学士学位论文 论文题目：四自由度码垛机器人控制系统设计姓 名 学 号 20101701025 学 院 控制科学与工程学院 专 业 自动化 年 级 2010 指导教师 2014年 6月 11日I摘 要作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，码垛技术获得了飞速的发展。码垛机器人以其高效、高精度、占地范围小等优势正在快速占领整个码垛行业。特别是西方发达国家几乎完全替代了人工码垛。从“七五”科技攻关开始，我国将工业机器人及应用工程作为研究开发重点之一，实现了中国机器人产业的“从无到有”。然而，从整体上说我国的机器人产业还很薄弱，机器人的研究依然任重而道远。本文就是立足于此，以具体工程实践为研究背景，进行四自由度码垛机器人控制系统的研究，以实现对码垛机器人的运动控制，满足生产实践需求。论文的主要内容如下：1、在绪论中简要介绍了本论文的研究背景及意义。 2、通过分析机器人机械结构，获得机器人的几何模型，通过运动分析，得到运动变换关系式。3、根据码垛控制需求，选择位置伺服控制，并进行相关MATLAB仿真。4、以ACR9000多轴运动控制器和MT6100iV人机界面为核心控制器件进行相关系统硬件线路设计，共分为以下几个部分：相关器件选型、电气线路连接、控制器与伺服信号线路连接、触摸屏与控制器线路连接5、以ACR View和EB8000为开发工具，分别对下位机程序和人机界面进行开发。其中下位机程序运用AcroBasic语言进行模块化编程以实现示教、回零、再现、手动运行、参数设置等功能。上位机通过将相关控件与相应地址相链接实现对下位机的控制。关键词：码垛机器人，控制系统，位置伺服控制，AcroBasic语言，模块化编程AbstractAs a new technology in logistics automation area, in recent years, stacking technology has experienced a rapid growth. With their high performance, high precision and small area advantages, stacking robots are quickly capturing the entire palletizing industry. Especially in the western developed countries, palletizing robots almost completely replaced the manual stack. Since the tackle hard-nut problems in science and technology during Chinas Seven Five year Plan period,Our country has made torch-plan projects and application of industrial robots as one of the key research and development concentration.China has successfully realized robot industry from nonexistence to pass into existence plan. However, on the whole, our countrys robot industry is still underdevelopment, robots research is still a long way to go. This article talks about the control system of robot to realize motion control of the robot based on the engineering practice with specific background. Our purpose is to meet the industry requirement. Specific content of the article are as follows:1. The introduction of a brief background of this thesis and its significance.2. Through the analysis of the robots physical construction, get a simplified geometric model ,and with kinematic analysis ,get transformation equation of the end effector.3. Choose the way of Servo-position Control to meet the need of the stack.4. Use ACR9000 controller and MT6100iV HMI as the core of control device to design the hardware system. This part is divided into the following several parts: related components selection, electrical wiring connections, the connection between controller and servo driver，controller and the HMI5. Using the development software of ACR View and EB 8000 to design the control program and interface of the HMI. The control program is designed by AcroBasic language. We can use the program to realize the function of teach, playback, back home, manual operation, parameters settings and so on. Besides, HMI control the controller by the connection of ActiveX with relevant BIT address.KEYWORDS :stacking robot，control system，servo-position control，AcroBasic language ， modular program目录第一章 绪论11.1 研究背景11.2 国内外发展现状21.3 论文研究意义和目的21.4 本文主要研究内容31.5 本章小结3第二章 码垛机器人机械结构及其运动学分析42.1 码垛机器人的机械结构42.2 运动学分析52.3 本章小结7第三章 伺服控制方式选择及仿真83.1 伺服驱动系统要求83.2 AC伺服电机工作原理83.3 伺服控制方式选择93.4 位置伺服系统103.5 机器人MATLAB仿真113.6 本章小结13第四章 硬件控制系统设计144.1 硬件系统控制结构144.2 主要控制部件选型144.3 通信线路连接164.3.1 触摸屏与ACR9000的连接164.3.2 ACR9000与伺服驱动器之间的连接164.3.3 其它信号线路184.4 电气线路连接184.5 本章小结18第五章 软件系统设计195.1 下位机软件开发195.1.1 ACR View开发环境介绍195.1.2 系统参数配置流程195.1.3 AcroBasic语言及相关编程介绍335.1.3 软件编写流程355.1.4 典型程序介绍355.1.5 运动监视、调试375.2上位机触摸屏软件开发425.2.1 EB8000开发软件介绍425.2.2上位机界面开发435.3 本章小结44第六章 系统测试45结束语46致 谢48参考文献49附录50附录1. 控制柜电气线路连接图50附录2. 调试过程图片51附录3. 成品实物图52附录4. 下位机程序52II第一章 绪论1.1 研究背景所谓码垛就是按照集成单元化思想，将一件件物料按照一定的模式堆码成垛，以便使单元化的物垛实现存储、搬运、装卸运输等物流活动1。图 1-1 码垛过程示意图作为物流自动化领域的一门新兴技术，近年来，码垛技术获得了飞速的发展。一方面，随着企业集团化，生产能力规模化，对码垛能力的要求不断提高，传统的简单的码垛机和人工码垛已不能满足生产需要；另一方面，随着产品生产向着多品种少批量的方向发展，企业往往需要一线多产品的生产线，这就要求码垛机必须具备处理多种产品的能力。另外，随着大型物资批发配送中心的出现，需要为成千上万个用户按订单配送产品，这就要求码垛机具有混合码垛的能力，所有这些都为码垛机器人的发展提供了机会。作为工业机器人的典型的一种, 继70年代末日本将其用于码垛行业以来，码垛机器人在工业应用，尤其是包装领域和物流领域正发挥着越来越大的作用。将机器人与包装线相结合，既提高了生产线的工作效率，又增强了运行的可靠性，减少了人力资源的开支，更让当代企业迅速适应不断变化的市场要求，产生巨大的经济效益。码垛机器人以其特有的优势迅速抢占了码垛市场。其优势主要表现在以下几个方面：1.工作效率高 码垛机器人不仅能承担高负重，而且速度和质量远远高于人工码垛。 2.操作精度高，工作范围大 码垛机器人的占地面积小，操作范围大；每一台码垛机器人都有独立的控制系统，极大地保证了作业精度。3.适应能力强 可以根据需要抓取不同类别的产品，更能适应现代多元化的生产。4.综合应用成本低 机器人虽然前期投入较高，但是却能达到成本效用最大化，且各家机器人都在为客户的成本控制而在产品中不断加入新的科技成果。5. 可以与其它检测设备和生产设备进行协调控制，构成现代化得自动生产线，大大提高企业自动化水平，提高了生产效率，增强企业竞争力1.2 国内外发展现状目前欧、美、日的码垛机器人在全球市场的占有率均超过了90，在机器人国际市场中占领份额最大的是日本，其生产、使用及销售一直处于全球领先位置。目前日本已经有130余家专业的机器人生产制造商。据日本机器人联合会2007年8月公布的数据显示：2007年第二季度机器人销售金额为1460亿日元，其中出口金额竟达到978亿日元。虽然2008年的金融危机使机器人的生产厂商也受到牵连，机器人生产和销售都有所影响，但随着经济的复苏，机器人行业也出现回暖的形势。2009年全球机器人行业总销售量仍比2006年增长10%。从“七五”科技