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工业机器人驱动系统的类型(工业机器人驱动系统)

时间:2023-05-06 19:17:41 阅读:87174 作者:683

工业机器人为了达到相应的要求,需要相应的硬件和软件支持。

一、硬件部分

在这里说一下这方面的内容吧。 工业机器人的硬件主要由以下部分构成。 (一)、控制计算机控制系统的调度指挥机构。 一般来说,微机、微处理器有32位、64位等CPU。 ) 2、示教器的示教机器人的动作轨迹和参数设定,以及所有人机交互操作,都有自己的CPU及存储器单元,与主机之间通过串行通信实现信息的交换。 3、操作面板由各种操作按钮、状态指示灯构成,只进行基本的功能操作。 ) 4、在硬盘或软盘中存储机器人动作程序的外围存储器。 (5)、数字、模拟的输入输出各种状态和控制指令的输入输出。 ) 6、打印机接口记录应输出的各种信息。 7、传感器接口用于信息的自动检测,实现机器人的柔顺控制,一般是力觉、触觉和视觉传感器。 ) 8、轴控制器完成机器人各关节的位置、速度和加速度的控制。 ) 9、辅助设备控制用于与机器人协作的辅助设备控制,例如手部位移器等的控制。 (10 )、通信接口的主要作用是实现机器人与其他设备的信息交换,一般有串行接口、并行接口两种。 (11 )、网络接口以太网接口可以通过以太网实现几台或一台机器人的直接PC通信,数据传输速度高达10Mbit/s,直接通过PC用windows库函数进行APP 支持IP通信协议,可以通过以太网接口向各个机器人控制器加载数据和程序。 (12 )、现场总线接口支持设备网络、ab远程I/o、Interbus-s、profibus-DP、M-NET等各种常见的现场总线标准。

工业机器人控制装置的实物图

二、软件部分

软件主要是指控制软件,包括运动轨迹规划算法、关节伺服控制算法及其相应的动作顺序。 控制软件可以用c语言、c语言、汇编语言、JAVA、PYTHON等任何语言制作,将通用语言模块化制作的专用工业语言逐渐成为工业机器人控制软件的主流。

三、工业机器人控制装置的功能

控制装置的主要任务是控制工业机器人在作业空间中的运动位置、姿势和轨迹、操作顺序和动作的时间等来完成特定的作业任务,主要功能如下。

(1)、示教在线功能

手指控制系统通过示教器和手柄进行示教,将动作顺序、运动速度、位置等信息预先告诉机器人,通过机器人的存储装置自动记录在存储器中,需要再现操作时再现内容即可。 更改内容需要重新教导。

) 2、运动控制功能

指工业机器人的末端操作器从一点移动到另一点的过程中,控制其位置、速度、加速度。

(3)、示教程序功能

机器人代替人进行作业时,必须事先向机器人发出指示,规定机器人应该进行的动作和作业的具体内容。 这个过程称为对机器人的示教和对机器人的编程。 分为直接教学和离线教学,随着计算机虚拟技术的发展,虚拟教学编程系统也出现了。

示教程序

四、工业机器人的控制方式

(1)、点位控制方式----PTP (点位点) )。

只要求控制起点和终点的姿势,迅速准确地实现各点之间的运动,对两点之间的运动轨迹没有任何规定。 操作时请考虑定位精度的运动所需的时间。 该控制方式主要应用于上下材料、搬运点焊、电路板上的零件插入等。

(2)、连续轨迹控制方式----CP (连续路径) ) )。

连续控制工业机器人末端操作器在工作空间中的姿态,要求严格按照规定的轨迹和速度在一定的精度范围内运动,并且速度可控,轨迹平滑,运动平稳。 操作时,请考虑末端操作器姿势的轨迹跟踪精度和稳定性。 该控制方式主要应用于电弧焊接、涂装、去毛刺、检测工作等。

(3)、力)力矩)控制方式

组装、抓取物品等作业时,除了正确的定位外,还要求使用适当的力和力矩进行作业,此时请使用力(力矩)伺服方式。

) 4、智能控制方式

工业机器人的智能控制是通过传感器获得周围环境的知识,然后根据自己内部的知识库做出正确的决策。 无论如何,以上控制方式的优点主要有以下几点,第一是多任务功能。 二是具有网络功能。 第三,有操作记录功能。 第四,拥有大量的存储功能。 第五,用户界面丰富。

工业机器人的共同作业

五、交流伺服驱动装置

用工业机器人

驱动装置中,电动驱动装置是应用最广泛的一种驱动类型。采用交流伺服电动机作为执行元件的伺服驱动称为交流伺服驱动装置。因交流伺服电动机具备十分优良的低速性能,调速广,动态特性和效率都很高,所以已经成为伺服系统的主流之选。

交流伺服驱电机与驱动装置

六、工业机器人检测装置

工业机器人工作的稳定性和可靠性依赖于机器人对工作环境的检测,因此需要高性能传感器及各传感器之间的协调工作。传感器将机器人各种内部状态信息和环境信息从信号转变为机器人自身或者机器人之间能够理解和应用的数据、信息甚至知识,它与机器人控制系统和决策系统组成机器人的核心。机器人内部传感器包括位置和位移传感器、速度传感器等。

(1)、位置和位移传感器

工业机器人关节的位置控制是机器人最基本的控制要求,而对位置和位移的检测也是机器人最基本的感觉要求。位置和位移传感器根据其工作原理和组成的不同有多种形式。电位器式位移传感器,电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值,阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。按照传感器的结构不同,电位器式位移传感器可分为两大类:①直线型电位器式位移传感器;②旋转型电位器式位移传感器。

(2)、光电编码器

利用光电转换原理将旋转信息转换为电信息,并以数字代码输出,可以高精度地测量转角或直线位移。一般装在机器人各关节的转轴上,用来测量各关节转轴转过的角度。根据测出的信号不同,编码器可分为绝对式和增量式两种。一种是绝对式光电编码器它是一种直接编码式的测量元件,它可以直接把被测转角或位移转化成相应的代码,指示的是绝对位置而无绝对误差,在电源切断时不会失去位置信息。但其结构复杂、价格昂贵,且不易做到高精度和高分辨率。绝对式光电编码器主要由多路光源、光敏元件和编码盘组成。编码盘处在光源与光敏元件之间,其轴与电动机轴相连,随电动机的旋转而旋转。编码盘上有4个同心圆环码道,整个圆盘又以一定的编码形式(如二进制编码等)分为16等份的扇形区段。 光电编码器利用光电原理把代表被测位置的各等份上的数码转换成电脉冲信号输出,以用于检测。编码盘每转一周产生0000 - 1111共16个二进制数,对应于转轴的每一个位置均有唯一的二进制编码,因此可用于确定旋转轴的绝对位置。绝对位置的分辨率(分辨角)a 取决于二进制编码的位数,即码道的个数n 。第二种是增量式光电编码器,它能够以数字形式测量出转轴相对于某一基准位置的瞬间角位置,此外还能测出转轴的转速和转向。增量式光电编码器主要由光源、编码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成当编码盘逆时针方向旋转时,A相光栅先于B相光栅透光导通,A相和B相光电元件接受时断时续的光;当顺时针方向旋转时,则相反。根据A、B相任何一光栅输出脉冲数的多少就可以确定编码盘的相对转角;根据输出脉冲的频率可以确定编码盘的转速;采用适当的逻辑电路,根据A、B相输出脉冲的相序就可以确定编码盘的旋转方向。光电编码器的分辨率(分辨角) 仅是以编码器轴转动一周所产生的输出信号的基本周期数来表示的,即脉冲数每转( PPR)。 编码盘旋转一周输出的脉冲信号数目取决于透光缝隙数目的多少。

光电编码器实物图

(3)、 速度传感器

速度传感器:测量机器人关节速度。一是角速度传感器 角速度传感器可用测速发电机、增量光电编码器来转换信号。测速发电机它是把机械转速变换成电压信号,输出电压与输入的转速成正比即U=Kn。U:测速发电机的输出电压(V);n:为测速发电机的转速; K:为比例系数;另一个是增量式光电编码器它既可以用来作为位置传感器测量关节相对位置,又可作为速度传感器测量关节速度。(1)模拟方式 在这种方式下,必须采用频率-电压(f/U)变换器,把编码器测得的脉冲频率转换成与速度成正比的模拟电压。 (2)数字方式,它测速是指基于数学公式,利用计算机软件计算出速度。若单位时间∆ t内编码器转过的角度∆ θ ,则编码器在该时间段内的平均速度就可以计算出来。

(4)、力觉传感器

力觉传感器是指工业机器人的指、肢和关节等运动中所受力或力矩的感知。目前使用最广泛的是电阻应变片式六维力和力矩传感器,它能同时获取三维空间的三维力和力矩信息,广泛应用于力/位置控制、轴孔配合、轮廓跟踪及双机器人协调等机器人控制领域。

七、机器人外部传感器

工业机器人如果感知周围环境,就需要外部传感器,能使具有自校正能力和反映适应环境变化的能力。

(1)、 触觉传感器,它是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能,研制满足要求的触觉传感器是机器人发展中的关键技术之一。(1)接触觉传感器(2)力-力矩觉传感器(3)压觉传感器(4)滑觉传感器。

(2)、应力传感器,它是应力应变式传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器。当被测物理量作用于弹性元件上,弹性元件在力矩或压力等的作用下发生相应的应变或位移,引起应变片的电阻值变化,通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量即受力的大小。

(3)、接近度传感器, 它是检测物体接近程度的传感器① 电涡流式:它由线圈、激励电路和测量电路组成(见电涡流式传感器)。它的线圈受激励而产生交变磁场,当金属物体接近时就会由于电涡流效应而输出电信号。②dzdgs式:它由dzdgs元件或磁敏二极管、晶体管构成(见半导体磁敏元件)。当磁敏元件进入磁场时就产生dzdgs电动势,从而能检测出引起磁场变化的物体的接近。

(4)、视觉传感器 ,它是一种非接触式的光学传感系统,同时集成软硬件,综合现代计算机、光学、电子技术,能够自动地从所采集到的图像中获取信息或者产生控制动作它的特点具有。1、可靠性高 , 非接触测量不仅满足狭小空间装配过程的检测,同时提高了系统安全性。精度高 2、可提高测量精度,人工目测受测量人员主观意识的影响,而机器视觉这种精确的测量仪器排除这种干扰,提高了测量结果的准确性。3、灵活性; 视觉系统能够进行各种测量。当使用环境变化以后,只需软件做相应变化或者升级以适应新的需求即可。4、自适应性 ; 机器视觉可以不断获取多次运动后的图像信息,反馈给运动控制器,直至最终结果准确,实现自适应闭环控制。

(5)、其他外部传感器主要由声觉传感器:主要用于感受和解释在气体(非接触式感受)、液体或固体(接触式感受)中的声波。温度传感器:主要用于机器人自主运行时、人不在场时、需要知道温度信号时,对当前环境或物体温度的检测。滑觉传感器:滑觉传感器主要检测物体的滑动。当机器人抓住特性未知的物体时,必须确定最适合的握力值。

各种工业相机作为工业机器人视觉传感器

综上所述,工业机器人控制装置主要由硬件和软件两部分组成。对于硬件来说工业机器人主要包括控制装置、驱动装置及检测装置三部分。

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