程又称为虚实映射。 数控系统中的运动控制器部分是 系统的核心，它的功能将直接影响着数 控系统的基本功能。并联机器人数控系 统利用了 Turbo PMAC 提供的运动学计 算功能，通过 Turbo PMAC 提供的段细 分功能实现。标准的数控程序可直接进 入 Turbo PMAC 中，只需要在 Turbo PMAC 中进行简单的代码转换，就可以 替换成 Turbo PMAC 指令格式，由 Turbo PMAC 自动完成粗插补、运动学 变换和实轴电机控制。 2 数控系统硬件组成方案 控制系统采用“PC+Turbo PMAC” 的开放模式，形成以 PC 机为上位机、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 Turbo PMAC 多轴控制卡为下位机的分 布式控制。主要硬件模块包括工控机、 PMAC 卡、I/O 板、伺服驱动和检测、 主轴驱动等。I/0 板连接到 Turbo PMAC 上，通过内置的 PLC 功能控制机器的 辅助功能设备、主轴启停、检测机床限 位、驱动指示装置和报警装置、检测控 制面板输入指令信号等。 3 系统硬件组成介绍 3.1 Turbo PMAC 多轴运动控制器 Turbo PMAC 是美国 Delta Tau 公 司在 PMAC 的基础上推出的基于工业 PC 和 Windows 操作系统的开放式多轴 运动控制器。Turbo PMAC 既可单独执 行存储于控制器内部的程序，也可执行 运动程序和 PLC 程序。 3.2 Turbo PMAC PC 工控机选用研华 AWS- 2848VTP 作为数控系统上位机，完成数 控系统的控制管理和任务调度功能。 AWS-2848VTP 是一体化工作站，集成 了 CPU 卡、防水触摸键盘和 15TFT 液 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 晶显示器，14-SLOT 底板包含 PCI 和 ISA 总线接口，键盘控制器可实现一体 化键盘的管理和功能键的硬件编程定义， LCD 控制器完成对一体化显示器的驱动 和转换。选用配置为：内存 256 M、硬 盘 40 G、CPU-P4/1.8 G。 3.3 伺服系统 控制系统包含六套伺服驱动系统， 分别用于并联机构的三组直线电机驱动 和工作台的两组交流伺服电机驱动，均 采用光栅尺进行位置检测。直线电机为 TB3810-ES-A4-C0-TH，筒式结构，三 相交流驱动输入，霍尔元件模拟换相， 输出推力为 3 960/880/223 N。驱动器为 Copley 7426AC，霍尔元件换相检测， 单相 AC220 V 供电，三相驱动输出。 交流伺服电机为 GYS401DC2-T2，最大 转速 3 000 rpm，三相交流输入，功率 0.4 kW；驱动器为 RYC401D3-VVT2， 单相 AC220 V 供电，三相驱动输出。 光栅尺型号为 RGH22S30D15，分辨力 0.1m，有零位和双极限检测，直流 5 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 V 供电。通过 Turbo PMAC 的五个伺服 控制通道，实现五组伺服系统的全闭环 控制。 3.4 主轴系统 主轴系统包括变频调速器和电主 轴，变频器为西门子 MM440，功率 2.2 kW，单相 220 V 供电，三相输出，频 率范围 0650 Hz；电主轴为 80XD24C，最高转速 24 000 rpm，功率 1 kW。利用 Turbo PMAC 的第 7 号伺服 通道进行变频器的开环控制，实现电主 轴无级调速，以支持数控代码中的主轴 速度（S 指令）和控制指令（M 指令） 。 P0006=1 显示方式，运行准备时 显示设定频率，运行时显示实际输出频 率；P0205=0 恒转矩应用；P0304=220 电机额定电压 220 V；P0305=3.5 电机 额定电流 3.5 A；P0307=1 电机额定功 率 1 kW；P0310=400 电机额定频率 400 Hz；P0311=24 000 电机额定转速 24 000 rpm；P0700=2 端子排数字端子输入命 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 令；P0701=1 选择数字输入 1（DIN1 ） 控制电机正转/停止；P0756=0 单极性 010 V 电压输入； P0757=0 控制电压 0 V；P0758=0%基准频率，即 0 Hz；P0759=10 控制电压 10 V；P0760=100%基准频率，即 400 Hz；P1000=2 选择模拟端子 1（AIN1） 进行频率设定；P1080=5 电机最小频率 5 Hz（约 300 rpm） ，该值用来限制低速 运行；P1082=400 电机最大频率 400 Hz（24 000 rpm） ，该值用来限制高速运 行；P1300=0 线性 V/f 控制； P2000=400 基准频率 400 Hz。 3.5 I/O 控制 实现 I/O 控制的 ACC-34AA 为外 置 32 入/32 出输入输出接口板，在每一 位进行单独隔离，在输入点有 1 ms 的 RC 滤波，连接到 Turbo PMAC 的 JTHW 端口上，与 Turbo PMAC 串行通 讯，并具有奇偶校验。通过 Turbo PMAC 内置的 PLC 功能控制机器的辅 助功能设备、主轴启停、驱动指示装置 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 和报警装置，检测控制面板输入