機器人切割系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的解析

　　本文介紹了基于運動控制卡的機器人智能切割系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。該機器人具有四個自由度，采用三軸聯(lián)動的工作方式，第三軸可與選定的兩軸的運動軌跡保持正切。實驗表明該機器人切割系統(tǒng)工作穩(wěn)定，滿足玻璃切割等行業(yè)的加工要求。

　　工業(yè)機器人是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程、能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備，特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)設(shè)備。根據(jù)機器人的動作形態(tài)，一般可分為下面五類：圓柱坐標型機器人、球坐標型機器人、直角坐標型機器人、關(guān)節(jié)型機器人、并聯(lián)機器人。切割機器人屬于直角坐標型的工業(yè)機器人，每種類型的切割機器人都對應(yīng)著特定的加工材料和加工工藝，如國內(nèi)開發(fā)的高壓水切割機器人，型鋼機器人切割系統(tǒng)等。對于玻璃等脆性材料，由于需要采用帶有金剛石的刀具，這就要求刀頭的角度必須始終與切割圖形的軌跡保持正切，以具有最好的刀印和開片效果，正是基于這樣的應(yīng)用，我們開發(fā)了這樣的機器人智能切割系統(tǒng)。該機器人模型示意圖如圖 1 所示：

　運動控制系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)框圖：

　　機器人運動控制采用美國GALIL公司的PCI總線的DMC-1842 運動控制卡［1］，該控制卡采用 32 位微處理器，可控制 4 軸，具有多軸直線插補、圓弧插補等功能，為了得到最佳控制效果，GALIL控制卡提供了含有速度、加速度前饋，Notch及低通濾波的PID濾波器補償功能，所有濾波器參數(shù)均可調(diào)整，以求伺服系統(tǒng)獲得最佳性能。機器人交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的工作模式設(shè)定為速度模式，以獲得最佳的速度響應(yīng)性能，在所有伺服參數(shù)中，速度指令電壓幅值VCMS和速度環(huán)比例增益Kvp會串聯(lián)到系統(tǒng)主回路中，對系統(tǒng)性能的影響最大，需要和控制卡的參數(shù)聯(lián)合整定。機器人運動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 所示。