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基于PLC的堆垛机控制系统设计摘要在现代的物流仓储系统中，自动化立体仓库应用日益广泛。
而堆垛机是立体仓库的关键组成部分，堆垛机性能的优劣对整个立体仓库的运行起到至关重要的作用，所以设计与开发自动化程度较高的堆垛机控制系统成为当前立体仓库的发展趋势，开展与此有关的研究具有重要的理论和应用价值。
本文基于现代物流技术的应用和发展要求，介绍自动化立体仓库的应用及其功能和作用，结合现代科技的发展，着重研究自动化立体仓库堆垛机控制系统的控制技术。
本文详细阐述了本控制系统的设计思想，以及整个系统的硬件实现和软件设计。
论文依据立体仓库的有关设计参数，对堆垛机电气控制的硬件系统进行了设计，为了提高堆垛机的性能，本文采用了转速、位置反馈的双闭环控制，以满足系统的调速要求。
系统的水平认址采用激光测距传感器定位，垂直认址采用光电开关和认址片组合定位。
变频调速系统由S7-200PLC及其扩展模块EM235通过变频器MM440控制交流电动机，采用光电编码器反馈转速信号，实现转速闭环控制。
货叉伸叉系统由S7-200PLC通过步进电动机驱动器SH-20403控制二相混合式步进电动机。
根据系统的控制要求进行了PLC、变频器、电机和电机驱动器的选型，并给出了系统的硬件接线图，然后利用西门子的编程软件step7设计了堆垛机控制程序。
关键词自动化立体仓库，堆垛机，PLCStacker control system design based on PLCAbstractIn modern logistics warehousing systems, automated storage is increasingly widespread. And stackers are the key equipments, performance of the stacker plays an important role. This paper introduces application and performance of automated High-rise Warehouse basing on application and development requirement of modern logistics techniques. And puts emphasis on the researching of control techniques in automated High-rise Warehouse stacker combining modern science and techniques. This paper elaborated on the design of the system of control, as well as the implementation of the system's hardware and the design of the software.Based on the parameter related to the automated storage, this paper presented the hardware system of stacker electrical control. Speed of the stacker was the basic. In order to improve the performance of the stacker, the system adopts the speed, position, double feedback control. The horizontal recognize addresses of system using laser rangefinder sensor positioning, and vertical recognition using photoelectric switches and address piece combination addressing. Speed-adjusted system by S7-200PLC and its extension module EM235 through transducer MM440 control ac motor. Goods fork system is by S7-200PLC binary system through stepping motor driver SH - 20403 control two-phase hybrid stepping motor. According to the requirements of the control system, this paper completed the selection of PLC，frequency converter, the motor and its controller. And presents the system hardware hookup. Then use the software of Siemens step7 designs the stacker control procedures.Key Words: Automated Storage and Retrieval System，Stacker，PLC目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 本课题设计的背景和意义 (1)1.2本课题设计的研究现状概述 (1)1.3本课题设计完成的主要内容 (3)第2章系统控制方案的确定 (4)2.1 自动化立体仓库的概述 (4)2.1.1 自动化立体仓库的组成 (4)2.1.2 自动化立体仓库的优点 (5)2.1.3 自动化立体仓库的发展 (6)2.2 堆垛机概述 (6)2.2.1 堆垛机的发展 (7)2.2.2 堆垛机技术的研究现状 (7)第3章堆垛机控制系统的硬件设计 (9)3.1 控制技术要求和系统总体设计 (9)3.2 堆垛机位置控制 (11)3.2.1 定位控制 (12)3.2.2 认址检测方式 (12)3.2.3 认址方式确认 (14)3.2.4 堆垛机速度曲线分析 (15)3.3 PLC及资源配置 (16)3.3.1 S7-200系列PLC概述 (16)3.3.2 CPU型号选择 (17)3.3.3 PLC模块选型 (19)3.4 堆垛机变频调速系统设计 (20)3.4.1 变频器的选型 (20)3.4.2 水平方向变频调速系统设计 (22)3.4.3 垂直方向变频调速系统设计 (24)3.5 堆垛机货叉控制系统设计 (26)3.6 安全检测传感器的应用 (27)3.7 元器件的选型 (28)3.8 通信方案的确定 (29)3.9 输入输出点分配 (30)3.10 本章小节 (32)第4章堆垛机控制程序设计 (33)4.1 堆垛机自检和复位/归位程序 (35)4.1.1 堆垛机自检程序 (35)4.1.2 堆垛机复位/归位程序 (35)4.2 自动方式下的堆垛机运行控制 (36)4.2.1 列向运行PLC程序实现 (37)4.2.2 行向运行PLC程序实现 (40)4.2.3 货叉伸缩控制PLC程序实现 (41)4.3 手动方式下的堆垛机运行控制 (44)4.4 本章小节 (46)总结 (47)参考文献 (48)致谢 (50)第1章绪论1.1 本课题设计的背景和意义自动化立体仓库是物流中的重要组成部分，它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出物流的系统。
垛码机器人可行性研究报告1. 引言本报告对垛码机器人的可行性进行研究，并评估其实施的可行性和效果。
垛码机器人是一种用于堆垛货物的自动化设备，具有提高效率、减少人力成本的潜力。
本报告将着重分析垛码机器人的技术可行性、经济可行性以及对生产环境的适用性。
2. 技术可行性分析2.1 垛码机器人工作原理垛码机器人通过激光导航技术和传感器探测货物的位置和尺寸，使用机械臂将货物从储存区提取并堆垛到指定位置。
同时，垛码机器人还可以通过与仓库管理系统进行无线连接，实现自动化的货物调度和管理。
2.2 技术实施条件垛码机器人的技术实施需要具备以下条件：•充足的电源供应：垛码机器人需要稳定的电源供应以保证正常运行；•高精度的定位系统：激光导航技术需要高精度的定位系统来准确定位货物的位置；•强大的计算能力：垛码机器人需要强大的计算能力来处理大量的数据和实时的控制；•可靠的传感器技术：传感器需要准确地感知货物的位置、尺寸和重量。
2.3 技术挑战与解决方案垛码机器人的技术实施面临一些挑战，包括：•算法优化：垛码机器人需要通过算法来规划最优的堆垛路径和动作，以提高效率和减少错误；•机械结构优化：机械臂的设计和结构需要优化，以适应不同类型和尺寸的货物；•网络安全：与仓库管理系统的无线连接需要加密和保护，以防止数据泄露和外部攻击。
这些挑战可以通过以下解决方案来克服：•算法优化：采用基于深度学习的强化学习算法，通过大量的训练数据来优化垛码机器人的堆垛策略；•机械结构优化：采用模块化设计，可以根据货物类型和尺寸进行快速更换和调整；•网络安全：采用加密和防护措施，确保与仓库管理系统之间的数据传输安全可靠。
3. 经济可行性分析3.1 成本分析垛码机器人的成本主要包括设备购置成本、运维成本和人力成本。
设备购置成本包括激光导航系统、机械臂、传感器等设备的购买成本；运维成本包括电力费用、维护保养费用等；人力成本主要是指维护和监控垛码机器人的员工的工资。
堆垛机器人工作原理
堆垛机器人是一种用来对物品进行堆叠、搬运和存储的自动化设备。
它可以在仓库、工厂或其他物流场所中执行各种任务，从而提高工作效率和准确度。
堆垛机器人通常由下面几个部分组成：
1. 控制系统：堆垛机器人的控制系统包括计算机和软件。
计算机负责接收和处理输入的指令，并控制机器人的动作和运行。
软件则用于编程和调度机器人的任务。
2. 感知系统：堆垛机器人通常配备有各种传感器，如激光传感器、摄像头和扫描仪。
这些传感器可以帮助机器人识别和感知周围的环境，确定物品的位置和尺寸，并规划最佳的移动路径。
3. 机械结构：堆垛机器人的机械结构包括臂架、吊具和输送带等组件。
臂架可以旋转、抬升和伸缩，以实现机器人的多轴运动。
吊具用于抓取、堆叠和解放物品。
输送带用于将物品从一个位置移动到另一个位置。
4. 电力系统：堆垛机器人通常使用电力驱动。
电池或电源供应给机器人提供动力，使其能够移动、抬升和堆叠物品。
堆垛机器人的工作原理通常如下：
1. 通过感知系统获取环境信息，包括检测和测量物品的位置、尺寸和形状，以及识别障碍物和环境特征等。
2. 基于感知信息，控制系统规划出机器人执行任务的最佳路径和动作序列。
3. 机械结构执行控制系统发出的指令，按照规划的路径和动作序列进行移动、抓取、堆叠和解放等操作。
4. 控制系统持续监控机器人的动作和环境变化，随时调整和优化控制策略，以确保任务的成功完成。
通过上述工作原理，堆垛机器人可以高效、准确地完成各种堆叠和搬运任务，大大提高了物流和仓储领域的工作效率和自动化水平。
码垛机器人的组成及应用码垛机器人是一种自动化设备，主要用于物料的码垛和解垛操作。
它由机械结构、控制系统、视觉系统等部分组成，能够实现高效、精确的堆垛作业，广泛应用于物流、制造业等领域。
下面将详细介绍码垛机器人的组成及应用。
一、码垛机器人的组成1. 机械结构：码垛机器人的机械结构主要由机械臂、抓取器、输送带、传感器等组件构成。
机械臂是码垛机器人的关键部分，一般采用多轴机械臂结构，可以实现各种复杂的操作。
抓取器通常采用夹爪或磁力吸盘等形式，用于抓取、放置物料。
输送带用于运输物料到指定位置，传感器用于感知作业环境。
2. 控制系统：码垛机器人的控制系统包括硬件控制器和软件控制器。
硬件控制器用于控制机械结构的运动和各个部件的工作，软件控制器用于编程、路径规划、动作控制等。
控制系统将接收到的指令转化为机械臂的动作，实现物料的抓取、移动、放置等操作。
3. 视觉系统：码垛机器人的视觉系统一般包含相机、图像处理系统和算法。
相机用于拍摄作业区域的图像，图像处理系统用于对图像进行处理、分析和识别。
通过图像处理算法，机器人可以准确地识别物料的位置、形状和状态，从而进行相应的操作。
4. 传感器系统：码垛机器人的传感器系统用于感知作业环境，包括物料传感器、安全传感器等。
物料传感器可以检测物料的位置、尺寸等信息，以便机器人准确地抓取和放置物料。
安全传感器用于监测周围环境，避免与人和其他设备碰撞，确保操作的安全性。
二、码垛机器人的应用1. 物流行业：在物流仓储环节，码垛机器人可以代替人工进行物料的码垛和解垛操作，提高作业效率和准确性。
它可以适应不同形状、尺寸的物料，并能根据不同的堆垛规则进行码垛操作，大大降低人工成本和作业风险。
2. 制造业：在制造生产线上，码垛机器人可以用于将零部件、成品等物料进行堆叠、组合、封装等操作。
它可以根据生产计划和要求进行自动化的码垛作业，提高生产效率、降低人力成本，并保证产品质量的一致性。
3. 食品饮料行业：在食品饮料生产过程中，码垛机器人可以用于将包装好的食品、饮料等进行码垛、包装等操作。
ABB码垛机器人毕业论文1. 引言随着工业自动化的不断发展，机器人技术在生产生活中的应用越来越广泛。
码垛机器人作为一种应用较为广泛的机器人系统，可以在物流仓储、快递、电子产品等行业中实现自动化物料的码垛。
本论文将对ABB码垛机器人进行详细的研究和分析，探讨其在工业生产中的应用和优势。
2. ABB码垛机器人技术概述ABB码垛机器人是瑞士ABB公司研发的一种用于物料堆垛的机器人系统。
它通过先进的视觉系统和先进的控制算法，能够准确地将物料进行码垛。
ABB码垛机器人具有高效、精准、可靠等特点，在生产线上起到重要的作用。
3. ABB码垛机器人的工作原理ABB码垛机器人采用的是视觉导引和路径规划的技术。
首先，机器人通过激光或摄像头等传感器获取物料的位置和形状信息。
然后，利用先进的算法对物料进行识别和分类，确定合适的码垛方式。
最后，机器人根据路径规划算法精确地将物料进行码垛。
4. ABB码垛机器人的优势4.1 高效性：ABB码垛机器人能够快速地完成物料的码垛作业，大大提高了生产效率。
4.2 精度高：由于机器人具有精准的定位能力和先进的控制算法，能够将物料码垛准确无误。
4.3 灵活性：ABB码垛机器人能够适应不同规格和形状的物料进行码垛，提供了良好的灵活性。
4.4 安全性：机器人具备较高的安全性，在操控过程中能够避免人员伤害。
5. ABB码垛机器人的应用领域ABB码垛机器人广泛应用于物流仓储、快递、电子产品等行业。
在物流仓储方面，机器人能够对不同规格大小的物料进行快速、高效的码垛。
在快递行业，机器人能够提供更准确、更可靠的快递码垛服务。
在电子产品行业，ABB码垛机器人能够对电子产品进行快速整理码垛，提高生产效率。
6. ABB码垛机器人的未来发展趋势随着科技的不断进步和工业自动化的加快推进，ABB码垛机器人在未来有着广阔的应用前景。
未来，ABB码垛机器人可能会实现更高的自主决策能力，能够根据不同场景自主学习和优化码垛策略。
码垛机器人研究报告随着工业自动化的不断发展，机器人技术也得到了迅猛的发展。
近年来，码垛机器人成为了工业自动化领域的热门研究方向。
本文将介绍码垛机器人的相关概念、研究进展、应用现状以及未来发展趋势。
一、码垛机器人的概念码垛机器人是指一种能够自动完成物料堆垛的机器人。
其主要功能是将来自生产线的散装物料进行堆垛，形成规整的堆垛体。
码垛机器人一般由机械臂、传感器、控制系统和视觉系统组成，具有高精度、高效率、高稳定性等特点。
二、码垛机器人的研究进展码垛机器人的研究始于上世纪80年代，当时主要应用在汽车制造业中。
随着机器人技术的不断发展，码垛机器人的应用领域也不断扩大。
目前，码垛机器人已经广泛应用于食品、饮料、化工、医药等行业中，成为了工业自动化领域的重要组成部分。
在码垛机器人的研究中，主要涉及到机械臂的设计、传感器的应用、控制系统的开发和视觉系统的研究等方面。
其中，视觉系统的研究是当前研究的重点之一。
通过视觉系统，码垛机器人能够精确定位物料的位置和姿态，并进行快速的堆垛操作。
此外，控制系统的优化也是研究的重点之一，通过优化控制系统，可以提高机器人的精度和效率。
三、码垛机器人的应用现状码垛机器人已经广泛应用于食品、饮料、化工、医药等行业中。
以食品行业为例，码垛机器人可以应用于饼干、巧克力、薯片等散装食品的堆垛操作，大大提高了生产效率和产品质量。
在饮料行业中，码垛机器人可以应用于瓶装饮料的堆垛操作，可以快速准确地完成堆垛操作，提高了生产效率和产品质量。
此外，码垛机器人还可以应用于医药行业中。
在医药行业中，药品的堆垛操作需要高精度和高稳定性，码垛机器人可以通过其高精度和高稳定性来满足医药行业的需求。
四、码垛机器人的未来发展趋势随着工业自动化的不断发展，码垛机器人的应用领域将会不断扩大。
未来，码垛机器人将会应用于更多的行业中。
同时，随着机器人技术的不断发展，码垛机器人的精度和效率也将会不断提高。
另外，未来码垛机器人的发展趋势还包括以下几个方面：1.智能化：未来的码垛机器人将会更加智能化，能够自动学习和适应环境变化，提高机器人的灵活性和适应性。
第19卷第6期1998年11月 江 苏 理 工 大 学 学 报Journal of Jiangsu University of Science and TechnologyVol119No16Nov.1998堆垛机器人控制系统的研究杨 年 法摘 要 介绍一种用于烟草行业中的物料系统堆垛机器人,采用工业控制机作为主计算机实现系统的监控和作业管理,单片机作为位置伺服控制,完成PI D控制算法,由主计算机协调各关节的运动,准确地跟踪轨迹规划,使速度达到完全可控.关键词 机器人 监控系统 算法 数学模型中图分类号 TP24堆垛工业机器人,是应用于烟草行业中的物料流系统堆垛用的机器人,它由以下三个主要部分组成:控制系统;测量和伺服系统;机械系统.控制系统包括工业控制计算机及存贮器,用以控制机器人和外围设备连锁用的输入输出接口装置、控制联网通讯以及控制机器人的伺服系统.测量和伺服系统包括运动控制器、伺服放大驱动器和装有位置、速度反馈的交流伺服电动机.位置调节和速度控制是由一个光电编码器系统来实现的,这个系统由一个带有辅助电源的编码器电路等组成.机器人的机械系统包括堆垛机器人和伺服电动机的旋转运动转换成所需运动的传动机构,它可做以下运动:旋转(整个堆垛机器人绕着基座旋转)、前后运动和上下运动(臂部综合运动)、手腕回转运动.其结构如图1所示.图1 堆垛机器人结构图收稿日期:1998205229杨年法 江苏理工大学电气系 镇江市 212013 控制系统的基础是一台工业控制计算机,它将控制程序存放在存贮器中.这个程序是固定的,它指挥计算机去执行各种堆垛机器人的指令和控制功能,操作人员和控制系统之间的信息传递通过控制屏、编程器和功能键来实现.工业控制计算机有规则地对控制的情况进行检测和扫描,并通过LE D 的亮、灭和音响读出回答信号.工业控制计算机监督和控制工作过程以及控制系统之间的输入输出信号,例如所需的移动是在某一轴上,就发出指令给轴装置.使用者应用编程器,通过一个特殊的运动模式给机器人编程.操作者应用功能键指挥堆垛机器人的每一个运动.其位置和速度信号存放在工业控制计算机的存贮器中,堆垛机器人常用的工作信息也可编成程序,贮存在存贮器中.1 堆垛机器人运动控制 堆垛机器人用四个自由度来确定机器人在空间的位置.四个主要坐标是整个机器人绕着基座旋转运动(φ)和两个在垂、水平面内的手臂运动坐标,一个下臂(θ)和一个上臂(α),还有一个手腕回转运动(υ).所有这四个主要运动全部采用交流伺服电动机控制位置和速度,均能满足克服大惯性力矩和快速性以及精确定位的要求.旋转本体的驱动装置牢固地安装在基座上,它通过一个减速齿轮机构绕着基座转动本体.除了旋转(φ)本体的驱动装置外,上臂和下臂的坐标系的驱动装置都安装在堆垛机器人的旋转本体上.臂部运动靠球形螺杆,通过连杆和杠杆使臂部动作.臂部的前后(θ)运动使腕部也作前后方向移动,臂部的上下(α)运动同样使腕部带动抓具也作上下方向移动.堆垛机器人的腕部由固定在手臂(上臂)的端部一台交流伺服电动机驱动,可以改变它的速度和力矩.抓具采用夹爪方式,夹爪也采用伺服电机驱动.其控制系统方框图如图2所示1图2 堆垛机器人控制方框图堆垛机器人为全电气控制,工作稳定、可靠.堆垛机器人各关节在运动过程中抓具始终保68 江 苏 理 工 大 学 学 报 1998年11月持在垂直向下的状态.为了保证各关节的运动轨迹,旋转本体运动和腕部运动的轨迹为PTP (point to point ),臂部的前后与上下运动的轨迹为CP (continuous path ).[1]2 动力学特性分析及控制策略的确定 设堆垛机器人关节角位移θ为机器人动力学系统的广义坐标,操作机的每个杆件是刚性的.对4自由度的操作机应用拉格朗日方程可以得到一组描述其动力学特性的二阶非线性微分方程:[2]64j =1D ij ¨θj +64j =164k =1C ijk θj θk +G i +T i =Q ii =1,2,3,4方程式左边第一项表示操作机的惯性耦合矩阵;第二项是离心力和哥氏力矢量;第三项是重力;第四项是外界力,右边的Q i 是各个关节驱动的输出力.其中D ij 是惯性参数,与杆件质量、长度和关节角有关:C ijk =5D ij 5θk -125D ik 5θiT i =-J T・FJ T 为3×3操作机雅可比矩阵的转置,F 是外界矢量.上述方程所表达的多变量非线性耦合的动力学系统,可以有条件地解耦为几个独立的单输入单输出关节位置伺服控制系统.[3]据此,采用将机器人各关节作为一个位置伺服系统进行控制的策略.为了分散微处理器的负担,采用主从二级计算机的方案,选用高性能的伺服驱动装置,由主控计算机协调各关节的运动,以跟踪轨迹规划所给定的空间轨迹.3 堆垛机器人分级控制结构 将计算机应用于工业机器人控制器后,计算机就成为控制器的核心.由计算机实现控制算法,接收并处理多种信号,形成并发出所需的控制指令.考虑经济采用微型计算机作为机器人的控制装置,它需要完成各种运算,如轨迹控制的插补计算、坐标变换和伺服系统中补偿量的计算等.这里包括了矩阵、三角函数等大量的实时运算,通常需在5～15ms 之内完成,要在一台微型计算机上实现是困难的.笔者除了在算法上、软件编制上注意采取减少运算时间的措施外,在控制方式上,将计算分散于多台微型计算机进行.因此在结构上采用了分层结构的两级微型计算机控制系统,如图3所示.第一级:主控计算机,主要用于接受作业指令,协调关节运动,控制运动轨迹.它负责系统的监控和作业管理(联网通讯及管理).根据操作者的命令和根据动作程序语句的要求进行轨迹规划、插补计算及坐标变换.在计算出各轴电机的位置设定值序列后,向下级各关节位置伺服系统传送一次与设定点相应的位置更新值,实现对各关节运动的协调和控制作用.78第6期 杨年法 堆垛机器人控制系统的研究图3 堆垛机器人分级控制结构第二级:各关节均有自己独立的伺服控制计算机及交流伺服驱动装置.根据主控计算机送来的各关节位置速度等运动指令信号,实时控制操作机多关节运行.两级计算机通过并行口进行通讯.伺服机用中断方式向主控计算机报告各关节当前位置,主控计算机用查询方式判明各关节是否完成要求的位置伺服值,然后再向伺服机送出各关节的新的位置设定数据及其它数据.系统的工作过程是:操纵人员利用控制键盘或示教盒输入作业要求,如要求机器人抓手在两点之间沿直线移动.主控计算机接到指令后完成以下工作:分折解释指令,确定两点间的直线运动参数,进行插值计算,完成坐标变换,最后得出相应的各关节的运动轨迹.由伺服控制计算机及交流伺服驱动装置控制各关节运行.4 位置伺服控制系统 位置伺服控制系统包括以伺服控制系统计算机为核心的数字位置控制及交流伺服驱动装置.数字位置控制:采用8096单片机(含64K EPROM ,16K RAM ),输入接口1接受各关节光电编码器位置反馈A 、B 相脉冲信号,对其进行滤波、整形、鉴相及故障诊断.定时/计数器1作为计数器将位置反馈信号输入.接口2对关节感应开关信号实现光电隔离、滤波、整形,并对光电编码器输入的C 相脉冲滤波、整形,经定时计数器输入计算机.这些信号在堆垛机器人回零时用于回零控制;在伺服工作状态时,设置各关节的左右限位感应开关信息作越限报警用,8通道D/A 卡将数字位置PI D 调节器(也可采用伪微分算法)输出的数字量变换为模拟量输出,作为各关节交流伺服驱动装置的速度设定.交流伺服驱动装置:交流伺服驱动装置由模拟量的速度调节器,带有脉宽调制(PW M )控制的电流调节器构成反馈控制的内环,数字位置调节器为外环,通过三相桥式大功率晶体管逆变电路,向小惯量永磁转子的三相交流伺服电动机供电,构成一个高性能的位置伺服系统.控制方法:堆垛机器人每次作业前先要整体回零,以校准各关节的零位,作为轨迹规划及控制的基准.针对堆垛机器人的回零特点及通讯方式,伺服控制又分零位、位置和终点伺服三88 江 苏 理 工 大 学 学 报 1998年11月种.零位伺服:堆垛机器人的回零动作是串行的.当某关节回零完毕而其它关节尚未回零、或都已回零完毕而等待主控计算机传送位置设定值时,则运行零位伺服程序;位置伺服:位置伺服计算机接收主控计算机传来的位置设定值后,则运行位置伺服程序.对每一点位置的设定值,伺服三个采样周期,每个伺服有4个点向主控计算机报告一次当前位置.当一次传送的所有设定值都伺服完时,向主控计算机报告并转去执行终点伺服程序.终点伺服是当位置伺服完成最后一点的伺服计算后,将这一点的设定值保存起来,并以这个值进行随后的伺服动作.5 堆垛机器人的轨迹控制 堆垛机器人属高度非线性的多变量与时变的多输入多输出系统,如果关节的精确模型,按照严格的约束条件和初始条件,以判据来综合最优控制以跟踪预定轨迹,没有办法得到可以接受的解(解进行实时控制的闭式解).采取的措施是简化或不引入判据,根据堆垛机器人结构及任务特点采取相应满足生产要求的控制规律.图4 堆垛机器人局部解耦的PI D 控制框图 当堆垛机器人有大的减速比,并工作在PTP点位控制时,堆垛机器人各关节可以用局部解耦的PID 控制.[4]其控制框图如图4所示.其中F 为粘滞阻尼系数,T 为杆件惯性力矩,K m 为增益,K v为速度反馈系数,K e 为计算机的比例放大系数,J为电机转动惯量,在采样频率足够高时可按连续控制计算,[5]位置环闭环传递函数为θ(s )θd (s )=K e K mJs 2+(F +K v K m )s +K e K m 可表示为θ(s )θd (s )=ω2s 2+2ξωs +ω2,其中无阻尼自然振荡频率ω=K e K m /J ,阻尼系数ξ=(F +K v K m )/(2J K e K m )为防止发生共振,K e 上限受机械结构谐振频率ωs 约束,应使ω<0.5ωs为防止超调,应使K v ≥(K v o K m +F )J J o -F 的措 ,1K m 为提高系统的伺服刚度,应使K e K m 加大.为克服库伦摩擦,可加前馈补偿力矩:T ff (s )= T dyn /s θ>0-T dyn /s θ<0下级 相同 (静摩擦)T dyn 是阶跃阻力矩,T sta 是脉冲阻力矩.为克服重力矩,应加重力矩前馈补偿,补偿分两项,一项克服F 影响,另一项克服阻尼项K v 影响.若需减小速度跟踪误差,则可采用加速度前馈补偿,这种补偿对于轨迹跟踪是必要的.对98第6期 杨年法 堆垛机器人控制系统的研究09 江 苏 理 工 大 学 学 报 1998年11月多杆机械手,还需考虑惯性耦合、离心力与哥氏力.6 结束语 堆垛机器人采用工业控制计算机为主控计算机,数字伺服系统采用8096单片机,实现PI D 控制算法,接收、处理多种信号,形成所需的控制指令,达到由主控计算机协调各关节的运动,准确地跟踪轨迹规划所给定的空间轨迹.使速度完全可控,未出现死区,其控制定位精度为±0.1mm.本控制系统运行稳定、可靠,其控制算法正确、可行,达到预期的目的.参 考 文 献1 李金伴等.专家系统在机械手故障诊断中的应用.机器人,1992,14(5):31～362 熊有伦.机器人技术基础.武汉:华中理工大学出版社,19963 诸 静.机器人与控制技术.杭州:浙江大学出版社,19914 赵德安,李金伴.热处理机器人数字控制器的设计.电气传动,1995,25(4):37～435 Ding Han.C omputer2aided O ff2line Planning of Robot M otion.Robotics and Autonomous System,1991,7(1):67～72Research on the C ontrol System of Stacking RobotsY ang NianfaAbstract This paper introduces a robot for stacking materials in tobacco industry, which uses a control computer as its main computer to exercise supervision over the systemand the management of its operation.Being a servo2positioning controller,the single2chipcomputer in this system carries out PID control computation and the main computercoordinates the m ovements of all robot joints,which enable the system to follow the traceprogram precisely and to control the robot speed completely.K ey words robot;supervision system;algorithm;mathematical model。
