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MCC800P控制卡与关节型机械手的应用优势和操作方法

2020-11-09 10:27
研控科技
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上周,我们分享了MCC800P的应用案例《解决方案|AOI自动光学检测设备应用》,其中就涉及到scara机械手执行结构。

为什么要选用这类系统方案?如何实现精准控制?

这次,我们从运动学算法角度,解析MCC800P控制卡与关节型机械手的应用优势、控制原理和操作方法。希望对你有所帮助!

1.

【简易机械手的应用前景】

[Application prospect of simplemanipulator]

人口红利消失、人力成本提高,促使工业领域内部对自动化需求越来越大。“安全生产”激励约束政策、“智能制造”扶持政策,从外部强力推动工业生产模式变革。

一些操作简单、重复度高、危险系数大的工作场合,用“机器”替换“人力”已经成为必然趋势。

比如典型的上下料工作,现已逐步被机械手等自动化部件代替。

多关节机械手是一种仿“人手”执行机构,它的应用有效促进了生产力发展。近年来,视觉伺服机械手系统、协作型机械手系统等高级系统发展迅猛,是很多企业的理想生产工具。

然而,作为机械手系统核心部件的专用控制器,价格始终居高不下,在一些成本敏感的行业,不少企业陷入“想用又不敢用”的窘境,亟需一些经济型方案降低投产成本。

这也是设计本套系统的初衷!

2.

【控制原理概述】

Overview of Control Principle

基于MCC800P开放性的特性,在一些对路径轨迹,精度要求不高的简单应用场合,可以由上位机进行轨迹规划,然后通过调用点位或插补指令,使控制卡输出控制指令,进而使执行部件运行到目标位置。

3.

【运动学算法】

[Kinematic algorithm]

3.1

什么是运动学算法?

运动学算法是实际电机位置与指尖位置的关系式。

运动学算法分为正运动学算法和逆运动学算法两类,其中正运动学算法(正解)以电机位置作为输入计算出指尖位置,逆运动学算法(逆解)以指尖位置作为输入计算出各电机位置。如图3-1所示

研学堂|基于MCC800P运???动控制卡的关节型机械手简易控制

图 3-1

用户可以根据期望的指尖运动目标位置和当前位置,通过逆运动学算法计算出实际电机的运动轨迹。

3.2

运动学算法设置

1. 线性定义方式:#n->kx:

#n表示第n号电机,x表示指尖位置,kx表示电机位置,电机位置与指尖位置仅是线性关系,它们虽然也包含正逆运动算法,但算法仅仅是:

逆运动学等式:#1(电机位置)=1000X(指尖坐标),

正运动学等式:X(指尖横坐标)=(1/1000)#n(电机位置)

如果电机位置与指尖位置之间的关系,并非简单的线性关系,就不能使用这样的定义方式。

2. 非线性定义方式:#n->I:

非线性的轴定义需在上位机加入正逆解子程序,来指定电机位置与指尖位置的关系。使用正逆运动学算法之后,计算出各电机的实际输出,然后按照和点位运动相同的运动规划方式来规划运动轨迹。

在执行运动程序之前,应先执行正运动学程序,根据当前电机位置确定指尖的初始位置,然后对指尖目标位置运行逆运动学程序计算出各电机的目标位置。

3.3

运动学公式推导

此处以一个2轴scara机械手(图3-2)为例进行正逆解公式推导。

研学堂|基于MCC800P运???动控制卡的关节型机械手简易控制

图3-2

指尖以 X/Y 为横/纵坐标 A 和 B 为关节角度,即实际电机位置,L1=20cm,L2=15cm。

正解算法:用A,B表示X,Y

研学堂|基于MCC800P运???动控制卡的关节型机械手简易控制

逆解算法:用X,Y表示A,B


研学堂|基于MCC800P运???动控制卡的关节型机械手简易控制

3.4

操作方法及步骤

采用MCC800P控制scara机械手,如上图3-2,可依次采用以下步骤:

l假定A=0, B=0位置为原点位置,开机后,两个轴各自回到原点。

l已知当前各电机的实际位置,此时可以用正解算法计算出指尖的位置(L1+L2,0)。

l若下一指尖位置为(m,n),则可以根据逆运动学算法计算出角A,B的实际大小,然后速度规划后调用MCC800P点位运动函数运行到目标位置。

重复执行以上步骤即可达到scara的定位目的。

4.

方法的不足

本方法适用于对指尖轨迹无明确要求的应用场合,若对指尖轨迹有严格要求,可使用带有速度前瞻功能的MCC800S运动控制卡。

【MCC800P控制卡简介】

[About  MCC800P]

MCC800P由研控科技独立研发,是一款基于PCI总线的运动控制卡,用于控制步进电机伺服系统

研学堂|基于MCC800P运???动控制卡的关节型机械手简易控制

通过ARM和FPGA进行运动规划,可同时控制1-8轴伺服或步进电机,检测8路数字编码器输入信号。支持直线、圆弧插补,支持梯形、S形加减速的点位运动控制,以及运动中变速、变位置功能。

位置指令可用单路脉冲(脉冲+方向)或双路脉冲(CW+CCW)方式输出;最高脉冲频率可达4Mhz,脉冲可以是差分式或单端方式输出。

MCC800P配套端子板支持多路通用I/O,支持高速位置锁存、高速位置比较输出,外部总线I/O扩展,能满足用户的各种控制要求。

产品配套Windows XP及以上版本的动态链接库,开放性强,方便用户编写自己的应用软件。同时提供Motion调试软件,用于演示此卡功能、测试运动控制卡、电机及驱动、运动平台的工作状况等。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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