畢業(yè)設計（論文）-工業(yè)機器人的電控系統(tǒng)設計與實現

本科畢業(yè)設計（論文）說明書本科畢業(yè)設計（論文）說明書 工業(yè)機器人的電控系統(tǒng)設計與實現工業(yè)機器人的電控系統(tǒng)設計與實現 學學 院院 機械工程學院機械工程學院 專業(yè)班級專業(yè)班級 0909 機械工程及自動化機械工程及自動化 6 6 班班 學生姓名學生姓名 學生學號學生學號 指導教師指導教師 提交日期提交日期 20132013 年年 5 5 月月 2929 日日 I 摘摘 要要 本研究課題是基于應用在汽車物流實驗當中的四軸工業(yè)機械手，電控系統(tǒng)采用 了固高公司的 GUC 系列工控機作為上位機，并采購了臺達伺服驅動器作為下位機， 圍繞著上下位機，結合各相關電控元件，從中配置臺達伺服驅動器與固高工控機的 參數，搭建起整套電控系統(tǒng)。 本課題主要介紹臺達驅動器的調試配置和固高一體機的調試配置，確定 GUC- 400-EXX-M01-L3 型號的 GUC 運動控制器的接口定義并設計和制作通用端子板，再結 合各相關的電控元件，搭建起整套電控系統(tǒng)，從而配置臺達伺服驅動器和固高工控 機的參數。然后再通過通信電纜的參數配置，尤其電子齒輪比的設置，來實現上下 位機的聯(lián)調。 目前工業(yè)機器人技術已成為世界各發(fā)達國家競相發(fā)展的高技術，其發(fā)展水平已 成為衡量一個國家技術發(fā)展程度的重要標志之一。工業(yè)機器人技術研究、制造和應 用的水平從一個側面表現了國家的科技水平和經濟實力，因而受到各國的重視。 關鍵詞關鍵詞：工業(yè)機械手，上下位機，電控系統(tǒng) AbstractAbstract In this paper, multivariable predictive control algorithm and its application to the control of the environmental test device are introduced particularly. The temperature and humidity control system of the environmental test device is characterized as long time delay and severe coupling. Therefore, the routine PID control effect is unsatisfactory. In this case, the simulation of the temperature and humidity control of the environmental test device based on multivariable predictive control algorithm is made. Currently the robot technique has become the high technique that each flourishing nation in world develops competitively, the level of development has become one of the important markings that measure a national technique development degree. The robot technique research, manufacturing and applied levels are from a side token the level of the science and technology and economic powers of the nation, as a result it was subjected to the value of all countries. Key wards: welding robot, arm, wrist, harmonic reducer , AC servo motor III 目錄目錄 摘摘 要要I AbstractAbstract.II 第一章第一章 緒緒 論論.1 1.1 選題背景.1 1.2 國內外形勢.1 1.3 主要研究工作.1 1.4 本文安排.2 第二章第二章 臺達驅動器的調試配置臺達驅動器的調試配置3 2.1 臺達驅動器的電路搭建.3 2.2 臺達驅動器的參數配置.5 2.2.1 面板顯示及操作.5 2.2.2 參數設定流程.6 2.2.3 狀態(tài)顯示.7 2.2.4 異常狀態(tài)記錄顯示操作.9 2.3 寸動模式的調試（即空載 JOG 測試）10 2.4 單機軟件應用界面的調試12 2.5 本章小結14 第三章第三章 固高一體機的調試配置固高一體機的調試配置.15 3.1 固高一體機的電路搭建15 3.1.1 電機控制系統(tǒng)的基本組成15 3.1.2 GUC 運動控制器電源連接圖16 3.1.3 專用輸入、輸出連接方法16 3.1.4 編碼器輸入連接方法17 3.1.5 控制輸出信號連接方法18 3.1.6 通用數字量輸入/輸出連接方法.20 3.1.7 模擬量輸入連接方法21 3.2 固高一體機的參數配置21 3.2.1 Demo 介紹.21 3.2.2 控制器配置22 3.2.3 運動控制功能的測試23 IV 3.2.4 IO 功能的測試.24 3.3 本章小結25 第四章第四章 固高一體機的通用端子板固高一體機的通用端子板.27 4.1 通用端子板的設計27 4.1.1 輸出信號的控制28 4.2 通用端子板的原理圖28 4.3 通用端子板的技術參數29 4.3 本章小結30 第五章第五章 配置上下位機的通信參數配置上下位機的通信參數.31 5.1 搭建電控柜的電控系統(tǒng)31 5.1.1 外部電源31 5.1.2 電控系統(tǒng)原理圖32 5.2 上下位機聯(lián)調32 5.2.1 通信電纜的參數32 5.2.2 電子齒輪比37 5.2.3 檢出器輸出脈沖設定39 5.2 本章小結39 結論結論.40 參考文獻參考文獻.42 附錄附錄.43 致謝致謝.46 第一章 緒論 1 第一章第一章 緒緒 論論 1.11.1 選題背景選題背景 工業(yè)機器人是面向工業(yè)領域的多關節(jié)機械手或多自由度的機器人，是一種能自 動定位、可重復編程、多功能、多自由度的操作機。它能搬運材料、零件或加持工 具，廣泛應用在人在工業(yè)生產中，能代替人做某些單調、頻繁和重復的長時間作業(yè)， 或是危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)。本研究課題背景是建立在廣州學院機器人應用研究 所所研發(fā)出的四軸工業(yè)機械手，并將其應用在汽車物流實驗室的教學實驗當中。工 業(yè)機器人在許多生產領域的使用實踐證明，它在提高生產自動化水平，提高勞動生 產率和產品質量以及經濟效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用， 引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關注。在新的世紀，工業(yè)機器人必將得到更 加快速的發(fā)展和更加廣泛的應用。 1.21.2 國內外形勢國內外形勢 隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人 的應用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進而推廣到諸如 采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)維護維修機器人等各種非制造行業(yè)。此外， 在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務等領域機器人的應用也越來越多，如無人偵察機 (飛行器)、直角坐標機器人、醫(yī)療機器人、家政服務機器人等均有應用實例。機器 人正在為提高人類的生活質量發(fā)揮著重要的作用。鑒于此，工業(yè)機器人可以說是節(jié) 約勞動生產力，提高產量的尤物，是人類機械化提高的一個重要標志。和計算機、 網絡技術一樣，工業(yè)機器人的廣泛應用正在日益改變著人類的生產和生活方式。 我國工程機械行業(yè)應用工業(yè)機器人較晚，目前處于引進消化階段。為了適應工 業(yè)生產系統(tǒng)向大型、復雜、動態(tài)和開放方向發(fā)展的需要，國際機器人界都在加大科 研力度對機器人技術進行深入研究。從工業(yè)機器人技術發(fā)展趨勢看，智能化控制技 術將是工業(yè)機器人技術發(fā)展的主要方向。 1.31.3 主要研究工作主要研究工作 通過收集資料熟讀臺達交流伺服驅動器的產品說明書，進行電路搭建和調試配 置。然后熟讀固高一體機的產品說明書，進行電路搭建和調試配置。然后根據動作 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 2 要求繪制固高一體機的通用輸入及通用輸出端子板。之后再結合上下位機，設計電 控柜的電控原理圖。最后通過配置上下位機的通信參數，搭建電控系統(tǒng)。另外，還 要翻譯一篇與論文相關的外文資料。 1.41.4 本文安排本文安排 這次課題的研究主要分七個階段完成。 第一階段（2013.1.12 前）是查閱設計相關資料和文獻，完成開題報告。第二 階段（2013.3.8 前）是確定方案，完成臺達驅動器的電路搭建、參數配置、寸動模 式的調試和單機軟件應用界面的調試。第三階段（2013.4.19 前）是完車成高一體 機的單路搭建和參數配置，繪制固高一體機的通用輸入及通用輸出端子板。第四階 段（2013.5.10 前）是結合上下位機，設計電控柜的電控原理圖；配置上下位機的 通信參數，搭建電控柜的電控系統(tǒng)。第五階段（2013.5.18 前）是進行上下位機聯(lián) 調，翻譯有關英文資料，撰寫畢業(yè)設計論文。第六階段（2013.5.25 前）是畢業(yè)論 文定稿，整理、完善畢業(yè)設計，答辯資格審查。第七階段（2013.6.1 前）是完成畢 業(yè)設計答辯。 第二章 臺達驅動器的調試配置 3 第二章第二章 臺達驅動器的調試配置臺達驅動器的調試配置 本研究課題是基于應用在汽車物流實驗當中的四軸工業(yè)機械手，電控系統(tǒng)采用 了固高公司的 GUC 系列工控機作為上位機，并采購了臺達伺服驅動器作為下位機， 圍繞著上下位機，結合各相關電控元件，從中配置臺達伺服驅動器與固高工控機的 參數，搭建起整套電控系統(tǒng)。 2-1 電控系統(tǒng)原理圖 工業(yè)機器人的電控系統(tǒng)設計與實現必須考慮以下方面的要求： （1）系統(tǒng)優(yōu)越性：系統(tǒng)結構清晰，安裝、操作簡單，適用于各類使用環(huán)境，系 統(tǒng)運行穩(wěn)定性好。 （2）時效性：實時監(jiān)控伺服驅動器和馬達的運行狀況。 （3）準確性：系統(tǒng)定位準確，偏差小，以達到較高的精度要求。 2.12.1 臺達驅動器的電路搭建臺達驅動器的電路搭建 臺達驅動器的電路是由控制電路和主回路組成。主電路：由三角插頭接通交流 電源 220V主控開關交流接觸器主觸頭交流伺服驅動器交流伺服電機。控制 回路：由三角插頭電源（接通交流電源 220V）的火線（L 線）主控開關急停開 關停止按鈕（常閉開關按鈕）啟動按鈕（常開開關按鈕）交流接觸器線圈 三角插頭的零線（N 線）。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 4 圖 2-2 臺達驅動器的電路原理圖 電路工作原理如下：當電機 M 要運行時，合上主控開關，按下啟動按鈕 SB2， 交流接觸器 KM 通電并自鎖，此時交流接觸器主觸頭接通，交流伺服驅動器上電驅動 電機 M 正常運行。當電機 M 要停止運行時，按下停止按鈕 SB1，交流接觸器 KM 斷電， 交流接觸器主觸頭斷開，交流伺服驅動器斷電，電機 M 停止運行。當出現故障或其 他緊急情況是，可按下急停開關，控制回路立馬斷電，電機 M 緊急停止。 圖 2-3 臺達驅動器的電路實物圖 連接控制電路的優(yōu)點： （1）假如不連接控制電路，單靠主控開關或刀閘開關來控制，在線路連接比較 遠時，控制很不方便。 第二章 臺達驅動器的調試配置 5 （2）在停電時，主控開關或刀閘開關沒有及時關掉或忘記關掉，在下一次有電 時，因為沒有關掉開關，線路接通會造成嚴重事故（電機突然在運轉），當然此次 實踐只是單單調試而已，不會發(fā)生嚴重事故。 （3）有了控制電路，控制方便，操作安全，像一些比較完美的電路會接熱繼電 器在電機的三相上，其中常閉觸頭接于控制電路中，當電機有一根線斷開（電機照 常運轉），很難發(fā)現電機出現事故，熱繼電器因為過流產生熱，從而使常閉觸頭斷 開，繼而導致控制線路斷電，交流接觸器線圈斷電，主電路也同時斷電，實現的安 全保障。當然交流接觸器也有起失壓和欠壓的保護作用。 2.22.2 臺達驅動器的參數配置臺達驅動器的參數配置 2.2.12.2.1 面板顯示及操作面板顯示及操作 面板顯示及操作主要說明 ASDA-B2 系列伺服驅動器的面板狀態(tài)顯示及各項操作 說明。 圖 2-4 面板各部名稱 表 2-1 面板各部功能 名稱功能 顯示器五組七段顯示器用于顯示監(jiān)視值、參數值及設定值。 電源指示燈主電源回路電容量的充電顯示。 MODE 鍵切換監(jiān)視模式/參數模式/異常顯示，在編輯模式時，按MODE 鍵可跳 出到參數模式。 SHIFT 鍵參數模式下可改變群組碼。編輯模式下閃爍漢字左移可用于修正較高 的設定漢字值。監(jiān)視模式下可切換高/低位數顯示。 UP 鍵變更監(jiān)視碼、參數碼或設定值。 DOWN 鍵變更監(jiān)視碼、參數碼或設定值。 SET 鍵顯示及儲存設定值。監(jiān)視模式下可切換 10/16 進制顯示。 在參數模式下，按 SET 鍵可進入編輯模式。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 6 2.2.22.2.2 參數設定流程參數設定流程 圖 2-5 參數設定流程 (1) 驅動器電源接通后，顯示器會先持續(xù)顯示監(jiān)視變數符號約一秒鐘。然后才 進入監(jiān)控模式。 (2) 按 MODE 鍵可切換參數模式監(jiān)視模式異常模式，若無異常發(fā)生則略過 異常模式。 (3) 當有新的異常發(fā)生時，無論在任何模式都會馬上切到異常顯示模式下，按 下 MODE 鍵可切換到其他模式，當連續(xù) 20 秒沒有任何鍵被按下，則會自動切換回異 常模式。 (4) 在監(jiān)視模式下，若按下 UP 或 DOWN 鍵可切換監(jiān)視變數。此時監(jiān)視變數符號 會持續(xù)顯示約一秒鐘。 (5) 在參數模式下，按下 SHIFT 鍵時可切換群組碼。UPDOWN 鍵可變更后二 漢字參數碼。 (6) 在參數模式下，按下 SET 鍵，系統(tǒng)立即進入編輯設定模式。顯示器同時會 顯示此參數對應的設定值，此時可利用 UPDOWN 鍵修改參數值，或按下 MODE 鍵脫 離編輯設定模式并回到參數模式。 (7) 在編輯設定模式下，可按下 SHIFT 鍵使閃爍漢字左移，再利用 UPDOWN 快速修正較高的設定漢字值。 (8) 設定值修正完畢后，按下 SET 鍵，即可進行參數儲存或執(zhí)行指令。 (9) 完成參數設定后，顯示器會顯示結束代碼SAVED，并自動回復到參數模 式。 第二章 臺達驅動器的調試配置 7 2.2.32.2.3 狀態(tài)顯示狀態(tài)顯示 （1）儲存設定顯示：當參數編輯完畢，按下 SET 儲存設定鍵時，面板顯示器 會依設定狀態(tài)持續(xù)顯示設定狀態(tài)符號一秒鐘。 表 2-2 儲存設定顯示說明 顯示符號內容說明 設定值正確儲存結束（Saved）。 只讀參數，寫入禁止（Read-Only）。 密碼輸入錯誤或未輸入密碼（Locked）。 設定值不正確或輸入保留設定值（Out of Range）。 伺服啟動中無法輸入（Servo On）。 此參數須重新開機才有效（Power On）。 （2）小數點顯示 表 2-3 小數點顯示說明 顯示符號內容說明 高/低位指示：當資料為32 位10 進位顯示時，用來指示目 前顯示為高位或是低位部份。 負號：當資料以 10 進位顯示時，最左邊的兩個小數點代表 負號，不論16/32 位資料皆同。16 進位顯示一律為正，不 顯示負號。 （3）警示信息顯示 表 2-4 儲存設定顯示說明 顯示符號內容說明 驅動器產生錯誤時，顯示警示符號AL及警示代碼 nnn。其代表含意請參考第七章 P0-01 參數說明，或第十 一章異常排除。 （4）正負號設定顯示 表 2-5 正負號設定顯示說明 顯示符號內容說明 進入編輯設定模式時，可按下UPDOWN 鍵來增減顯示的內 容值。SHIFT 鍵可改變欲修正的進位值（此時進位值會呈現 閃爍狀態(tài)）。 SHIFT 鍵連續(xù)按2 秒，可切換正（+）、負（-）符號。若切 換正負符號后，參數值超出范圍，則不切換。 （5）監(jiān)控顯示 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 8 驅動器電源輸入時，顯示器會先持續(xù)顯示監(jiān)控顯示符號約一秒鐘。然后才進入 監(jiān)控模式。在監(jiān)控模式下可按下 UP 或 DOWN 鍵來改變欲顯示的監(jiān)視變數，或可直接 修改參數 P0-02 來指定監(jiān)視代碼。電源輸入時，會先顯示 ASDB2。當：P0-02 值為 4，然后再顯示脈沖指令輸入脈沖數。 表 2-6 監(jiān)控顯示說明 P0-02 設定值監(jiān)控顯示符號內容說明單位 0電機反饋脈沖數（電子齒輪之后） （使用者單位） user unit 1脈沖指令輸入脈沖數（電子齒輪 之后）（使用者單位） user unit 2控制指令脈沖與反饋脈沖誤差數 （使用者單位） user unit 3電機反饋脈沖數（編碼器單位） （16 萬 Pulse/rev） pulse 4脈沖指令輸入脈沖數（電子齒輪 之前）（編碼器單位） pulse 5誤差脈沖數（電子齒輪之后） （編碼器單位） pulse 6脈沖指令輸入頻率Kpps 7電機轉速r/min 8速度輸入指令Volt 9速度輸入指令r/min 10扭矩輸入指令Volt 11扭矩輸入指令% 12平均扭矩% 13峰值扭矩% 14主回路電壓Volt 15負載電機慣性比（附注：如顯 示 130，則真正慣量為 13.0） 0.1times 16IGBT 溫度C 17共振頻率（低位就是第一共振點， 高位就是第二共振點） Hz 第二章 臺達驅動器的調試配置 9 18相對于編碼器 Z 相的絕對脈沖 數，也就是 Z 相原點處的數值為 0 往前往后轉為正負 5000 pulse - 19映射參數#1：顯示參數 P0-25 的 內容（由 P0-35 指定映射的目 標） - 20映射參數#2：顯示參數 P0-26 的 內容（由 P0-36 指定映射的目 標） - 21映射參數#3：顯示參數 P0-27 的 內容（由 P0-37 指定映射的目 標） - 22映射參數#4：顯示參數 P0-28 的 內容（由 P0-38 指定映射的目 標） - 23監(jiān)視變數#1：顯示參數 P0-09 的 內容（由 P0-17 指定監(jiān)視變數 代碼） - 24監(jiān)視變數#2：顯示參數 P0-10 的 內容（由 P0-18 指定監(jiān)視變數 代碼） - 25監(jiān)視變數#3：顯示參數 P0-11 的 內容（由 P0-19 指定監(jiān)視變數 代碼） - 26監(jiān)視變數#4：顯示參數 P0-12 的 內容（由 P0-20 指定監(jiān)視變數 代碼） - 2.2.42.2.4 異常狀態(tài)記錄顯示操作異常狀態(tài)記錄顯示操作 進入參數模式 P4-00 P4-04 后，按下 SET 鍵，可顯示對應的錯誤歷史記錄 碼。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 10 圖 2-6 異常狀態(tài)記錄顯示操作 2.32.3 寸動模式的調試（即空載寸動模式的調試（即空載 JOGJOG 測試）測試） JOG 寸動方式來試運行電機及驅動器，使用者可不需要接額外配線這是非常方 便的。為了安全起見，寸動速度建議在低轉速下進行，寸動模式以所設定的寸動速 度來作等速度移動，以下是我們的說明。 （1）STEP 1：可以使用軟件設定伺服啟動，也可以設定參數 P2-30 輔助機能 設為 1，此設定為軟件強制伺服啟動，還可以設置 DI（數字輸入）設定伺服啟動。 從實踐操作和總結的過程中，就會發(fā)現 DI1DI9 由參數 P2-10 P2-17、P2-36 參數 來設置，而且是自由設置，比如可以規(guī)定 P2-10 設為 DI1DI9 中的任意一個，就是 設置參數要改變。但我們按規(guī)定來（一一對應，P2-10 就對應 DI1）就會少走彎路。 以下對 P2-10 參數進行詳解。 P2-10P2-10 DI1DI1 數字輸入接腳 DI1DI1 功能規(guī)劃 通訊地址 0214H0214H 0215H0215H 初值： 101101 控制模式： ALLALL 單位： - - 設定范圍： 0 0 015Fh015Fh（后兩碼為 DIDI 碼） 資料大?。?16bit16bit 顯示方式： HEXHEX （十六進制） 參數功能： 第二章 臺達驅動器的調試配置 11 圖 2-7 參數功能 輸入功能選擇：所代表的功能請參考下表 表 2-7 輸入功能選擇 輸入接點設定值 常開 a 接點1 常閉 b 接點0 （P2-11P2-11 P2-17P2-17 和 P2-36P2-36）功能規(guī)劃設定值參照 P2-10P2-10 來設。當參數重新修正 后，請重新啟動電源以確保功能正常運作。 表 2-8 參數功能設定 數字輸入參數設定值符號功能定義說明CN1 Pin No DI1P2-10=101SON伺服啟動DI1-=9 DI2P2-11=109TRQLM扭矩限制DI2-=10 DI3P2-12=114SPD0速度指令選擇DI3-=34 DI4P2-13=115SPD1速度指令選擇DI4-=8 DI5P2-14=102ARST異常重置DI5-=33 DI6P2-15=122NL(CWL)反向運行禁止極限DI6-=32 DI7P2-16=123PL(CCWL)正向運行禁止極限DI7-=31 DI8P2-17=121EMGS緊急停止DI8-=30 DI9P2-36=0Disabled此 DI 功能無效DI9-=12 這里說明一下為什么可以用 DI（數字輸入）來手動控制，看上面的功能參數的 “輸入接點：屬性為 a 或 b 接點”,“0 ：設定輸入接點為常閉 b 接點，1 ：設 定輸入接點為常開 a 接點”看一下 P2-10=101 的設定值，只要把值改為 001 即把前 面的“1”改為“0”就實現伺服自動啟動啦，其他參數依樣畫葫蘆，跟設定 P2-10 參數一樣。沒注意發(fā)現是不知道這個奇怪的功能的，這也是在后面“空載的速度測 試”也要用到的，它可以用軟件版（用 PC）來調機，也可以用上面的方法來手動版 調機。上面 3 種伺服啟動自己選。 （2）STEP 2：設定參數 P4-05 為寸動速度（單位：r/min），將欲寸動速度設 定后，按下 SET 鍵后，驅動器將進入 JOG 模式 ，在里面按上下鍵就可以實現電機 的正反轉啦！ 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 12 當你按到 P4-05 里面時，有個速度讓你自己設定，初值是 20，就是 20r/min， 可以設定最高速度 3000r/min，設定好之后就會出現按一下 SET 鍵就會出現一個這 樣的“JOG”界面，這就是寸動界面，在這個界面按 UP 和 DOWN 鍵就會出現電機正反 轉運動。 （3）STEP 3：按下 MODE 鍵時，即可脫離 JOG 模式，不能繼續(xù)操作電機的正反 轉，如果還繼續(xù)的話，就按上面步驟重新操作。 在下面范例中寸動速度有初值 20r/min 調整為 100r/min。 圖 2-8 操作示意圖 2.42.4 單機軟件應用界面的調試單機軟件應用界面的調試 在中達官方網站 http:/ 下載 ASDA 全系列伺服調機軟件適用：A、A+、AB、B 、A2、B2 的安裝軟件包，具體安裝 見安裝說明書（自帶的）。然后要安裝 USB 驅動，安裝時要根據要求來安裝,不然會 丟失一些數據，致使調機不順暢。打開之后有一行操作工具欄見圖 選擇數據IO/寸動控制， 會出現下面界面：未交流伺服驅動器的顯示狀態(tài)和連接交流伺服驅動器狀態(tài)。 第二章 臺達驅動器的調試配置 13 圖 2-9 未交流伺服驅動器的顯示狀態(tài) 圖 2-10 連接交流伺服驅動器的顯示狀態(tài) “編輯 DI/O 功能項目”這一塊的 DI1-DI9（DO1-DO9 不管）設置根據“表 1”來設定，可以手動設定也可以軟件設定。像 DI6、DI7、DI9 設值為 0，故顯示 “不作用”。用軟件設置后，其數值會寫入伺服器，不信的可以手動查一下伺服器 的內容，比如你將 DI8 起初設置為“0”，然后在軟件上面設置 DI8 為“馬達緊急停 止”之后查一下伺服器的參數 P2-17 是不是由 0 變到 121。還有一些不懂的操作可 以該軟件的工具欄“說明”的“參數使用說明”。但這“編輯 DI/O 功能項目”一塊 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 14 先不看，具體后面在“空載的速度測試 ”軟件版調試會詳細說明。那么現在只看界 面的“寸動”模塊。勾選“強制伺服 ON”就啟動伺服器，在“寸動速度”輸入速度 值，就可以實現高低速調節(jié)。點擊就可以實現正反轉。 至于“方向反轉”可以不理。 2.52.5 本章小結本章小結 本章主要是根據電路原理圖進行臺達驅動的電路搭建，搭建完控制電路后，就 進行臺達驅動器的參數配置。完成這些任務后，進行寸動模式的調試，即空載 JOG 調試，這是在操作面板上操作的。最后介紹了單機軟件應用界面的調試，進行交流 伺服驅動器控制。 第三章 固高一體機的調試配置 15 第三章第三章 固高一體機的調試配置固高一體機的調試配置 3.13.1 固高一體機的電路搭建固高一體機的電路搭建 3.1.13.1.1 電機控制系統(tǒng)的基本組成電機控制系統(tǒng)的基本組成 使用固高科技生產的GUC 系列運動控制器，搭建一個完整的電機控制系統(tǒng)時， 一般需要以下幾部分器件組成：1、GUC 系列運動控制器；2、步進電機或伺服電機； 3、步進電機或伺服電機驅動器；4、驅動器電源；5、+24V 直流電源（用于GUC 系 列運動控制器及接口板電源）；6、原點開關、正/負限位開關（根據系統(tǒng)需要可選） ；7、顯示器、輸入設備或專用人機界面（根據系統(tǒng)需要可選）；8、IO 擴展模塊 （根據系統(tǒng)需要可選）。 伺服電機既可以選擇交流伺服電機也可以選擇直流伺服電機。采用控制伺服電 機時： 如果使用的是GUC-X00-XXV 運動控制器的模擬量輸出功能時，電機驅動器應設 置為速度控制方式。 如果使用的是GUC-X00-XXV 運動控制器的脈沖量輸出功能時，電機驅動器應設 置為位置控制方式，且控制器和驅動器的脈沖模式設置要一致。 如果使用的是GUC-X00-XXG 運動控制器，電機驅動器應選為位置控制方式，且 控制器和驅動器的脈沖模式設置要一致。 采用GUC 運動控制器的控制系統(tǒng)典型組成部分見圖3-1，由運動控制器、人機界 面（觸摸屏）、IO擴展模塊、驅動器和電機組成。 圖 3-1 采用 G UC 運動控制器組成的控制系統(tǒng)框圖 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 16 3.1.23.1.2 GUCGUC 運動控制器電源連接圖運動控制器電源連接圖 GUC 系列運動控制器為用戶提供了構成PC 系統(tǒng)的標準輸入輸出設備接口，如 VGA、PS2、USB 等，用戶可將顯示器、鍵盤，鼠標等通用輸入輸出設備連接到這些 接口上以組成PC 系統(tǒng)。此外用戶還需要提供一個24V，至少3A 的直流電源為其供電。 直流電源接到控制器POWER 接口上，接通后控制器上的2 個LED 指示燈亮起，表明 GUC 運動控制器已上電工作。 另外在電源接口上提供了一個與GUC 運動控制器外殼連通的PE（保護地）接口， 用戶可根據自己的電器系統(tǒng)需要，將其與其它外部地（機殼地、大地等）和（或） 運動控制器內部地（數字地、+24V 參考地）連通。電源連接如圖3-2 所示。 圖 3-2 GUC 運動控制器電源連接圖 為了防止人身觸電事故、保證電氣設備正常運行，請務必將電源端子的 PE 端通 過接地線與大地保持良好連接！ 3.1.33.1.3 專用輸入、輸出連接方法專用輸入、輸出連接方法 GUC 系列運動控制器所提供的專用輸入包括：驅動報警信號、原點信號和限位 信號，專用輸出包括：驅動允許，驅動報警復位。 連接時應根據安全標準:1驅動器報警輸入信號為常閉狀態(tài)，（用戶不用時， 請將該輸入對OGND 短接）；2系統(tǒng)的限位開關須接成常閉狀態(tài)；3原點開關為常 開狀態(tài)。專用輸入輸出的連接原理見圖3-2。 第三章 固高一體機的調試配置 17 圖 3-3 專用輸入、輸出信號連接圖 3.1.43.1.4 編碼器輸入連接方法編碼器輸入連接方法 GUC 系列運動控制器在每個軸上各提供一個編碼器接口，此外還提供了12 個 輔助編碼器接口（輔助編碼器接口數量視具體型號而定）。以上編碼器接口可兼容 雙端輸入和單端輸入，連接方法見圖3-4 和圖3-5。本實驗采用編碼器雙端輸入信號， 用雙絞線屏蔽電纜連接，提高抗干擾性能，穩(wěn)定性更高。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 18 圖 3-4 編碼器雙端輸入信號連接圖 圖 3-5 編碼器單端輸入信號連接圖 3.1.53.1.5 控制輸出信號連接方法控制輸出信號連接方法 GUC 系列運動控制器控制電機驅動器時，可以工作于脈沖量或模擬量輸出模 （視具體型號而定），用戶可以通過軟件指令在2 種輸出模式之間相互切換（具體 請參看編程手冊）。 （1） 模擬量輸出連接方法 模擬量輸出通過驅動器接口的PIN8 輸出。參考地為+5V 電源地，電氣接線圖參 見圖3-6。 第三章 固高一體機的調試配置 19 圖 3-6 模擬量輸出模式的電氣接線圖 (2) 脈沖輸出連接方法 脈沖/方向輸出信號通過驅動器接口的9、22、23、11 腳輸出，參考地為+5V 電 源地。在脈沖信號輸出方式下，有兩種工作模式，一種是脈沖+方向信號模式，另一 種是正/負脈沖信號模式。默認情況下控制器輸出脈沖+方向信號模式。用戶可以通 過軟件指令在兩種脈沖輸出方式之間相互切換（具體請參看編程手冊）。本實驗采 用脈沖+方向模式進行配置驅動器參數。 在脈沖+方向信號模式下，引腳23、11 輸出差動的脈沖控制信號，引腳9、22 輸出差動的運動方向控制信號。 在正/負脈沖模式下，引腳9、22 輸出差動的正轉脈沖控制信號，引腳23、11 輸出差動的反轉脈沖控制信號。 如果驅動器需要的信號不是差動信號，將相應信號接于上述差動信號輸出的正 信號端（即引腳9、23），負信號端懸空。信號連接方法見圖3-7、輸出波形見圖3- 8。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 20 圖 3-7 脈沖量控制輸出信號連接圖 圖 3-8 脈沖量控制輸出信號波形 3.1.63.1.6 通用數字量輸入通用數字量輸入/ /輸出連接方法輸出連接方法 GUC 系列運動控制器提供多路的通用數字量輸入輸出（具體路數視不同型號而 定）。當通用IO 的輸出接感性負載時，應考慮連接用于反電勢泄放的二極管。連接 方法見圖3-9。 第三章 固高一體機的調試配置 21 圖 3-9 通用輸入/輸出信號連接圖 3.1.73.1.7 模擬量輸入連接方法模擬量輸入連接方法 GUC 系列運動控制器提供可選的模擬量輸入功能（視具體型號而定）。連接方 法見圖3-10。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 22 圖 3-10 模擬輸入信號連接圖 3.23.2 固高一體機的參數配置固高一體機的參數配置 GUC 系列運動控制器為用戶提供了相應的硬件調試軟件。以下介紹GUC-400-EXX 硬件測試（即參數配置）。 3.2.13.2.1 DemoDemo 介紹介紹 雙擊MCT2008 .exe，啟動Demo。（以連續(xù)軌跡GUC-400-ESX 的DEMO 為例） 如果彈出如圖3-11 所示提示對話框，請檢查：1、控制器是否正確安裝；2、控 制器驅動是否正確安裝；3、是否存在其他程序正在對控制器進行操作； 圖 3-11 打開控制器失敗提示 啟動Demo 后若通信正常，顯示圖3-12 Demo 的主界面，主要的操作通過主界面 上的幾個菜單完成。 第三章 固高一體機的調試配置 23 圖 3-12 Demo 主界面 “控制”菜單包括對控制器復位、多控制器環(huán)境下控制器的切換等。 “視圖”菜單包括控制器支持的功能的對應菜單項，需要測試某個功能，則點 擊對應的菜單項，將會彈出該功能的測試窗口。 “工具”菜單包括一些工具，如控制器配置等。 “窗口”菜單用于管理Demo 的子窗口,每彈出一個子窗口，將會在該菜單下生 成一個子項。 “幫助”菜單包括本Demo 的使用幫助文檔（F1）。 3.2.23.2.2 控制器配置控制器配置 點擊“工具”“控制器配置”，彈出控制器配置對話框，如圖3-13 所示。 圖 3-13 控制器配置對話框 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 24 控制器配置用于對控制器的某些選項進行配置，包括脈沖輸出模式、限位、編 碼器、Home、控制模式（僅對SV 卡）等。啟動配置對話框，修改當前軸的相關配置， 切換軸號，修改其他軸的相關配置。通過配置對話框的“控制”“寫入控制器狀 態(tài)”將配置寫入控制器使配置生效。 3.2.33.2.3 運動控制功能的測試運動控制功能的測試 1、啟動Demo，根據實際情況完成對控制器的配置（如果是模擬量控制方式，請 先設置控制器的PID參數，建議在首次測試控制器時首先采用脈沖方式測試，且不要 連接負載），然后點擊主對話框“視圖”“軸狀態(tài)”，彈出軸狀態(tài)對話框，如果 狀態(tài)正常（報警及限位對應的圖標為綠色,如圖3-14 所示），點擊“伺服使能”按 鈕，對應伺服電機將使能。 圖 3-14 軸狀態(tài)對話框 2、點擊“視圖”“立即指令運動”，彈出立即指令運動對話框，如圖3-15 所示。切換到直線插補頁，選擇插補軸，輸入插補位移值及其他的運動參數，點擊 “啟動運動”按鈕，則相關插補軸將開始按照設定的參數運動。 圖 3-15 立即指令運動對話框 第三章 固高一體機的調試配置 25 如果電機沒有運動，請檢查：1、消息對話框中是否有指令執(zhí)行出錯的信息彈出 （點擊主對話框“控制”“消息框”彈出消息對話框）；2、參與插補的所有軸狀 態(tài)是否都正常，而且已經伺服使能；3、請檢查伺服驅動器的工作模式（如果是在脈 沖控制方式下，還包括脈沖模式）是否跟控制器的設置匹配。4、控制器跟接線端子 板、端子板跟伺服驅動器之間的線纜連接牢固可靠，接線端子板（如果有）、伺服 驅動器是否正常上電。 PID 參數的設置：點擊“視圖”“PID”，在彈出的PID 設置對話框上修改相 應的PID 參數，點擊“更新”使設置生效。 3.2.43.2.4 IOIO 功能的測試功能的測試 啟動Demo，點擊主對話框“視圖”“數字量輸入”，彈出數字量輸入測試對 話框，如圖3-16 所示，改變對應端口上數字量輸入位的狀態(tài)，則該對話框上對應的 狀態(tài)位圖標的顏色將發(fā)生改變。 圖 3-16 數字量輸入測試面板 點擊主對話框“視圖”“數字量輸出”，彈出數字量輸出測試對話框，如圖 3-17 所示。鼠標點擊對應位的圖標，對應的數字量輸出位電平發(fā)生變化。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 26 圖 3-17 數字量輸出測試面板 3.33.3 本章小結本章小結 在本章節(jié)中，針對 GUC 系列控制器，通過其電源連接圖、專用輸入和輸出連接 電路圖、編碼器輸入連接電路圖、控制輸出信號連接電路圖、通用數字量輸入/輸出 連接電路圖和模擬量輸入連接電路圖，搭建一個完整的上位機控制下位機的系統(tǒng)。 然后根據 GUC 系列運動控制器為用戶提供相應的硬件調試軟件，通過參數配置進行 調試。 第四章 固高一體機的通過端子板 27 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 28 第四章第四章 固高一體機的通用端子板固高一體機的通用端子板 GUC 系列運動控制器目前有有以下幾種型號，分別為：GUC-400-EXX-M01- L3、GUC-400-EXX-M01-L2、GUC-X00-TXX-M01-L2、GUC-400-TSV-SCAN-M01-L3。其中 -L3 型運動控制器可直接連接驅動器和外部輸入/輸出設備。而-L2 型運動控制器需 要外接端子板才能與驅動器及外部輸入/輸出設備相連。 這次課題采用的GUC 系列運動控制器的型號是GUC-400-EXX-M01-L3，因此本章 節(jié)將具體介紹GUC-400-EXX-M01-L3型號的GUC 運動控制器的接口定義，以及所需外 接的端子板的具體型號及接口定義。 4.14.1 通用端子板的設計通用端子板的設計 GUC-400-EXX-M01-L3 型運動控制器是固高科技推出的一款4 軸通用型運動控制 器。其通用端子板接口列表，也即是數值IO接口表定義見參見表4-1。 表 4-1 數字 IO 接口（Digital I/O）定義 引腳信號說明引腳信號說明 1EEO0通用輸出32EEI9通用輸入 2EEO3通用輸出33EEI12通用輸入 3EEO6通用輸出34EEI15通用輸入 4EEO9通用輸出35保留保留 5EEO12通用輸出36ELM1+限位信號 6EEO15通用輸出37ELM2-限位信號 7保留保留38EEHOME0原點信號 8保留保留39EEHOME3原點信號 9EEI2通用輸入40OGND+24V 電源地 10EEI5通用輸入41OGND+24V 電源地 11EEI8通用輸入42OGND+24V 電源地 12EEI11通用輸入43EEO2通用輸出 13EEI14通用輸入44EEO5通用輸出 14保留保留45EEO8通用輸出 15ELM0-限位信號46EEO11通用輸出 16ELM2+限位信號47EEO14通用輸出 17ELM3-限位信號48保留保留 18EEHOME2原點信號49保留保留 19OGND+24V 電源地50EEI1通用輸入 第四章 固高一體機的通過端子板 29 20OGND+24V 電源地51EEI4通用輸入 21OGND+24V 電源地52EEI7通用輸入 22EEO1通用輸出53EEI10通用輸入 23EEO4通用輸出54EEI13通用輸入 24EEO7通用輸出55保留保留 25EEO10通用輸出56ELM0+限位信號 26EEO13通用輸出57ELM1-限位信號 27保留保留58ELM3+限位信號 28保留保留59EEHOME1原點信號 29EEI0通用輸入60OVCC+24V 電源輸出 30EEI3通用輸入61OVCC+24V 電源輸出 31EEI6通用輸入62OVCC+24V 電源輸出 4.1.14.1.1 輸出信號的控制輸出信號的控制 通用端子板的輸出信號控制原理圖如圖 4-1。其中 OVCC 是 24V/5A 的開關電源開關 電源， 圖 4-1 通用端子板的輸出信號控制原理圖 4.24.2 通用端子板的原理圖通用端子板的原理圖 由上一節(jié)通用端子板的設計可知，數字 IO 接口（Digital I/O）有：通用輸出 端 16 個，通用輸入端 16 個，限位信號端 8 個，原點信號端 4 個，24V 電源輸出端 3 個，保留端 9 個，共 62 個端口，其原理圖如圖 4-1。 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 30 圖 4-1 數字 IO 接口原理圖 通用端子板的原理圖和 PCB 板見附附錄一和附錄二。 4.34.3 通用端子板的技術參數通用端子板的技術參數 （1）光耦隔離 I/O 光耦的輸入規(guī)格：隔離電壓 5000V RMS，輸入電壓+12V+24VDC，輸入電流 3.7mA7.6mA，傳輸延遲 HL 5us，LH 3us。 光耦輸出規(guī)格為:隔離電壓 5000V RMS，集電極開路輸出,無上拉電阻，Vceo 50V，Veco 5V，Ic 30mA（標準型），Ic 200mA (-R 型)，平均輸出延遲 8us。 （2）A/D (可選項) 經同步串行口與運動控制器相連，輸入路數 8 路(單端雙極性)，輸入范圍- 10V+10V，分辯率 12bit，精度+/-1bit，最高采樣速率 50KHz (單路)。 （3）外部電源 外部電源電壓為+24V，電流為 DC Icc=1.8A。 第四章 固高一體機的通過端子板 31 （4）外形尺寸 外形物理尺寸為 220mm132mm 4.34.3 本章小結本章小結 本章中的設計確定 GUC-400-EXX-M01-L3 型號的 GUC 運動控制器的接口定義， 同時確定電源接口（POWER）的定義、驅動器接口（AXIS1、AXIS2、AXIS3、AXIS4） 定義、模擬量輸入輸出接口（Analog）定義、 輔助編碼器機器人技術與應用;2007 年 05 期 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 44 附錄附錄 附錄一 附錄 45 附錄二 華南理工大學廣州學院本科畢業(yè)設計（論文）說明書 46 附錄三 致謝 47 致謝致謝 當我完成這篇畢業(yè)論文的時候，心中倍感充實。大學生涯一晃而過，回首走過的歲月，感 慨良多。 在畢業(yè)設計進行的過程中得到指導老師李杞儀教授和吳少彬老師孜孜不倦的細心指導，給 予即使準確的指導和幫助。對于學術上嚴格把關，對于工作態(tài)度嚴格要求，至始至終以身作則， 鼓舞并引導著我們不斷向前。在此，對指導老師表示衷心的感謝。 其次，要感謝這四年來教我知識的給位老師們，畢業(yè)論文能夠順利完成，你們都有很大的 功勞。還要向這四年大學生活期間所有幫助過我的同學們以及各位朋友們說一聲謝謝。 最后，特別感謝我的父母、親人們，這么多年他們從物質和精神上的付出和支持是我不斷 前進的直接動力。 這次的畢業(yè)設計，對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設計思想，訓練綜合運用機械和有關課程 的理論，結合生產實際要求和解決工程實際問題的能力，鞏固加深和發(fā)展有關機械工程及自動 化方面的的知識等方面有重要的作用。 畢業(yè)之際，祝愿母校華南理工大學廣州學院桃李滿天下，機械工程學院人才輩出，蒸蒸日 上。