一种基于PMAC的喷漆机器人控制系统的制作方法

本发明涉及一种基于PMAC的喷漆机器人控制系统，适用于机械领域。

背景技术：

家具行业的繁荣使得家具生产厂商对产品的生产效率有了更高的要求，能够自动进行喷涂作业的机器人就应运而生了。

喷漆机器人是可进行自动喷漆或喷涂其他涂料的工业机器人，是一种典型的涂装自动化装备，在家装、汽车制造等领域应用广泛。本文所讨论的喷漆机器人主要是用于喷涂家具行业中的门板、床头板等，共有六个自由度，使用了6台电机。机械臂的升降由一台电机驱动，大臂和小臂各由一台电机驱动，喷头的转动使用两台电机，喷嘴的角度调整使用一台电机。机器人的实物如图1所示。该机器人可以在平面内对门板或床头板进行边和面的单次和多次喷涂，也可以对曲面的板类家具进行喷涂，并且具有喷涂速度快、工作空间大、功能丰富、编程简单、易维护、效率高等优点。目前较先进的喷漆机器人大部分都是国外制造，虽然产品完善，功能丰富，但是价格非常昂贵。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于PMAC的喷漆机器人控制系统，主要由PC机+多轴运动控制卡(PMAC)组成，再配有交流伺服电机、伺服驱动器、编码器等构成一个模块化控制系统。

本发明所采用的技术方案是：所述控制系统采用上下两级控制系统，上位机采用PC机，下位机采用PMAC卡。计算机与PMAC卡通过以太网(Ethernet)插头进行连接，伺服驱动器与电机和编码器之间是通过专用的电缆连接起来的。这样的连接方式既方便又快捷。电机和驱动器采用的是安川∑-V系列伺服系统，具有小型化、高速化、维护简单、即通即用等特点，能够充分发挥机械的性能。PC机具有通用性高、成本低、应用灵活等优点，PMAC卡具有实时性强、效率高、稳定性好等优点。而这样的结合能够充分发挥各自的优点，提高系统的整体性能。

所述控制系统控制功能的关键和核心是PMAC控制器。喷边和喷面的程序编好后下载到PMAC控制卡中，分别作为自己独立的执行程序。实际运行当中，上位机按照客户需求向PMAC卡发送运动指令，实时调用相关的PMAC程序，从而实现预定的运动方式。在编写运动程序之前，要先对机器人的手臂进行运动学解算。喷漆机器人喷漆手臂的机械结构可以简化为一个二自由度的模型，分别由两台电机控制。

所述控制系统的PMAC运动程序是采用某公司提供的PEWIN32PRO软件进行编写的。PEWIN32PRO的主要功能还包括：与PMAC卡建立通讯，调试，诊断错误；给PMAC发在线(on-line)指令；监视PMAC卡的电机、坐标系及系统状态；监视、修改和查询PMAC卡的变量；备份及恢复PMAC的总体设置等。使用PMAC运动控制卡之前，需对其参数进行设置，其中根据各关节电机的特性及其运动方式，对I、P、Q、M变量的参数进行设置。I变量用于设定PMAC卡的性能，伺服电机控制和编码器参数；P、Q变量作为通用变量，在运算中赋值和传送信息，Q变量还可以在坐标系中作其它特殊用途；M变量可以直接定义存储器和I/O接口，通过M变量的读写，对I/O接口和各轴的实际位置、理论位置进行操作。对机械臂运动的编程采用的是点对点的编程方式。

所述控制系统共由3个闭环控制系统组成，分别为位置环、电流环和速度环。位置环的调节由PMAC完成，速度环和电流环的调节则由驱动器完成。在高精度、微进给的高性能控制系统中，须考虑到对象结构与参数变化、各种非线性的影响、运行环境的改变以及环境干扰等时变和不确定因素，才能得到满意的控制效果。某公司提供了上位机执行软件PEWIN32PR0，通过调节对应的I变量，可以对PMAC运动控制卡的PID参数进行调节。控制过程中采用典型PMAC内部PID+陷波滤波器算法。

所述软件系统的设计主要分为上位机PC界面系统的设计和下位机PMAC控制系统。喷边和喷面的程序编好后下载到PMAC控制卡中，分别作为自己独立的执行程序。上位机PC使用c++Builder编写界面，并通过调用动态链接库PComm32.dll文件，利用Ethernet通讯方式将PC机的控制指令发送给PMAC运动控制卡。在控制过程中，PC机主要起到人机交互与信息处理的作用，PMAC运动控制卡的主要作用是接收PC机指令，检测电机的位置、速度等信息，并对不同型号和功能的电机设定相应的控制模式和输出控制指令等。

本发明的有益效果是：该系统具有上下两级开放的特征，编程简单多样，模式众多，能弥补单一模式在开放式控制系统中的不足。同时，该系统结构相对简单，成本较低，与国外的喷漆机器人相比在价格上具有很大的优势，更容易被推广和普及。在价格上具有很大的优势，更容易被推广和普及。

附图说明

图1是本发明的制系统的结构和功能。

图2是本发明的PID控制结构示意图。

图3是本发明的PMAC运动控制卡中PID参数调节原理图。

图4是本发明的控制系统软件结构图。

图5是本发明的位机软件设计流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1，控制系统采用上下两级控制系统，上位机采用PC机，下位机采用PMAC卡。计算机与PMAC卡通过以太网(Ethernet)插头进行连接，伺服驱动器与电机和编码器之间是通过专用的电缆连接起来的。这样的连接方式既方便又快捷。电机和驱动器采用的是安川∑-V系列伺服系统，具有小型化、高速化、维护简单、即通即用等特点，能够充分发挥机械的性能。PC机具有通用性高、成本低、应用灵活等优点，PMAC卡具有实时性强、效率高、稳定性好等优点。而这样的结合能够充分发挥各自的优点，提高系统的整体性能。

控制系统控制功能的关键和核心是PMAC控制器。喷边和喷面的程序编好后下载到PMAC控制卡中，分别作为自己独立的执行程序。实际运行当中，上位机按照客户需求向PMAC卡发送运动指令，实时调用相关的PMAC程序，从而实现预定的运动方式。在编写运动程序之前，要先对机器人的手臂进行运动学解算。喷漆机器人喷漆手臂的机械结构可以简化为一个二自由度的模型，分别由两台电机控制。

控制系统的PMAC运动程序是采用某公司提供的PEWIN32PRO软件进行编写的。PEWIN32PRO的主要功能还包括：与PMAC卡建立通讯，调试，诊断错误；给PMAC发在线(on-line)指令；监视PMAC卡的电机、坐标系及系统状态；监视、修改和查询PMAC卡的变量；备份及恢复PMAC的总体设置等。使用PMAC运动控制卡之前，需对其参数进行设置，其中根据各关节电机的特性及其运动方式，对I、P、Q、M变量的参数进行设置。I变量用于设定PMAC卡的性能，伺服电机控制和编码器参数；P、Q变量作为通用变量，在运算中赋值和传送信息，Q变量还可以在坐标系中作其它特殊用途；M变量可以直接定义存储器和I/O接口，通过M变量的读写，对I/O接口和各轴的实际位置、理论位置进行操作。对机械臂运动的编程采用的是点对点的编程方式。

如图2、图3，控制系统共由3个闭环控制系统组成，分别为位置环、电流环和速度环。位置环的调节由PMAC完成，速度环和电流环的调节则由驱动器完成。在高精度、微进给的高性能控制系统中，须考虑到对象结构与参数变化、各种非线性的影响、运行环境的改变以及环境干扰等时变和不确定因素，才能得到满意的控制效果。某公司提供了上位机执行软件PEWIN32PR0，通过调节对应的I变量，可以对PMAC运动控制卡的PID参数进行调节。控制过程中采用典型PMAC内部PID+陷波滤波器算法。

如图4，软件系统的设计主要分为上位机PC界面系统的设计和下位机PMAC控制系统。喷边和喷面的程序编好后下载到PMAC控制卡中，分别作为自己独立的执行程序。上位机PC使用c++Builder编写界面，并通过调用动态链接库PComm32.dll文件，利用Ethernet通讯方式将PC机的控制指令发送给PMAC运动控制卡。

如图5，在控制过程中，PC机主要起到人机交互与信息处理的作用，PMAC运动控制卡的主要作用是接收PC机指令，检测电机的位置、速度等信息，并对不同型号和功能的电机设定相应的控制模式和输出控制指令等。系统开始工作后，电机上电，然后需要设置基本参数，包括门板的尺寸、机器人手臂长度、限位、喷涂参数及喷涂次数等。程序排定包括选择喷边的类别和起点、喷面的起点和方式。电机的位置可以由码盘返回的信号来检测，并通过解算得到喷头的位置，最终显示在上位机的界面之中。当喷头的实际位置等于预期位置时，控制周期结束；否则继续调整电机的位置来改变喷头位置，直到满足预期。当喷头位置超过限位，则报警。