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海天精工機床有限公司 海天精工博客

五軸數(shù)控加工中心軟PLC控制系統(tǒng)的研究

軟件精工是開放式精工系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，以軟PLC實現(xiàn)傳統(tǒng)PLC的控 制功能有利于進一步提升五軸精工機床精工系統(tǒng)的性能，增強精工系統(tǒng)的開放 性，縮小與國外軟件精工的差距。因此本文在分析當前軟PLC技術的基礎上， 以通用的開發(fā)和運行平臺對五軸精工加工中心中軟PLC控制系統(tǒng)進行了研究，取得 了以下研究成果：

Delta機器人工作空間軌跡規(guī)劃|加工中心

上述Delta機器人的關節(jié)空間軌跡規(guī)劃及其動力學軌跡優(yōu)化模型是對關節(jié)空間驅(qū)動 電機的軌跡規(guī)劃及其動力學優(yōu)化模型，動力學優(yōu)化后，減小了所需驅(qū)動電機力矩和功率 的峰值。由圖3-12可知，關節(jié)空間軌跡規(guī)劃擬合曲線經(jīng)過運動學正解轉(zhuǎn)換得到的工作空 間擬合曲線，在末端執(zhí)行器豎直方向運行階段，x方向的速度、加速度擬合曲線稍有抖 動，擬合曲線的加速度峰值相差較大?？紤]到工作空間的各種情況，例如，在某些特殊 情況下，抓取和釋放物體時豎直運行階段水平方向不能抖動，工作空間擬合曲線的加速 度峰值要求在一定范圍內(nèi)等，即要求機器人具有良好的工作空間性能。由于在工作空間 內(nèi)進行軌跡規(guī)劃得到的擬合曲線一般具有良好的工作空間性能，為了實現(xiàn)上述要求，本 小節(jié)將對Delta機器人進行工作空間的軌跡規(guī)劃。

Delta機器人控制系統(tǒng)簡介|加工中心

為了保證Delta兩自由度高速并聯(lián)工業(yè)機器人高速、高精度的平穩(wěn)運行，必須選擇 合理的運動控制系統(tǒng)，本章節(jié)將會介紹Delta機器人使用的開源機器人操作系統(tǒng)ROS下 的硬件和軟件，包括視覺伺服、Galil運動控制卡、Copley驅(qū)動器、直驅(qū)力矩電機和基于 Linux系統(tǒng)的機器人操作系統(tǒng)ROS下的軟件控制界面，最后，通過實驗驗證上一章節(jié)中 三種軌跡規(guī)劃方法的實用性。

基于Linux的機器人操作系統(tǒng)ROS|加工中心

機器人操作系統(tǒng)ROS (Robot Operation System)是專為機器人軟件開發(fā)所設計的一套電腦操作系統(tǒng)架構，它是開源的元級操作系統(tǒng)（后操作系統(tǒng)），提供類似操作系統(tǒng)的服 務，包括硬件抽象描述、底層驅(qū)動程序管理、共用功能的執(zhí)行、程序間消息傳遞、程序 發(fā)行包管理，它也提供一些工具程序和庫用于獲取、建立、編寫和執(zhí)行多機融合的程序。 ROS的主要設計目標是便于機器人研發(fā)過程中代碼復用，是一個分布式的進程框架，執(zhí) 行程序可以各自獨立的設計，松散的、實時的組合起來[67]。

離線與實時在線軌跡規(guī)劃|加工中心

根據(jù)不同的應用場合，軌跡規(guī)劃又分為離線軌跡規(guī)劃與實時在線軌跡規(guī)劃，離線軌 跡規(guī)劃是基于環(huán)境先驗完全信息的軌跡規(guī)劃，完整的先驗信息只能適用于靜態(tài)環(huán)境，機 器人的離線軌跡規(guī)劃有其潛在的優(yōu)點，例如，在編程過程中，離線的軌跡規(guī)劃不需要占 用生產(chǎn)設備，因此，保證了自動化工廠大部分時間處于生產(chǎn)狀態(tài)；減小了對系統(tǒng)硬件的 要求，有利于降低系統(tǒng)成本；容易實現(xiàn)系統(tǒng)的柔性組態(tài)。

軟PLC系統(tǒng)的總體結(jié)構|加工中心

國際標準IEC61131-3為工業(yè)控制系統(tǒng)提供了一個開放的、可重構的軟件模 型，它采用分層思想來構建軟件，按照“配置一資源一任務一程序”體系結(jié)構設 計軟件模型。一個配置相當于一個PLC軟件，每個配置可由一個或多個資源組 成；資源提供了運行程序所需的環(huán)境，創(chuàng)建多個資源同時運行多個獨立的PLC 程序，這突破了傳統(tǒng)PLC每次只能運行一個PLC程序的限制；任務則由資源進 行配置，通過控制程序來實現(xiàn)一定的功能。

軟PLC運行系統(tǒng)的任務劃分及實現(xiàn)|加工中心

本軟PLC運行系統(tǒng)由通信接口模塊、系統(tǒng)管理模塊、程序執(zhí) 行模塊、存儲模塊和I/O接口模塊五個模塊組成，每個模塊用于完成指定功能。 根據(jù)軟PLC運行系統(tǒng)的工作原理對每個模塊的任務進行了劃分：