CN104260093A - 一种delta并联机械手控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种delta并联机械手控制系统，包括工业嵌入式触摸屏部分、PLC控制处理部分、伺服闭环控制系统部份，所述伺服闭环控制系统部份包括有伺服驱动器、伺服电机、编码器；所述工业嵌入式触摸屏部分通过RS232与RS422转换线与PLC控制处理部分的输入端连接，所述PLC控制处理部分的输出端与伺服驱动器的输入端连接；所述伺服驱动器的输出端与伺服电机连接，所述编码器分别与伺服驱动器和伺服电机连接，共同组成一个闭环系统。本发明涉及工业嵌入式触摸屏及以PLC为核心的控制系统，能安装人机界面的工业嵌入式触摸屏可以实现系统的数据输入及故障报警，PLC控制系统可以控制delta并联机械手三轴高速、高精度运动。
Description
技术领域
本发明涉及工业自动化系统结构构建及仿真控制的技术领域，尤其是指一种delta并联机械手控制系统。
背景技术
随着电子技术，材料技术的发展，越来越多的控制芯片被应用。在当今要求高时效的工业环境中，控制芯片在嵌入式控制系统中的应用极大地提高了工业自动化的程度，PLC就是工业自动化中一个典型的例子，PLC取代了复杂的继电器系统，还能构成组态网络，实现了工业的网络化生产。因此学会基于PLC的工业控制系统的软，硬件的设计及仿真是现代机电工程师的一项重要技能。
目前，国内PLC控制系统在工业自动化中应用广泛，但是成本较高，在高速运行时不够稳定，控制精度不够，专用性强，不利于系统的转移应用，大多数系统采用面板方式进行数据的输入等，工业嵌入式触摸屏使用较少，人机交互性不强，而且高校学生难以接触到实际的PLC控制系统，极少机会进行工业化的机械设备的PLC系统的操作控制。为了解决这些问题，需要设计一个基于工业机械设备的PLC自动控制系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺点，提供一种结构紧凑可靠、自动化程度高、使用方便、高精度定位的delta并联机械手控制系统。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种delta并联机械手控制系统，包括有工业嵌入式触摸屏部分、PLC控制处理部分、伺服闭环控制系统部份，其中，所述伺服闭环控制系统部份包括有伺服驱动器、伺服电机、编码器；所述工业嵌入式触摸屏部分通过RS232与RS422转换线与PLC控制处理部分的输入端连接，所述PLC控制处理部分的输出端与伺服驱动器的输入端连接；所述伺服驱动器的输出端与伺服电机连接，所述编码器分别与伺服驱动器和伺服电机连接，共同组成一个闭环系统；
所述工业嵌入式触摸屏部分，用于实现与PLC控制处理部分实时交换数据，主要功能是设定坐标系原点，输入目标坐标、机构运行加速度，显示当前坐标，控制机构的启停，并且有实时报警功能，对机构及系统故障进行及时报警，以防止机构及系统的损坏；
所述PLC控制处理部分，作为系统的控制核心，一方面与工业嵌入式触摸屏部分连接进行数据的交换，另一方面对输入的数据按照预设的算法进行算术、三角函数、反三角函数运算，求出目标值，并且进行路径的规划，进行直线插补，实现机构点位式的运动，当数据处理并存储完毕后，编写相应的梯形图指令，在PLC的高速脉冲输出端输出高速脉冲信号到伺服驱动器，进而实现delta并联机械手的控制，使delta并联机械手的末端执行机构准确到达目标位置；
所述伺服闭环控制系统部份，其编码器通过采集伺服电机的转速、位移信息，把信息反馈到伺服驱动器，所述伺服驱动器内部的PID控制系统根据绝对式编码器的反馈实现伺服电机的位置、速度、转距的调节，即PID控制，这样只要PLC输入脉冲信号，伺服闭环控制系统就能稳定地控制其伺服电机输出，使机构平稳运动，实现高速高精度控制。
所述PLC控制处理部分的控制过程如下：
PLC开始接收到由工业嵌入式触摸屏部分传输来的坐标数据，根据预设的算法，把输入的坐标值换算成伺服电机的转角，再根据伺服电机的速度、加速度要求算出高速脉冲输出端输出的脉冲数及频率大小，并且用数据寄存器记录下相关数据，最后用PLC本身具有的位置控制指令输出相应的脉冲驱动驱动器即可，若要进行往复直线运动、回原点操作，则只要调用存储的数据再输入相应脉冲即可。
所述伺服闭环控制系统部份的伺服驱动器、伺服电机和编码器的数量应与delta并联机械手的手臂数量相一致，delta并联机械手的一只手臂配套一个伺服驱动器、一个伺服电机以及一个编码器。
所述工业嵌入式触摸屏部分包括有配合使用的工业嵌入式触摸屏和人机界面。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
采用配合图形化人机界面的工业嵌入式控制触摸屏能够快速直观地输入数据，并进行相关数据的实时处理，及时反应系统运行的情况，有利于对整个系统进行实时分析，可操作性大大提高。以PLC为控制核心，增强了控制系统的抗干扰能力，并解决相关轨迹的分析处理问题，采用PLC的梯形图语言编程，方便了使用者的操作及学习。而且采用PLC不仅能降低成本，还可以运用改装过的PLC集成的位置控制模块进行多轴联动控制，大大降低了成本。采用伺服电机系统作为控制系统的输出，由于伺服系统本身作为一个闭环系统，可以大大提高整个控制系统的精度、高速运行稳定性等问题，从而提高整个PLC系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明所述delta并联机械手控制系统的结构框图。
图2为delta并联机械手的示意图。
图3为本发明所述工业嵌入式触摸屏部分的人机界面图。
图4为本发明所述PLC控制处理部分的控制原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例所述的delta并联机械手控制系统，包括有工业嵌入式触摸屏部分、PLC控制处理部分、伺服闭环控制系统部份，其中，根据delta并联机械手的手臂数量，如图2所示，本实施例所述伺服闭环控制系统部份包括有三个伺服驱动器、三个伺服电机和三个编码器，且一只手臂配套一个伺服驱动器、一个伺服电机以及一个编码器；所述工业嵌入式触摸屏部分包括有配合使用的工业嵌入式触摸屏和人机界面，通过RS232与RS422转换线与PLC控制处理部分的输入端连接，所述PLC控制处理部分的输出端分别与三个伺服驱动器的输入端连接；所述三个伺服驱动器的输出端分别与各自相应的伺服电机连接，所述三个编码器分别与各自相应的伺服驱动器和伺服电机连接，共同组成一个闭环系统。
所述工业嵌入式触摸屏部分，用于实现与PLC控制处理部分实时交换数据，主要功能是设定坐标系原点，输入目标坐标、机构运行加速度，显示当前坐标，控制机构的启停，并且有实时报警功能，对机构及系统故障(如机构速度过大、机构运动范围超出极限范围、误差过大、输入量错误等)进行及时报警，以防止机构及系统的损坏，如图3所示。
所述PLC控制处理部分，作为本系统的控制核心，一方面与工业嵌入式触摸屏部分连接进行数据的交换，另一方面对输入的数据按照预设的算法进行算术、三角函数、反三角函数运算，求出目标值，并且进行路径的规划，进行直线插补，实现机构点位式的运动；当数据处理并存储完毕后，编写相应的梯形图指令，在PLC的高速脉冲输出端输出三路高速脉冲信号到三个伺服驱动器，进而实现delta并联机械手的三轴联动控制，使delta并联机械手的末端执行机构准确到达目标位置。
所述伺服闭环控制系统部份，其编码器通过采集伺服电机的转速、位移信息，把信息反馈到伺服驱动器，所述伺服驱动器内部的PID控制系统根据绝对式编码器的反馈实现伺服电机的位置、速度、转距的调节，即PID控制，这样只要PLC输入脉冲信号，伺服闭环控制系统就能稳定地控制其伺服电机输出，使机构平稳运动，减少运动误差、振动，实现高速高精度控制。
如图4所示，本实施例所述PLC控制处理部分的控制过程如下：
PLC开始接收到由工业嵌入式触摸屏部分传输来的坐标数据，根据预设的算法，把输入的坐标值换算成每个伺服电机的转角，再根据伺服电机的速度、加速度要求算出高速脉冲输出端输出的脉冲数及频率大小，并且用数据寄存器记录下相关数据，最后用PLC本身具有的位置控制指令输出相应的脉冲驱动驱动器即可，若要进行往复直线运动、回原点操作，则只要调用存储的数据再输入相应脉冲即可。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种delta并联机械手控制系统，其特征在于：包括有工业嵌入式触摸屏部分、PLC控制处理部分、伺服闭环控制系统部份，其中，所述伺服闭环控制系统部份包括有伺服驱动器、伺服电机、编码器；所述工业嵌入式触摸屏部分通过RS232与RS422转换线与PLC控制处理部分的输入端连接，所述PLC控制处理部分的输出端与伺服驱动器的输入端连接；所述伺服驱动器的输出端与伺服电机连接，所述编码器分别与伺服驱动器和伺服电机连接，共同组成一个闭环系统；
所述工业嵌入式触摸屏部分，用于实现与PLC控制处理部分实时交换数据，主要功能是设定坐标系原点，输入目标坐标、机构运行加速度，显示当前坐标，控制机构的启停，并且有实时报警功能，对机构及系统故障进行及时报警，以防止机构及系统的损坏；
所述PLC控制处理部分，作为系统的控制核心，一方面与工业嵌入式触摸屏部分连接进行数据的交换，另一方面对输入的数据按照预设的算法进行算术、三角函数、反三角函数运算，求出目标值，并且进行路径的规划，进行直线插补，实现机构点位式的运动，当数据处理并存储完毕后，编写相应的梯形图指令，在PLC的高速脉冲输出端输出高速脉冲信号到伺服驱动器，进而实现delta并联机械手的控制，使delta并联机械手的末端执行机构准确到达目标位置；
所述伺服闭环控制系统部份，其编码器通过采集伺服电机的转速、位移信息，把信息反馈到伺服驱动器，所述伺服驱动器内部的PID控制系统根据绝对式编码器的反馈实现伺服电机的位置、速度、转距的调节，即PID控制，这样只要PLC输入脉冲信号，伺服闭环控制系统就能稳定地控制其伺服电机输出，使机构平稳运动，实现高速高精度控制。
2.根据权利要求1所述的一种delta并联机械手控制系统，其特征在于，所述PLC控制处理部分的控制过程如下：
PLC开始接收到由工业嵌入式触摸屏部分传输来的坐标数据，根据预设的算法，把输入的坐标值换算成伺服电机的转角，再根据伺服电机的速度、加速度要求算出高速脉冲输出端输出的脉冲数及频率大小，并且用数据寄存器记录下相关数据，最后用PLC本身具有的位置控制指令输出相应的脉冲驱动驱动器即可，若要进行往复直线运动、回原点操作，则只要调用存储的数据再输入相应脉冲即可。
3.根据权利要求1所述的一种delta并联机械手控制系统，其特征在于：所述伺服闭环控制系统部份的伺服驱动器、伺服电机和编码器的数量应与delta并联机械手的手臂数量相一致，delta并联机械手的一只手臂配套一个伺服驱动器、一个伺服电机以及一个编码器。
4.根据权利要求1所述的一种delta并联机械手控制系统，其特征在于：所述工业嵌入式触摸屏部分包括有配合使用的工业嵌入式触摸屏和人机界面。
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