固高工业机器人力位混合控制

固高工业机器人力位混合控制 * 固高工业机器人力/位混合控制 张 鹏 赵 慧 (武汉科技大学 机械自动化学院，武汉 43008)1 Design of force/position hybrid control based on googoltech industrial robot ZHANG Pen，gZHAOHui (Schoolof Machinery and Automatio，Wuhann Universityof Science and Technolog，Wuhan y 43008，Chin1a) 【摘 要】针对固高工业机器人末端主动柔顺控制实现问题，改进并了力/位混合控制系统。采 用 PC+PCI总线采集控制卡的结构 ，给出了相应的硬件及软件实现。实验表明该系统具有良好的稳 定性和动态性能。 关键词:力/位混合控制;固高工业机器人;主动柔顺控制 【Abstract】In orderto realize the active compliance contro of googoltechindustria robo，tforce/pos)i lltion hybrid control is put forward.Adoptedis the structureof PC+ PCI Data acquisition and motioncards with interfac，eand also realized the connectionof hardware and programmingof softwar e.Experiments show that the system has good stability and satisfied dynamic performance. Key words:Force and position control;Googoltech industrial robot;Active compliancecontrol 文献标识码:A 中图分类号:TH137 机转动，通过同步带和滚珠丝杠后可以实现关节3 上下的直线运 1 引言动。电机运行位置和速度通过编码器检测，并将信号通入电机驱 机器人是当今工业的重要组成部分，为了使多足步行机器人动器从而实现位置闭环控制。 能够在不平坦、未知的环境中行走，且保证动作的柔顺性和协调性， 接触力通过压力传感器检测，将信号放大处理后通入到 [1]。 必须使步行机器人的各腿具有基于力反馈柔顺控制的能力PCI-9118 数据采集控制卡，与设定力进行比较，当力超过压力设 为了实现并验证该想法，对实验室的现有固高工业机器人进行 定值时，立即通过运动控制器G T-400-SG-PCI 让关节 3 停止运 了改造，设计了力/位混合控制系统。利用凌华数据采集卡实现力信 动，构成了力闭环，从而最终实现对机械手臂关节3 直线运动力/ 号采集，以满足机器人在完成接触性作业时力控制的需要。 [4]位混合控制。 2 系统整体设计 3 系统硬件平台固高工业机器人是基于 PC和 DSP运动控制器的完全开放式 本系统主要由机械手臂，固高控制器，压力检测采集系统和 机器人系统。固高工业机器人基础硬件由机器人机械运动系统 人机界面组成。系统结构图，如图2 所示。 GRB-400 SCARA型工 业机械臂，机器人电气驱动系统，基于DSP 运 动控制器 GT-400-SG-PCI 三部分组成。GRB-400 SCARA型工业 机 械臂是 SCARA型 4 自由度工业机械臂，整个机械手由一个移动副 反馈位置 (关节 3)和三个转动副(关节 1，2，4)组成，机械结构如图 1 所示。四个 设定 参数伺服电机 固高控制器 关节分别由四个伺服电机控制，在关节3 末端接触表面装上负荷传 人机界面伺服电机编码器驱动器 CT400SG 感器，并通过凌华 PCI9118 数据采集控制卡来进行采集。 - 上限位开关 限位信号 关节 4 下限位开关 关节 2 压力检测 关节 采集系统 反馈压力 1 图 2 系统控制结构 关 节 3.1 固高 GT-400-SG-PCI 控制器 3 GT-400-SG-PCI 控制卡通过四台伺服电机驱动器来同步控 制四个运动轴，实现多轴协调运动。其核心有ADSP2181 数字 信 号处理器和 FPGA组成 ，提供 8 路限位开关(每轴2 路)输入，4 关节 4 路原点开关(每轴1 路)输入，4 路伺服电机驱动器报警信号(每 轴 1 路)输入，4 路脉冲量输出，4 路编码器输入以及 16 路通用数 图 1 固高工业机械臂 在人机界面设定位置，压力和运动参数后，运动控制器G T- 第 4 期 154 张 鹏等:固高工业机器人力/位混合控制 算。该控制卡具有 PCI总线接口 ，并提供给用户C 语言函数库以 在主程序 Uti9118.c中加入以下语句 实现复杂的控制功能。 #include" Gt400.h" // 固高控制器头文件 #include" dask.h" // PCI9118采集卡头文 件 系统采用控制器提供的 API 函数来实现对电机的控制以及 在 VC 环境菜单中选择“projec”t菜单下链接上动态数据人机界面的设计。在人机界面输入参数后，GT400SGPCI 控制 --- 库。 器就会发出信号到驱动器，关节3 开始上下运动;当超出运动范 初始化完成后就可使用板卡提供的API 函数。 围或者接触到工件超过最大设定力，GT-400-SG-PCI 控制器就 会发出信号到驱动器，关节3 停止运动。 4.2 电机运动控制 运动控制器针对单轴运动提供四种运动控制模式S-:曲线 3.2 压力信号检测和采集系统模式，梯形曲线模式，速度控制模式，电子齿轮模式。系统采用 S 信号检测系统采用的是LT R-1X 型负荷传感器，该传感器 曲线模式对关节 3 进行控制。主界面中parameter set运动参数 设 是利用电阻应变原理，当传感器受外力作用时，通过外加激励电 定区可设置该曲线模式三个参数jerk: 为加加速度，acc 为加速 压，能将受力的大小转换为相应的电动势，从而达到测量的目的， 度，vel 为速度。 可测最大力为 200N，灵敏度为 1.0mv/v。系统采用 ZDB-1 型变送 器来作为传感器的供电电源以及对传感器输出电压的放大器，输 4.3 数据采集实时连续显示 本系统采用了 PCI9118 数据采集卡驱动软件中提供的非 -出电压范围为(0~10)v，外接 220V交流电源供 电。 缓冲模拟输入读数模式，该模式工作功能流程图，如图4 所示 。信 信号采集系统:凌华科技PC I9118 数据采集控制卡，该卡 -号采样频率可达到 1ms，SetTim(r e hWnd，TIMER1，time_interva，l 为 333k/s高速多功能数据采集 卡，支持即插即用，具有12 或 16 NULL)函数设置采样频率定时刷新。在 WM_TIMER消息处理 中 位的分辨率，提供16 个单端或 8 个差动模拟量输入通道4， 个数 [6]通过 BitBlt 函数来动态移动显示值，以实现连续显示，点击 stop 字量 /O 通道。关节 3 压力模拟量通过 0 号单端输入通道来进行 I按钮可将数据保存到指定文本文件。 采集，输入量程为(0~10)V。 固 高 控 制 器 提 供 API 函 数 Register_Card(card type， card_number) 来注册板卡;凌华数据采集卡提供API 函数 AI_9 3.3 系统电气驱动118_Config(card，Input_Signal|Input_Mod，e0，0，0)函数设置其输 采用松下 MINASA 系列小惯量伺服电机 MSMA012A1C和 入端口信号为单端单极性输入。其中板卡类型 cardtyp e，板卡自 伺服电机驱动器 MSDA013A1A来驱动各个关节的运动 ，该系列电 [5]定 义 卡 号 card numbe，r 信 号 极 性 Input_Signal和 信 号 类 型 机具有高响应，高速定位，速度响应快，定位时间短特点;振动抑制 Input_Mode四参数可点击主菜 单 setup项来进行选择 ，如图5 所 机能在原有的各种滤波基础上新增加了陷波滤波器和扰动监测等 示。 振动抑制机能;在驱动器 MSDA013A1A装有 增量式编码器构成高 精度定位闭环系统。MSDA013A1A 驱动器具有位置控制，速度控制 和转矩控制三种工作模式。本系统采用位置控制模式，固高控制器 产生脉冲信号，脉冲数和频率分别对应控制电机运动位置和速度。 注册板卡 4 系统软件设计 系统主界面，如图 3 所示。它包括主菜单，采集数据显示区， 端口功能配置 端口通道数及输入量程选择区，接触力设定区，位置设定区，运动 参数设定区。 读数据 AI ReadChannla 是否继续读 Y 取数据 N 释放板卡 图 4 PCI9118 工作流程图 图 5 setup 参数设置 在 force set接触力设定区可设置最大承受的压力 ，在每次采 集数据后与设定值进行比较，超过该压力即使没有到达指定位 置，控制器会立刻让电机停止运动。 4.4 实验结果 在关节 3 运动直线上放置障碍物，接着在系统主界面输入运 动参数，将实验最大承受压力设置为60 N，点击 start按钮开始 运 动，当到达设定力时，关节 3 停止运动，显示区力曲线为一直线。点 图 3 系统主界面 击 stop按钮保存采集的力数据 ，每1ms 采 集一次，共采集 2886个 4.1 VC 下使用动态链接库 数据，将保存数据导入 MATLAB中 进行分析，如图 6 所示。上部分 将板卡的提供头文件Gt40 0.h，dask.h和链接文 件GT40 . 0为未经处理的力响应曲线，下部分为加入高频滤波器力响应曲线， dll，PC-IDASKdll. 放到程序目录下，并修改Gt40 0.h中 截止频率为 10HZ。对比两响应曲线，可以看出响应曲线经过滤波 #defineGTDLL_API declspec( dllimpor)textern "C" short 后，消除了高频噪音，超调量减小。系统响应时间为0. 28ms，稳态误 差为 5%，说明系统能够快速稳定，具有良好的动态性能。 stdcall修改 为 #defineGTDLL_API declspe(cdllimpor)tshort stdcall 2011 年 4 月 Machinery Design , Manufacture155 文章编号:1001-3997(2011)04-0155-03 * 基于单目视觉的工业机器人目标识别技术研究 王修岩 程婷婷 (中国民航大学 航空自动化学院，天津 30030)0 Research on target recognition of industrial robot based on monocular vision WANG uyan，CHENG TingtngXi--i (Aerontatical Automation College，Civil Aviation University of China，Tianjin 300300，China) 【摘 要】为实现工业机器人能在多个目标的工作环境下自主识别指定的目标，提出了一种基于 单目视觉技术的解决方法。主要采用中值滤波和最大类间方差法对初始图像分别进行滤波和分割，给 出一种新的统计矩阵标记区域算法，利用目标本身的几何特征达到识别目的，选取质心标记法实现目 标物体的定位。实验结果表明，该方法在较复杂的环境下能够获得较好的识别定位指定目标的效果，为 工业机器人抓取目标提供了必要的信息。 关键词:工业机器人;单目视觉;统计矩阵标记;目标识别;系统标定 【Abstract】To make the industria robot recognizethe target automatically in muti target environ) l-ment, proposes a method based on monocular vision guidefilterin. mediang and OTSUis used separatelyto the initial imagefilterin g and segmentation,and a new methodof statistics matrix can be establishedto tag region.Identification and location purposesis achieved by the geometric characteristics of the useof taget itself and centroid marker.The experiment thatshows the method acquires good result,toso provide as the necessary information for industria robotto grasp the targetobjec t. l Key words:Industrial robot;Monocula vision;Statistics matrix marker;Target recognition; r Systemcalibration 中图分类号:TH16，TP242 文献标识码:A 变的愈加强烈和现实了。为此，提出将单目视觉系统引入工业机器 1 引言 人，研究了可在绝大多数工作环境下，自主完成在多个目标并存的 在传统的生产线上，执行抓取操作的工业机器人一般采用情况下实现智能抓取任务的工业机器人的目标识别技术。 示教或离线编程的方式，目标的初始位姿和终止位姿是预先严格 规定的。对于这类机器人，一旦工作环境发生变化或者目标物体 2 工业机器人单目视觉系统 发生变化甚至环境条件未知时，通常由于对这些变化缺乏足够的 建立的工业机器人单目视觉系统，如图1 所示。整个系统主 感知能力，从而导致机器人不能准确抓取目标，甚至无法准确完 要由单目视觉单元，监控单元和机器人执行单元三大单元组成。 成预先给定的任务。 单目视觉单元为一台固定在机器人上方的CCD 摄像机，负责摄 取工作环境中的目标并存入图像采集卡缓冲区;监控单元负责监 近年来，随着机器视觉逐渐发展成为一门由计算机科学、信号 [1]控各工作站的当前状态，并完成对存储图像进行相关处理的工 处理、人工智能、模式识别、等多学科综合而成的交叉学科，特别是 作，达到识别定位目标的目的;执行单元负责驱动机械手实施抓 其信息量大、精度高、检测范围大的特点，在工业机器人应用领域得 取操作。其中，监控单元主要完成对目标图像的识别和定位，是实 到了广泛应用，同时对执行抓取操作的工业机器人智能化的要求也 ,基金项目:国家自然科学基金重大资助项目(60776811) ,来稿日期:2010-06-07 100 5 结论 80 针对接触型机械手臂的主动柔顺控制，设计出一种实用性 60 40 F(N) 的开放力/位混合控制结构，通过实际运行以及调试改进，系统能 F(N) 20 0 够平稳的运行，为进一步研究奠定了基础。1.5 0 0.5 1 2 2.5 3 (t ns) 70 参考文献 60 50 1 SaeedB ,Niku.机器人学导论,M,,北京:电子工业出版社，200640 2 洪汝渝.六轴机器人柔顺控制的研究,J,.机器人，2005 30 20 3 孔令富.6-DOF 并联机器人修正位置/力控制系统的研究,J,.机器人，2002 10 0 4 王磊.一种开放式机器人控制器力、位混合控制的实现方法,J,.组合机床 0 1.5 0.5 1 2 2.5 3 与自动化加工技术，2001 (t ms) 5 邓星钟.机电传动控制,M,.武汉:华中科技大学出版社，2002 图 6 力响应曲线 6 艾兴. 高速铣削加工技术,M,. 北京:国防工业出版社，2003 file:///D|/我的/Desktop/新建文本文 档.txt Appliance Error (configuration_error) Your request could not be processed because of a configuration error: "Could not connect to LDAP server." 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