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

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。

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

逆解算法：用X，Y表示A，B

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。

附

【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，用于控制步进电机和伺服系统。

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。