TwinCAT3机器人的基本配置

第4页TTwinCAT3机器人基本配置作者：史震宇职务：产品技术专员日期：2021-9-7摘要：TF5110-TF5113TwinCAT运动学转换是一种软件解决方案，它将机器人控制和传统PLC结合在一个系统中，通过配置相应的机器人模型，工程师无需自行进行坐标换算，可以直接通过NC指令对机器人机构进行操作。本文将着重讲解机器人的基础配置，让工程师对机器人可以进行初步的上手测试。附件：序号文件名备注历史版本：免责声明：我们已对本文档描述的内容做测试。但是差错在所难免，无法保证绝对正确并完全满足您的使用需求。本文档的内容可能随时更新，如有改动，恕不事先通知，也欢迎您提出改进建议。参考信息：目录1. 软硬件版本 41.1. 编程PC 41.2. 嵌入式控制器 42. 准备工作 42.1. TF5400安装 42.2. 连接控制器，扫描驱动器 43. 机器人模型 53.1. 本次实验使用的机器人模型 53.2. 模型的关键参数与坐标系变换 63.3. 其它机器人模型 74. TwinCAT3中机器人配置与使用 74.1. 软件配置 74.2. 代码编写 114.3. 上机调试 145. 常见错误与诊断 15

文档正文要求（文档编写完毕后，删除本页）内容组成：目录：模板中目录为“域”，如果内容超过10页，右键单击刷新域即可，否则可以删除测试条件：标注硬件完整型号及IMG，如CX5020-0125（IMG版本：CX1800-0411-0007v3.92）；软件版本，如：TwinCAT3.1Build4024.7准备工作：只要做一次但必须保证正确无误的步骤，比如接线（有条件建议使用示意图）、IP设置、加路由等操作步骤：正常的操作截图，需保证截图完整清晰、步骤连续不跳步；部分操作说明需参考资料部分，请附带资料链接。常见问题：在不同的测试和应用条件下，由不同的工程师积累的故障处理经验；也可对客户提出的一些特征性问题进行总结进行记录，有步骤部分请分步说明、必要时需配图。截图：必须截出查找路径及关键部分。避免软件整个界面截图，影响阅读，使用红框突出重点，图片可适当添加文字说明。尽量使全文截图显示为同样的比例正文字体和编号：直接在模板上编辑文字，即可延用字体和编号设置如果是复制粘贴来的文字，可使用格式刷，使之与全文风格一致

软硬件版本编程PC操作系统：windows10专业版64位TwinCATXAE版本：4024.17VisualStudio版本：VS2017TF5400版本：0嵌入式控制器操作系统：WES7TwinCATXAR版本：4024.17TF5400版本：0准备工作TF5400安装在官网上下载TF5400安装包，以管理员权限执行安装包即可安装。 注意，TF5110，TF5111等若干个function已经全部整合入TF5400中，下载链接也是同一个链接，直接下载安装即可。连接控制器，扫描驱动器通过TwinCAT3添加控制器路由，在线控制器，并且扫描驱动器。 扫描驱动器完成后，TwinCAT3会提示是否建立NCtask并建立相应的NC轴进行连接，选择确认即可： 此时NC-Task中已经建立好了4根轴，并且与驱动器连接完成。此时，可以使用NC-Online功能进行基本的单轴点动测试，出于安全考虑，由于机器人机构较为复杂，为了防止发生机械结构冲突，这一步操作时，建议将机器人的从动臂卸下，并且将NC参数中慢速点动的速度尽量降低，来进行测试，重新安装机器人机构的时候，建议将3个主动臂慢速点动到20度-30度左右，进行安装。机器人模型本次实验使用的机器人模型本次实验使用的机器人模型为3D-DeltaType1型，是最常见的并联机器人机构之一。由外转动/移动副驱动、含平行四边形支链的并联机器人(又称为并联机械手)。这类机器人因可将驱动装置布置在静平台(机架)上，而且从动臂多采用轻质细杆制作而成，故末端动平台可获得很高的运动速度和加速度，特别适合于高速物流生产线上物料的分拣、搬运和抓放等操作。Delta机器人属于高速，轻载的并联机器人，一般通过示教编程或者视觉系统捕捉目标物体，由三个并联伺服轴确定抓具中心的空间位置，实现目标物体的运输加工等操作，主要运用于食品，药品和电子产品的加工与装配模型的关键参数与坐标系变换3D-DeltaType1型模型如图（图片转自），注意，图种的状态为，3个电机的旋转角度相同，三条机械臂呈现旋转对称状态：俯视视点，其中，机器人的轴心为三个电机轴做外接圆的圆心（俯视图中XY坐标的原点）：其中关键的参数为4个：参数名称具体含义数据类型单位Displacement机器人轴心到主动臂上关节的距离LrealMmInnerarmlength主动臂臂长，测量点必须是两个关节的转轴LrealMmOuterarmlength从动臂臂长，测量点必须是两个关节的转轴LrealMmTCPDisplayment从动臂下关节到机器人轴心的距离LrealMm这几个关键参数决定了机器人活动的空间区域范围，这些机构的具体参数应当从机器人机构的手册中查询所得。在TwinCAT中，自带这类机器人模型，通过自带的机器人模型，可以无需工程师自行计算坐标变换，TwinCAT可以直接将三个电机旋转轴，变换为直角坐标系（笛卡尔坐标系）。经过相应变换后，3个电机轴将映射为平面坐标系中的XYZ3个虚轴，工程师只需要对3个虚轴进行控制，系统会自动换算出实际物理轴需要旋转的角度并且实施相应的控制。注意：默认的笛卡尔坐标系的原点为机器人的轴线（俯视图中的蓝色箭头），X方向与1号机械臂（M1电机的机械臂）的方向重合（俯视图中可见）。Z坐标为沿着轴线向上，XYZ三轴遵循右手螺旋定则。在机器人参数中，可以设置原点的偏移与坐标系的旋转，可以根据实际安装情况来进行灵活调整。其他更多参数与解释参考帮助系统中的说明：/content/1033/tf5110-tf5113_tc3_kinematic_transformation/1955602827.html?id=8016473643412436193其它机器人模型除了本样例中介绍的模型，TwinCAT3机器人还自带了6轴串联，平面平台型Stewart并联机构，SCARA机器人等多种常见模型。不同的机器人需要设置的参数都不同，具体机器人模型图以及参数具体说明参考帮助系统中的手册：/content/1033/tf5110-tf5113_tc3_kinematic_transformation/3189021579.html?id=1565808911642377230TwinCAT3中机器人配置与使用软件配置在NC-Task下新建机器人轴组：右键NC-Task选择添加新项目在弹出的对话框中，Type类型下拉选择NC-Channel(forKinematicTransformation)，如果有需要的话可以对轴组进行自定义命名。将轴组展开，选择Group，右键再次选择AddObject，添加机器人模型。在弹出的对话框中，查找机器人模型，本次实验使用的3D-Delta1型，依次向下展开目录树选择模型并确认即可。机器人模型就添加完成了。各类参数设置选择机器人模型，在Parameter(Init)选项卡里添加机器人参数。机器人模型的各项参数需要按照实际硬件的尺寸来进行设置，这里的参数仅针对于实验室里面的机器人： 注意，这个参数表中，就可以设置XYZ坐标的偏移（XYZ-shift），以及坐标系的旋转，本实验中，需要将机器人的X轴与机器人下方的传送皮带的正方向重合，因此需要调教坐标系的旋转角度。经过测量后可得，需要将坐标系绕Z轴顺时针旋转101度，即在Rotation3选项中填入-101即可。 选择之前自动建立的NC轴1，进行参数设置，这里将三个电机分别命名为M1，M2，M3。由于模型是使用角度值来进行计算的，因此为了方便观察，需要将单位设置为角度： 调整scalingfactornumeractor以及scalingfactordenominator（根据实际的电机脉冲值以及减速比换算填写。此处需要注意，在垂直安装时，三个电机的0位置为电机轴到主动臂上关节连线完全水平，机械臂向下旋转时，角度值为正。如图所示： 由于实验室电机的安装原因，需要将NC的正方向反转，因此InvertEncoderCountingDirection需要设置为True，同时需要调整positionbias： 同理，Drive选项卡下也要设置方向反转： 轴2和轴3也进行相应的设置，轴2： 轴3： 不要忘记设置轴2，3Drive选项卡的反转： 将第四根轴设置为C轴，此轴不参与机器人坐标系变换，主要是提供中心平台的旋转功能，它只需要单独进行控制即可，如果只是对机器人移动功能进行测试的话，可以不用管这根轴。最后，建立笛卡尔坐标系的三根虚轴XYZ（建立即可，无需参数设置）： 代码编写新建PLC项目，进行代码编写。首先需要添加库文件，这里需要添加2个库，一个是运动控制的基本库Tc2_MC2，另外一个是机器人库Tc2_NcKinematicTransformation。申明变量，为了操作这个机器人，需要申明7根轴，以及对应的机器人轴组变量，以及用于链接机器人模型的input，output变量，最后需要申明所有轴的使能功能块以及机器人耦合动作的功能块，代码如下：编译项目，项目通过之后，需要做变量链接，将M1，M2，M3，C，X，Y，Z依次连接到AxisArray[1]~AxisArray[7]：将机器人模型与PLC变量连接：变量连接完成之后，编写基本PLC代码，首先使用for循环使能所有的电机轴： 将M1，M2，M3，X，Y，Z加入机器人轴组，并且使用功能块进行机器人耦合：这一步成功之后，就可以直接对XYZ三个轴实施控制了。上机调试Activeconfiguration激活配置，然后login下载程序： 首先通过benable（置为true）给所有轴上使能，然后置位xUserConfigGroup为true对机器人进行耦合。 机器人耦合完成之后，就可以直接在X，Y，Z轴的NC-online里对机器人进行点动操作： 这里对X轴设置了一个Function——ReversingSequence，让X轴以30mm/s的速度，在-60和60之间做往复运动： 具体运动效果见配套的操作视频。常见错误与诊断激活配置报错报错现象如图，这种情况一般是机器人模型参数设置错误，导致坐标变换的矩阵无法求出，检查参数并重新设置后再次激活即可排除。

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