发布时间：2023-11-17 11:15:00   来源：安博电竞

  并联机器人控制技术及工程建设项目化案例教程 第8章 Delta并联机器人的开发及工程应用.pdf

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  并联机器人控制技术及工程 项目化案例教程 第八章-Delta并联机器人的开发及工程应用 一、 引言 主 要 二、 Delta并联机器人控制系统的设计 内 容 三、 机器人编程 四、 Delta并联机器人运动控制 八、DELTA并联机器人运动控制 1、引言 大力发展机器人关键零部件是“十三五”期间我国机器人工业发展的主要任务之一。 工业机器人的五大关键零部件主要有高精密减速器、高性能机器人专用伺服电机和 驱动器、传感器、高速高性能控制器以及末端执行器。 八、DELTA并联机器人运动控制 2、DELTA并联机器人控制系统的设计 2.1、工业机器人控制系统 手动示教 信息显示 工 离 调试 程 线 与 配 编 编程语言 机器人程序 置 程 监控 工业机器人控制系统作为机 示教器系统 以 以 太 太 器人的大脑，一般采用上下 网 网 运动学分析 位机结构，由人机交互系统 I/O扩展模块 轨迹规划 插补 （例如示教器）、主控制系 主控系统 工业 现场 以太 统和伺服驱动系统等组成。 总线 网 交流伺服驱动器 编码器 三相 反馈 电源 交流伺服电机 驱 动 零位、限位传感器、 安全信号 机器人本体 八、DELTA并联机器人运动控制 2.2、运动控制器的设计 机器人运动控制器特点： 1）控制精度要求达到0.01-0.5mm ； 2 ）多自由度，实现运动学正逆解、轨迹规划等任务，同时实现逻辑控制等操作 3 ）控制器的计算量更大、对控制周期的要求则更短，一般要求控制周期在100us- 10ms。 市场上成熟的控制器架构 “IPC （工控机）/嵌入式处理器＋实时操作系统+工业现场总线”模式 八、DELTA并联机器人运动控制 一线品牌控制器架构 厂家 硬件 操作系统 总线 VxWorks Profinet、Profibus、Device Net、Ethernet/IP VxWorks+Windows （KRC2 ） Profinet、Profibus、EtherCAT、Ethernet/IP、 KUKA x86 Windows+INTime （KRC4 ） Profi SAFE KEBA x86 VxWorks EtherCAT、Ethernet、CAN、SERCOS B&R x86 Windows 10/B&R Linux 9 Ethernet、Ether Net/IP、CAN、Profibus-DP 固高 x86 Windows CE gLink-II和EtherCAT Windows Embedded Compact 7 ， Profinet、Profibus、Device Net、Ethernet/IP、 倍福 x86 Windows Embedded Standard 7P， EtherCAT、Ethernet、CAN、SERCOS Windows 10 IoT Enterprise LTSB 八、DELTA并联机器人运动控制 1） 有代表性的商业控制器方案 实时操作系统 操作系统需要极大的实时性，系统软件必须对相关任务实行快速 计算，并且任务之间的切换也要非常快，用以保证每个关节间电 机运动的同步性、电机运动轨迹的精确性。 八、DELTA并联机器人运动控制 实现实时操作系统的两种方式： （1）放弃通用的操作系统，从底层重新开始设计的方式，代表的有 VxWorks 、QNX、WinCE 、μC/OS 、LynxOS等，如下图所示的VxWorks系统架构 与硬件无关的软件 工具、应用程序 缺点：所有的任务都是实时的， I/O系统 VxWorks库 TCP/ IP 必须专门开发适用于这种操作系 文件系统 Wind内核 统的应用程序，工作量比较大 依赖于硬件的软件 SCSI驱动 BSP 网络驱动 硬件 SCSI控制器 串口控制器 时钟 以太网控制器 八、DELTA并联机器人运动控制 （2 ）通过对通用的操作系统打补丁（添加扩展），使其具备实时性的方式；代 表性的有Windows RTX 、Xenomai 、RT Linux、RTAI等；下图为Windows RTX架构 Windows Process Windows Process RtAPI Linked with RTX64 RTX64 Server Console Windows Subsystem User mode 缺点：对实时任务的支 Kernel mode 持（资源）没有第一种 RTX64 Process RTX64 Process RtxTCPIP Or RTDLL Or RTDLL 方式多。 64 bit Windows RT-TCPIP Stack RTX64 Server Kernel and Device Drivers RTX64-RTSS （Real-time-Subsystem） Windows HAL RTX64 HAL Extension Windows Windows X64 Hardware RTSS RTSS RTSS Processor0 ... ProcessorX Platform Processor x+1 ... Processor x+2 Processor 63 八、DELTA并联机器人运动控制 系统软件 目前国外成熟的商用软PLC系统软件都提供了从开发端到运行端完整成套的解 决方案，具有良好的通用性和开放性，支持二次开发功能，因此被广泛应用到包 括机器人控制器的许多工控领域。如斯图加特大学ISG研究所的ISG-Kernel控制软 件包，是集CNC 、工业机器人和通用运动控制的软件解决方案，目前支持KW公 司的MultiProg 、3S公司的CoDeSys和Beckhoff公司的TwinCAT软PLC软件平台。再 如奥地利KEBA 公司的KeMotion 系列机器人控制器，其配套的软PLC 开发软件 KeStudio基于CoDeSys 的二次开发功能，开发了PLCopen 的运动控制功能库以及通 用的机器人控制功能库，实现了通用的机器人控制功能。 目前广泛应用的软PLC软件主要有3S公司的CoDeSys、Beckhoff公司的 TwinCAT ，以及KW公司的MultiProg等。 八、DELTA并联机器人运动控制 （1）CoDeSys开发平台 CoDeSys软件是一款基于构和IEC 61131-3 国际编程标准的、面向工业4.0及物联 网应用的软件开发平台。它可以使用户使用此单一软件工具套件实现一个完整的工业 自动化解决方案，即在CoDeSys软件平台下可以实现：逻辑控制（PLC ）、运动控制 （Motion Control ）及CNC控制、人机界面（HMI ）、基于Web Service 的网络可视化编 程和远程监控、冗余控制（Redundancy ）和安全控制（Safety）等。CoDeSys主要包括 两部分：Development System和Runtime System 。 八、DELTA并联机器人运动控制 CoDeSys运行原理 八、DELTA并联机器人运动控制 CoDeSys其在设计之初就将功能划分为若干组件模块，例如总线协议栈、可视化界面、运动控 制、安全控制等等，用户可以像搭积木一样选购必需的模块搭建自己的系统，最后形成一个定 制化的控制软件平台。 CoDeSys在工业控制领域 的应用非常广泛，上面提 到的很多机器人公司都使 用了它的产品，例如 KEBA 、倍福、固高、台 达、广州启帆机器人、新 时达机器人等。 八、DELTA并联机器人运动控制 （2）KW-Software运动控制平台MULTIPROG和ProConOS KW 的软件平台与CoDeSys软件平台的运行原理及架构相似，架构如下图所示。 开发工程师站 ST FBD PLCopen Part1，Part2 ，Part4库 IL SFC MULTIPROG CAM工具以及 Express 5.35 其他辅助工具 EtherCAT协议栈 C#固件库 配置工具 以太网在线通讯 C++用户开发固件库 用户编写的IEC6113应用 ISG ProConOS eCLR HLI Motion Control 硬实时 EtherCAT驱动 应用 EtherCAT协议栈 硬实时Linux2.6/ INTime ARM Cortex-A8/x86 八、DELTA并联机器人运动控制 （3 ）KEBA 的KeMotion系统 4 ）KUKA 的系统 （ 八、DELTA并联机器人运动控制 2）对工业机器人控制器的要求 完整的工业机器人控制器需要具备：机器人示教控制、再现运行控制、机 器人应用程序的解释执行、机器人运动控制 （通过机器人运动学、动力学 等模型完成运动规划、轨迹插补以实现机器人稳定平滑运动）、逻辑与过 程控制 （通过对外围硬件设备控制实现特定的作业工艺）、与上位机开发 软件系统的通信以及与示教盒通信等功能。 八、DELTA并联机器人运动控制 3）工业机器人控制器系统总体设计 机器人控制系统架构 八、DELTA并联机器人运动控制 （1）实时系统运行平台选择 应用开发层 考虑到Linux系统开源免费、可定 用 户 制裁剪、功能强大且可移植性好，这 空 Linux系统调用 Xenomai系统调用 间 里介绍一个设计的机器人控制器系统 平台选用Linux实时化方案。 Linux域 Xenomai域 通过Xenomai实时内核对Linux操 内 作系统原生内核进行实时化拓展，结 核 ADEOS 空 中断管道机制 合Linux 自身强大功能，可满足工业机 间 域管理模块 其他模块 I-Pipe 器人应用需求，同时也方便向不同的 控制器硬件平台移植（工控机或嵌入 应用开发层 式处理器）。 Xenomai实时化实现原理 八、DELTA并联机器人运动控制 示教盒 上位机软件 （2 ）控制器系统软件总体构架 Linux+Xenomai 整个控制器软件系统分可为三层，共四个进程，分 运行管理层 别称为系统运行管理进程、软PLC子系统进程、RC子 系统运行监控器任务 系统运行管理器任务 运行监控 任务管理 系统进程和设备接口进程，而每个进程级任务由1个 机器人 内存 软PLC PLC 或多个线程级任务组成。 程序 RC子系统 共享 子系统 程序 消息机制 控制器硬件设备接口采用工业以太网 （如EtherCAT等） 核心业务层 伺服数据映像 I/O数据映像 接口，在控制器内部集成软主站，EtherCAT协议栈模 设备接口层 块运行于操作系统内核空间。机器人控制器通过标 伺服接口子任务 I/O接口子任务 准以太网接口与示教盒以及上位机软件通信。 用户空间 内核空间 EtherCAT协议栈 伺服驱动器 I/O设备 八、DELTA并联机器人运动控制 （3）系统任务模块功能划分 控制器运行系主要划分为 系统任务 ４个进程级任务：分为８ 类实时子任务和两类非实 系统运行管理进程 RC进程 软PLC进程 设备接口进程 时子任务。 机 软 设 伺 运 运 RC 插 软 I/O 器 PL 备 服 行 行 运 人 补 PL C 接 接 接 其中软PLC初始化任务和设备接口 管 监 行 语 运 C 初 口 口 口 理 控 管 言 算 虚 始 管 管 管 器 器 理 解 器 拟 化 理 理 理 管理任务为非实时子任务，运行 任 任 任 释 任 任 任 任 任 任 务 务 务 器 务 务 务 务 务 务 于Linux域；其它的均为实时任务， 运行于Xenomai域 八、DELTA并联机器人运动控制 3）人机交互系统 相对其它大多数设备，工业机器人的人机交互系统更复杂。工业机器人 的核心交互设备是示教器，机器人的主要交互操作都是通过示教器进行的。 （1）示教器系统 机器人示教器作为人与机器人交 互的主要设备和终端，涵盖了机 器人使用过程中不同用户的各种 功能需求。 ABB机器人示教器 八、DELTA并联机器人运动控制 用户一般被分成4类： 1）系统集成工程师，完成机器人和其它外设的配置集成，包括机器人零点校准 和系统外设的参数配置； 2 ）编程人员，在已经配置好的系统上针对具体任务进行编程、示教和调试，完 成既定任务的程序化； 3 ）生产操作人员，只负责整个任务的启停和类似于上下料操作等的中间交互； 4 ）系统维护工程师，当系统出现故障后，对系统进行故障诊断和维修维护。 八、DELTA并联机器人运动控制 （2）示教系统的基本功能  伺服启动及使能功能。  轴运动和示教速度切换功能。  坐标系切换功能。  IO功能。  状态显示和信息查询功能。  通讯功能。 除了上述以功能外，示教器还应该提供文件管理功能、测试和错误处 理功能等。 八、DELTA并联机器人运动控制 示教器是个多功能融合的复杂系统，为了更好的对示教器系统进行研究和 开发，需要将这些复杂的功能进行模块化划分，其划分结构如图所示。 示教器系统 人 文 监 程 机 件 控 序 通 交 管 管 解 讯 互 理 理 释 模 模 模 模 模 块 块 块 块 块 手 程 参 信 安 错 精 词 目 数 动 序 数 息 程 文 全 误 确 法 标 命 据 I/O 控 编 设 显 序 件 保 处 定 语 代 令 信 显 制 辑 置 示 存 操 护 理 时 法 码 发 息 示 界 界 界 界 储 作 模 模 模 分 生 送 接 面 面 面 面 块 块 块 析 成 收 八、DELTA并联机器人运动控制 （3）示教器硬件设计与实现 对于通用的工业机器人，考虑到功能完备性、操作便捷性和安全性， 示教器应具备以下功能： • 存储功能 • 显示和触摸输入功能 • 以太网通信功能 • 热插拔： • 摇杆 • 按键 • USB接口 • 安全功能 八、DELTA并联机器人运动控制 （4）示教器软件设计与实现 示教器软件功能模块划分 示教器软件采用模块化设计，按功能分为10个模块，分别为： 通信模块、数据库模块、变量管理模块、日志管理模块、监视模块、程序 编辑模块、文件管理模块、用户管理模块、系统设置模块以及其他辅助模块。 八、DELTA并联机器人运动控制 3 ）示教器软件系统架构设计与实现 整个软件系统架构分为四层，第4层为通信客户端和数据库；第3层为接口类 层，主要负责实现数据通信和数据库读写的接口操作功能；第2层为程序编 辑器、监视、文件管理等功能模块；最顶层为用户界面。 第一层 HMI控制 HMI配置 程序编辑器 编译器/解释器 特 用 性 户 HMI设置 变量管理 管 管 第二层 理 理 监控 手动模式 错误 日志 示教器软件可以采用基于Qt的 处理 框架进行设计实现，采用C++语言 管理 文件管理器 开发。运行于嵌入式Linux系统中。 第三层 命令路由 数据库接口 第四层 客户端 数据库 八、DELTA并联机器人运动控制 2.4 传感系统 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息 （如位移、力、速 度等），并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所 需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和 控制等要求。 传感器组成一般由敏感元件、转换元件、信号调理转换电路三部 分组成, 有时还需外加辅助电源提供转换能量。 八、DELTA并联机器人运动控制 检测工业机器人各部分内部状态的传感器，如 内部传感器 各关节的位置、速度、加速度、温度、电机速 度、电机载荷、电池电压等，并将所测得的信 息作为反馈信息送至控制器，形成闭环控制； 传感器分类 用于检测对象情况及机器人与外界关系从而使 机器人动作能够适应外界状况，是机器人与周 外部传感器 围交互工作的信息通道，用来执行视觉、接近 觉、触觉、力觉等。 八、DELTA并联机器人运动控制 1）内部传感器 机器人通过内部传感器来确定自身坐标系内的姿态位置，感知自身状态， 以调整并控制机器人行动。 作为反馈元件，检测机器人自身的各种状态参数，如关节运动的位置、 速度、加速度、力和力矩等。因此，内部传感器主要包括位移、速度及 加速度传感器等。 八、DELTA并联机器人运动控制 （1）位移传感器 直线位移传感器 电位计 位移传感器 电位计 增量式 角位移传感器 编码器 绝对式 旋转变压器 直线式电位计  电位计 旋转电位计 八、DELTA并联机器人运动控制 接触式和非接触式编码器  编码器 直线编码器和旋转编码器 增量式、绝对式以及混合式编码器 八、DELTA并联机器人运动控制 增量式光电编码器基本组成 增量式编码器光栅码盘 4线绝对式光电编码器码盘 八、DELTA并联机器人运动控制 2）外部传感器 外部传感器主要用来检 名称 实物图 说明 测机器人所处环境及目 标状况，如抓取的是什 触觉传感器 接近觉传感器 么物体，距离物体有多 远，抓取的物体是否滑 视觉传感器 CMOS 视觉传感器 落等。从而使机器人能 够与环境发生交互作用 并对环境具有自我校正 和适应能力。 听觉传感器 驻极体电容传声器 八、DELTA并联机器人运动控制 接触觉传感器 压觉传感器 触觉传感器 接近觉传感器 滑觉传感器 二维视觉传感器 视觉传感器 三维视觉传感器 八、DELTA并联机器人运动控制 2.5伺服系统 工业机器人一般采用交流伺服系统作为执行单元来完成机器人特定的轨迹 运动，并满足在运行速度、动态响应，位置精度等方面的技术要求。因而 交流伺服系统是工业机器人的重要核心部件。 对于工业机器人，交流伺服系统通常作为执行单元来完成机器人特定的轨 迹运动控制，它是影响机器人性能的主要因素之一。 八、DELTA并联机器人运动控制 国外一些著名公司，如日本的FANUC、安川、富士通、松下和三菱公司，美 国的罗克韦尔自动化（Rockwell Automation）、丹纳赫（Danaher）和帕克 （Parker）公司，德国的西门子、伦茨、Lust、博世力士乐公司，法国BBC公 司，韩国三星公司，英国的Control Technology、SEW公司，奥地利贝加莱公 司，瑞士ABB公司等不断推出伺服系统产品，实现全数字化、系列化与批量 生产，占据了市场主导地位。 国内主要有南京埃斯顿、广州数控、汇川技术等20余家较大规模的伺服品牌。 国产品牌产品功率范围多在22KW 以内，技术路线上与日系产品接近，目前总 市场占有率在10％左右。 八、DELTA并联机器人运动控制 1）伺服驱动器的基本原理 交流伺服驱动器包括电流环、速度环和位置环3部分，它是典型的三环控制系统。 八、DELTA并联机器人运动控制 2）伺服驱动器硬件设计 PE 外接制动电阻 吸 软启动电阻 收 G1 G3 G5 电 U 、V 、W 基于模块化设计 L1 滤波及 容 输出电流 测电阻 L2 保护电 直流母 U 编 L3 路 线 V M 码 理念，将所设计的数 PE 器 GT G2 G4 G6 W 器 PE EMI保护 字交流伺服驱动器分 T 1 BR_OC RLY DC DCN T2 功率电路 PE 为控制模块、功率模 RLY DC T 1 T2 BR_OC 逆变、制动 块和操作面板3部分。 2Pin 继电器控 风扇控制 母线电压 整流模块 逆变模块 U、V相电流 制动过流保 IGBT驱动 制接口电 电路 检测电路 温度检测 温度检测 检测电路 护电路 电路 路 驱动部分 光隔离 光隔离 光隔离 光隔离 FPGA 编码器通 讯电路 EMIF接口电路 软起继电器电源 FRAM 电压检测电路 RST_ N OSC JTAG LED I2C 显示 与 电 DSP 路 键盘 控制电路 USB接口电路 CAN接口电路 RST_ N OSC JTAG 八、DELTA并联机器人运动控制 3 ）伺服驱动器软件设计 软件设计模型如图所示，分为芯片外设层、应用层，算法驱动层以及通讯 层和硬件管理层。 算法层 （位置环、转速环、电流环等） 应用层 （通讯协议DS402、伺服应用等） 通讯层 硬件管理层 （CANopen通信、EtherCAT通信等） PWM驱 ADC驱 UART Timer 通讯芯片驱动 （CAN、EtherCAT等） 动 动 驱动 驱动 八、DELTA并联机器人运动控制 当系统上电后，主程序优先进行芯片时钟外设初始化，然后执行主应用程 序。 开始 硬件外设初始化 软件变量初始化 伺服状态机 硬件定时中断 UART 收发中断 CAN接收中断 Z脉冲中断 编码器零点位置 电机控制处理 通讯数据处理 通讯协议处理 锁存 八、DELTA并联机器人运动控制 3、机器人编程 3.1在线编程（示教编程） 在线编程又叫示教编程或者示教再现编程，它是目前大多数工业机器人 的编程方式，用于示教再现型机器人，可以在机器人作业现场进行。操 作者可以根据作业需求把机器人末端执行机构送到目标位置，并保证整 个机械本体处于相应的姿态，然后把这一位姿所对应的关节角度信息记 录到存储器保存。操作者对作业空间的各点重复以上操作，就可以把整 个作业过程记录下来，之后通过设计好的软件系统，自动生成整个作业 过程的代码，这个过程就是示教过程。 八、DELTA并联机器人运动控制 示教编程的优点：编程简单方便，使用灵活，不需要环境模型；易于掌握，操作 者不需要具备专门知识，不需要复杂的装置和设备，轨迹修改方便，再现过程快， 对实际机器人进行示教时，可根据具体的运动状况，修正机械结构的位置误差， 能适用与大部分的小型机器人项目。 示教编程的缺点：功能编辑比较困难，难以使用传感器，难以表现条件分支，难 以实现复杂的机器人运行轨迹，编程的质量取决于编程者的经验；在进行机器人 示教时，要占用机器人，降低了生产效率。 八、DELTA并联机器人运动控制 1）在线编程的种类 示教的方法有多种，有主从式、编程式、示教器式、直接示教（即 手把手示教）等。 主从式示教 由结构相同的大、小两个机器人组成，当操作者对主动 小机器人手把手进行操作时，因两机器人所对应关节之间装有传感器， 所以从动大机器人可以以相同的运动姿态完成所有示教操作。 编程式示教 运用上位机进行控制，将示教点以程序的格式输入到计算机 中，当再现时按照程序语句一条一条地执行。这种方法除了计算机外，不 需要任何其他设备，简单靠一靠，适用于小批量、单件机器人的控制。 八、DELTA并联机器人运动控制 示教器和上位机控制的方法大体一致，只是由示教器中的处理器代替 了计算机，从而使示教过程简单化。这种方法由于成本较高，所以适用 于大批量的成型产品中。 操作者 编辑 0...1 MOV 内 . . 命 示 . 部 . 教 . . 令 . 代 . 数 . . 码 . . 据 010...1 JMP 作业 翻译 八、DELTA并联机器人运动控制 3.2 离线编程 机器人离线编程系统是利用计算机图形学的成果，建立起机器人及 其工作环境的几何模型，再利用一些规划算法，通过对图形的控制和操 作，在离线的情况下进行轨迹规划。通过对编程结果进行三维图形动画 仿真，以检验编程的正确性,最后将生成的代码传到机器人控制器, 以控制 机器人运动，完成给定任务。 八、DELTA并联机器人运动控制 1）机器人离线编程的现状 工业机器人是在20世纪60年末由美国研发出来，国外对工业机器人离线年代，而国内机器人离线年代。相对来说国外 在工业机器人离线编程的研究比较深入，如有来自加拿大的Robotmaster软件、 以色列的软件RobotWorks软件、德国西门子旗下的ROBCAD软件和KUKA公司的 KUKA SIM软件、英国系统公司的Grasp软件、法国达索旗下的DELMIA 软件、日 本的FANUC 公司RobotGuide软件和安川电机株式会社的MotoSim EG软件、瑞士 ABB公司的RobotStudio软件，这些编程软件在面向对象方面做得比较好，它们 分别在生成轨迹、仿真、后置处理等方面有着自己的优势。 而我国相对较好的离线编程软件是来自北京的Robot Art软件，能应用于大 部分主流工业机器人，也能很好地生成相应的轨迹，它在国内机器人领域是比 较先进的。 八、DELTA并联机器人运动控制 2）机器人离线编程的特点 机器人离线编程具有以下几个优点： ①减少机器人的非工作时间。 ②使编程人员远离危险的作业环境。 ③适用范围广。同一个离线编程系统可以适应各种机器人的编程。 ④便于构建FMS和CIMS系统。 ⑤可使用高级机器人语言对复杂系统及任务进行编程。 ⑥便于程序修改。 八、DELTA并联机器人运动控制 3 ）机器人离线编程的过程 ① 对生产过程及机器人作业环境进行全面的了解。 ② 构造出机器人及作业环境的三维实体模型。 ③ 选用通用或专用道基于图形的计算机语言。 ④ 利用几何学、运动学及动力学的知识，进行轨迹规划、算法检查、屏幕动态 仿真，检查关节超限及传感器碰撞的情况，规划机器人在动作空间的路径和运动轨 迹。 ⑤ 进行传感器接口连接和仿真，利用传感器信息进行决策和规划。 ⑥ 实现通信接口，提供有效的人机界面，便于人工干预和进行系统操作。 八、DELTA并联机器人运动控制 4 ）机器人离线编程系统的结构 离线编程系统是当前机器人实际应用的一个必要手段，也是开发和 研究任务级规划方式的有力工具。离线编程系统主要由用户接口、机器 人系统三维几何构型、运动学计算、轨迹规划、三维图动态仿真、 通信接口和误差校正等部分组成。 八、DELTA并联机器人运动控制 3.3 编程语言 1）机器人编程语言的发展 相对于工业机器人，机器人语言的诞生和发展要较晚一些。在工业机器 人的概念出现20年后的1973年，Stanford人工智能实验室最早研究和开发了 WAVE语言，用于控制机械手的动作。 最早进入商业应用的语言是美国Unimation公司于1979年研发完成的VAL ， 它发展于BASIC语言，故其结构也类似与BASIC语言。 1978年意大利Olivetti公司推出了非文本型语言SIGLA ，英国爱丁堡大学开 发出RAPT语言及1980年意大利DEA公司推出了用于控制该公司PRAGMAA 3000 装配机器人的编程语言HELP等 八、DELTA并联机器人运动控制 1981年在日本东京举行的第十一届国际工业机器人讨论会上，日本推出 了两种机器人语言，即东京大学开发的GEOMAP 语言和Komatsu公司用于焊 接机器人编程的PLAW语言。1984年，日立公司推出类似PASCAL语言的ARL语 言。日本的FANUC公司和美国的GM Fanuc公司共同推出KAREL语言，用于控制 机器人、视觉系统和机器人工作单元。 普渡大学的R.P.Paul等人在1983年用C语言编写了一些专门用于机器人控制 的库函数，并整合C语言系统将之命名为RCCL。最初，RCCL在VAX-11/780小型 计算机上实现。后来加拿大Mc Gill大学智能机器研究中心等机构扩展了RCCL， 实现了对多个机器人的控制。这些都是针对普通计算机程序设计语言在机器 人上的应用做的一些探索和研究。 八、DELTA并联机器人运动控制 现在应用比较广泛的且有代表性的工业机器人编程语言是ABB公司开发 的RAPID语言。它是一种英文编程语言，所包含的指令可以移动机器人、设 置输出、读取输入、还能实现决策、重复其它指令、构造程序、与系统操作 员交流等功能，是有较强功能的机器人语言。 国内从上世纪80年代后期开始进行机器人语言的研究，也开发出了一些 机器人语言。其中，比较有代表性的是哈尔滨工程大学在AST486 机中用 TURBO PASCAL语言实现的RO BOT-L语言系统，它将编辑、编译、运行三个模 块组合在一起构成了一个集成环境，用菜单进行驱动，为用户提供了一个良 好的界面，使用方便。ROBOT-L已经在其机器人路径规划系统中应用。 八、DELTA并联机器人运动控制 2）机器人语言的种类 表 主要的机器人语言 语言名称 国家 研究单位 简要说明 AL 美 斯坦福人工智能实验室 动作级描述兼有对象级语言特征 AUTOPASS 美 IBM Waston 实验室 组装机器人语言 VAL 美 Unimation 公司 PUMA、UNIMATION 机器人配置 WAVE 美 斯坦福人工智能实验室 多传感器协调语言 MCL 美 Mc Donnell Douglas公司 机器人、NC 机床综合语言 RAFT 英 爱丁堡大学 类似NC语言APT ROBEX 德 Machine Tool Lab 脱机编程语言 SIGLA 意 Olivetti 公司 用于装备的非文本语言 IML 日 九州大学 现场操作可人机交互动作级语言 RAPID 美 ABB公司 高度灵活性的编程语言 八、DELTA并联机器人运动控制 3）机器人语言的类型 机器人语言可以按照其作业描述水平的程度分为动作级编程语言、对象级 编程语言和任务级编程语言三类。 八、DELTA并联机器人运动控制 4）编程指令（国标GB/T 29824-2013） 为了提高我国机器人产业的竞争力，排除机器人厂商 “各自为政”的弊端， 我国的行业专家针对我国工业机器人的发展现状，制定了工业机器人产品的编 程指令标准GB/T 29824-2013，这个标准面向弧焊、点焊、搬运、装配等作业机 器人，为工业机器人离线编程系统的发展提供了必要的基础，推动了我国工业 机器人产业的发展。 该编程指令标准包括：运动指令 （Move Instructions ）、信号处理指令 Signal Processing instruction）、流程控制指令 （Flow Control Instructions）、 （ 数学运算指令 （Math Instructions ）、逻辑运算指令 （Logic Operation Instructions ）、文件管理指令 （File Manager Instructions ）、声明变量指令 （Declaration Data Instructions）、数据编辑指令 （Data Editing Instructions）、 操作符 （Operation Sign ）、文件结构 （Structure Of Data File） 八、DELTA并联机器人运动控制 4 DELTA并联机器人运动控制 根据机器人控制系统开放性的要 求，以及高速并联机器人运动控 制的特点，可以采用以“IPC ＋ 实时核”做为控制系统的核心部 分，软件系统采用基于PC 的软 PLC ，搭建并联机器运动控制平 台。 八、DELTA并联机器人运动控制 4.1运动控制系统硬件搭建 系统硬件部分主要包括： （1）倍福嵌入式PC模块 以安装了倍福公司TwinCAT3控制 系统开发软件的嵌入式PC CX5140 为系统核心控制部分， 八、DELTA并联机器人运动控制 （2 ）伺服模块 (a)纳智交流永磁同步电机 (b) 图科伺服驱动器 (c)PHT行星减速机 八、DELTA并联机器人运动控制 （3 ）CAN耦合模块 采用倍福的EL6751 CAN耦合器， 实现CX5140与三个从站伺服驱动器 的通讯，通讯协议采用CANopen通 讯协议，设备规约为CiA402伺服通 讯协议。 八、DELTA并联机器人运动控制 （4 ）编码器模块 采用倍福EL5101增量编码器模块，实现对传 送带速度的测量。 八、DELTA并联机器人运动控制 （5 ）视觉传感器 该系统采用basler230w 的COMS 工业相机，通过GiGE千兆以太网接 口将拍照的图片信息传递给控制器 系统，由TwinCAT 的Vision 模块进 行图像分析处理。 八、DELTA并联机器人运动控制 系统硬件结构 机器人本体 八、DELTA并联机器人运动控制 4.2 运动控制系统开发软件 1）软件简介 TwinCAT 软件是德国倍福公司 （Beckhoff ）基于Windows开发的自 动化控制软件。它的作用是把工业 PC或者嵌入式PC变成一个功能强大 的PLC或者Motion Controller控制 生产设备。 TwinCAT （The Windows Control and Automation Technology ）完全利用PC 标配的硬件，实现逻辑运算和运动 控制。 八、DELTA并联机器人运动控制 TwinCAT运行

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