工业机器人系统运维技术 课件 3务一 工业机器人ROBOX控制系统的组成

任务一工业机器人ROBOX控制系统的组成2024年1月公司简介CATALOGUE一学习目标公司简介CATALOGUE目录二工作任务三实践操作四问题探究五知识拓展六评价反馈七练习题1．掌握运动控制器的定义、分类和功能。2．了解工业机器人运动控制器含义。3．了解工业机器人伺服电动机驱动器工作原理。一、学习目标

二、工作任务1.了解驱动器的分类及特点。2.掌握ROBOX控制器的结构组成及其各端口作用。3.掌握伺服驱动器的结构组成及其工作原理。三、实践操作-知识储备伺服驱动器：伺服驱动器（亦称伺服控制器或者伺服放大器）是用来控制、驱动伺服电动机的一种控制装置，多数是采用脉冲宽度调制进行控制驱动完成机器人的动作。驱动器的电路一般包括：功率放大器、电流保护电路、高低压电源、计算机控制系统电路等。伺服驱动器工作原理驱动器原理优点直流伺服电动机驱动器采用PWM伺服驱动器，通过改变脉冲宽度来改变加在电动机电枢两端的电压进行电动机的转速调节。调速范围宽、低速特性好、响应快、效率高交流伺服电动机驱动器采用电流型脉宽调制（PWM）变频调速伺服驱动器，将给定的速度与电动机的实际速度进行比较，产生速度偏差，根据速度偏差产生的电流信号控制交流伺服电动机的转动速度。转矩转动惯量比高步进伺服电动机驱动器将电脉冲转化为角位移的执行机构，主要由脉冲发生器、环形分配器和功率放大器等部分组成。三、实践操作-ROBOX控制器ROBOX控制器针对不同的驱动器设计两种型号：RP1控制器和RP2控制器。1.RP1控制器RP1控制器支持至多32轴差补，能够通过现场总线CANopen或者EtherCAT进行驱动，还包含紧凑型闪存卡用于记忆参数和报警记录的存储，自身含有8路PNP数字量DC24V光电耦合输入和8路数字量光电耦合输出，1路增量式编码器输入。RP1控制器三、实践操作-ROBOX控制器通道接口描述24VDC电源供电ENC增量编码器输入，通信驱动RS422，电压DC5VCAN1第一个CAN通信通道（有关配置文件是coc0.coc）CAN2第二个CAN通信通道2的状态SER2RS422/485串口通道或uVISPAN/DISPAN，uVISPAN/DISPAN由RTE（实时执行程序）控制，要求在rhw.cfg文件中写入相应的指令COMPACTFLASHCF卡，可以通过PC进行读写SER1RS232串口通道，为Robox编程工具RDE通过BCC协议对控制器操作，115200.n.8.1ETH1以太网网口1，波特率10/100Mbit/s（EtherCAT）ETH2以太网网口2，波特率10/100Mbit/s（TCP/IP）PROFIBUSDPProfibusDP从站通道INP8位数字输入通道，DC24V输入，光耦隔离，其中三个可作为输入中断OUT8位数字输出通道，输出通道每路最大允许电流500mA，所有输出通道都有短路和过压保护，当过压结束后，端口会自动复位RP1控制器通道接口如下表：三、实践操作-ROBOX控制器2.RP2控制器RP2控制器（图3-3）拥有ARMCortexA9双核，可控制250个插补轴，能够通过现场总线CANopen或者EtherCAT进行驱动机器人本体，还包含可记忆RAM闪存卡用于记忆参数和报警记录的存储。RP2控制器三、实践操作-伺服驱动器伺服驱动器又称为伺服控制器或伺服放大器，是用来控制伺服电动机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流电动机，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电动机进行控制，实现高精度的传动系统定位。RP1伺服驱动器RP2伺服驱动器3.伺服驱动器的组成三、实践操作-伺服驱动器通道接口描述动力电源输入连接器X1同时支持三相220V（±15%）和单相220V（±15%）交流输入控制电源输入连接器X2为控制器提供稳定的逻辑电压，控制电源输入端口电机动力输出连接器X11、X21、X31、X41、X51、X61分别为J1轴电动机、J2轴电动机、J3轴电动机、J4轴电动机、J5轴电动机、J6轴电动机的动力输出端口电动机抱闸输出连接器X3/X6当机器人处于静止且伺服电动机在失电状态下防止机器人突然运动的装置编码器线端连接器X4/X5编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用以通信、传输和存储的信号形式的设备模块控制I/O线端连接器X7模块控制I/O端口集成3路24V驱动器输出、2路风扇输出和3路ALM、STO1、STO1信号输入口轴控制I/O线端连接器X12/X22/X32/X42/X52/X62机器人各轴关节运动分为正向运动和反向运动，可设置正、反向运动最大位置和相应的限位开关EtherCAT通线端连接器X8/X9EtherCAT是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统串口调试线端连接器X10常见的有普通计算机应用的RS232和工业计算机应用的半双工RS485与全双工RS422四、问题探究主要任务：控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态、轨迹、操作顺序及动作的时间等。同时它编程简单、有软件操作菜单、人机交互界面和在线操作提示，使用方便。什么是机器人控制器？机器人控制器是根据指令以及传感信息控制机器人完成一定的动作或作业任务的装置，是机器人的心脏，决定了机器人性能的优劣。从机器人控制算法的处理方式来看，可分为串行、并行两种结构类型。四、问题探究1．串行处理结构串行处理结构是指机器人的控制算法是由串行机来处理。分类控制特征单CPU结构、集中控制方式用一台功能较强的计算机实现全部控制功能二级CPU结构、主从式控制方式一级CPU为主机，担当系统管理、机器人语言编译和人机接口功能；二级CPU完成全部关节位置数字控制多CPU结构、分布式控制方式上位机负责整个系统管理以及运动学计算、轨迹规划等；下位机由多CPU组成，每个CPU控制一个关节运动四、问题探究2．并行处理结构

并行处理技术是提高计算速度的一个重要而有效的手段，能满足机器人控制的实时性要求，关于机器人控制器并行处理技术，研究较多的是机器人运动学和动力学的并行算法及其实现方法。开发并行算法的途径之一就是改造串行算法，使之并行化，然后将算法映射到并行结构，一般有两种方式，一是考虑给定的并行处理器结构，根据处理器结构所支持的计算模型开发算法的并行性；二是首先开发算法的并行性，然后设计支持该算法的并行处理器结构，以达到最佳并行效率。五、知识拓展

ROBOX运动控制器：应用领域：除了涉及机器人外，还在AGV、印刷包装、多线切割、激光切割、木材和塑料等众多工业领域积累了丰富的应用。通信方式：包括Ethercat、CANopen、Profibus、DeviceNet、SercosandModbusTCP等主流总线，支持OPCServer、ActiveX和.NET库，可用于Windows环境中的通信优势：功能齐全、模块化设计、线路布局精简、经济性原则ROBOX控制器六、评价反馈基本素养（30分）序号评估内容自评互评师评1纪律（无迟到、早退、旷课）（10分）

2安全规范操作（10分）

3团结协作能力、沟通能力（10分）

理论知识（20分）序号评估内容自评互评师评1了解运动控制及伺服驱动器原理（10分）

2了解工业机器人ROBOX控制系统（5分）

3了解ROBOX控制系统控制的伺服驱动器（5分）

综合评价

七、练习题一．填空题（1）运动控制是实现机械运动精确的

、

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和转矩控制。（2）运动控制器就是控制电动机运行方式，其主要由

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和

四部分组成。（3）驱动器的电路一般包括：

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和计算机控制系统电路等。（4）PWM伺服驱动器具有调速范围宽、

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、

等特点。（5）步进伺服电动机驱动器主要由脉冲发生器、

和

等部分组成。（6）CAN总线是一种串行数据通信协议，其主要工作包括位填充、

、

、优先级判别等内容。二．简答题（1）ROBOX控制器中的ADV的含义是什么？（2）TCP/IP协议常见的接口层协议有哪些？（3）CF存储卡使用时注意哪些事项？七、练习题（一）.填空题1）位置控制、速度控制、加速度控制2）中央逻辑控制单元、传感器、电机或动力装置、执行单元3）功率放大器、电流保护电源、高低压电源4）低速特性好、响应快、效率高5）环形分配器、功率放大器6）数据编码器、循环冗余检验（二）.简答题1.ROBOX控制器中的ADV的含义是什么？高级功能按钮，按下可清除当前控制器的报警，在供电后长按，则进入控制器重新启动。2.TCP/IP协议常见的接口层协议有哪些？Ethernet802.3、TokenRing802.5、X.25、Framerelay、HDLC、PPPAT