引言
在焊接機(jī)器人系統(tǒng)中, 傳統(tǒng)的信號傳輸和采集是通過眾多的U O 接口實(shí)現(xiàn)的, 連線復(fù)雜, 維護(hù)困難?？刂瓶偩€多采用RS232 ,RS485等總線作為通信橋梁, 組成控制網(wǎng)絡(luò), 通信速率低, 實(shí)時(shí)性差,本文引人CAN(controller area network 控制器局域網(wǎng))現(xiàn)場總線, 構(gòu)建分布式控制系統(tǒng)。
為提高工業(yè)焊接機(jī)器人安全性, 分析和研究了安全保護(hù)系統(tǒng)的任務(wù)需求, 引入CAN工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù),建立基于CA N 總線的機(jī)器人控制結(jié)構(gòu), 針對機(jī)器人控制系統(tǒng)各種工作狀態(tài)制定相應(yīng)的安全策略,劃定系統(tǒng)安全等級, 設(shè)計(jì)獨(dú)立的安全控制器, 配置安全控制器與機(jī)器人各模塊之間的CAN總線通訊協(xié)議格式,監(jiān)控機(jī)器人運(yùn)行參數(shù), 通過邏輯判斷和安全區(qū)域計(jì)算, 對系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤及預(yù)測可能存在的風(fēng)險(xiǎn)能夠及時(shí)動作, 確保機(jī)器人安全穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器是有效可行的。
焊接機(jī)器人就是在焊接領(lǐng)域內(nèi)代替焊工從事焊接工作的工業(yè)機(jī)器人, 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、汽車生產(chǎn)等行業(yè), 具有多自由度、運(yùn)轉(zhuǎn)速度快、運(yùn)動范圍大等特點(diǎn), 故其安全問題一直是機(jī)器人生產(chǎn)商、應(yīng)用商關(guān)注的重要課題。國際電工委員會(IEC)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織(CEN/CEN-ELEC )也制定了相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn), 采用開放式機(jī)器人控制器的機(jī)器人便于對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展, 允許各單元共享數(shù)據(jù), 這就為安全控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了方便。
在焊接機(jī)器人系統(tǒng)中, 傳統(tǒng)的信號傳輸和采集是通過眾多的U O 接口實(shí)現(xiàn)的, 連線復(fù)雜, 維護(hù)困難。控制總線多采用RS232 ,RS485等總線作為通信橋梁, 組成控制網(wǎng)絡(luò), 通信速率低, 實(shí)時(shí)性差,本文引人CAN(controller area network 控制器局域網(wǎng))現(xiàn)場總線, 構(gòu)建分布式控制系統(tǒng)。由于CAN總線的高性能、高可靠性、造價(jià)低、易維護(hù)和獨(dú)特設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn),非常適合這種設(shè)備轉(zhuǎn)速高, 工作環(huán)境復(fù)雜,危險(xiǎn)系數(shù)高,現(xiàn)場干擾強(qiáng)的場合, 使控制系統(tǒng)向分散化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。
本文將分布式控制概念引人焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)中, 將現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于安全控制器的數(shù)據(jù)采集和安全控制中, 以ARM9擴(kuò)展CAN控制芯片MCP 2515作為安全控制器核心, 首先分析機(jī)器人工作特點(diǎn), 對機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動速度、加速度、各關(guān)節(jié)最大運(yùn)動角度等運(yùn)動參數(shù)制定相關(guān)的專家意見和安全策略; 其次通過CAN總線監(jiān)視各軸驅(qū)動器的工作狀態(tài)及工作環(huán)境中的安全信號, 同時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)器人各關(guān)節(jié)角度、末端實(shí)際位置和姿態(tài), 參照安全策略做出相應(yīng)措施,實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)限位和安全區(qū)域保護(hù)功能, 從而提高機(jī)器人工作的穩(wěn)定性和安全性, 保護(hù)現(xiàn)場人員和設(shè)備, 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人主動安全防護(hù)。
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作者：鄭磊,葉樺,孫曉潔
東南大學(xué)自動化學(xué)院;
東南大學(xué)復(fù)雜工程系統(tǒng)測量與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)
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