CAN總線技術在工業(yè)碼垛機器人控制系統(tǒng)中的應用研究

在圖2所示的工業(yè)碼垛機器人控制系統(tǒng)中，上位主控機選用PC-104工控機，通過PCI總線連接PCI-CAN適配卡，按CANopen協(xié)議標準與交流伺服電機控制器進行通信。下位電機伺服驅動器接受上位機發(fā)出的指令語言，按指令要求控制電機轉動，由電機帶動執(zhí)行機構完成動作。同時，電機伺服驅動器通過交流電機上的光電編碼器檢測同步感應電機運動狀態(tài)，結合預先設定在驅動器中的PI調節(jié)參數(shù)，實現(xiàn)對電機運動狀態(tài)的實時控制。

采用驅動器與工控機經(jīng)由CAN總線和PCI-CAN適配卡連接，主要是基于以下考慮。
1 實現(xiàn)一根雙絞線串接全部設備，節(jié)省安裝維護費用。
2 實時性強，信息可共享，提高多控制器系統(tǒng)的監(jiān)測、診斷和控制性能。
3 通過離線的任務調度、作業(yè)下載以及錯誤監(jiān)控等方式，可實現(xiàn)工作人員遠程操作。在工業(yè)碼垛機器人現(xiàn)場應用中增加操作人員的安全系數(shù)。
4 CAN現(xiàn)場總線發(fā)展較為成熟，可供選擇的關聯(lián)驅動器以及控制卡品種眾多，方便產(chǎn)品升級與維護。

統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)
對于工業(yè)碼垛機器人運動控制系統(tǒng)來說，上位主控機的控制程序十分重要，其主要部分可分為三大模塊，即1）PC與人對話模塊；2）CANopen協(xié)議通信模塊；3）運動控制模塊。通過人機對話模塊可以給用戶提供友好的控制界面，使用戶通過觸摸屏實施對機器人的控制，包括碼放點、抓取點的合理定位，碼放方式和貨物數(shù)量品種的正確選擇等。運動控制模塊可計算出所選碼放方式下電機所需要的運動控制數(shù)據(jù)，再通過CANopen協(xié)議通信模塊對機器人的4個關節(jié)節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸與反饋接收管理。

機器人CANopen協(xié)議通信模塊主要功能為接收經(jīng)過運動控制模塊計算出的運動控制數(shù)據(jù)，將其編譯為驅動器可以接收的符合CANopen協(xié)議的命令控制字并發(fā)送；接收驅動器返回的數(shù)據(jù)和命令并傳送給相應的運動控制模塊，若沒有接收到伺服驅動器的反饋信息，則繼續(xù)發(fā)送信息給驅動器，超時則轉入錯誤處理模塊進行錯誤顯示并報警。

圖3 CANopen協(xié)議通信程序流程圖

實際應用過程中，控制系統(tǒng)CANopen初始化及應用流程如下。
1 電機驅動器初始化設置。設置電機驅動器的控制方式為總線控制方式，電機驅動器的節(jié)點ID，系統(tǒng)通信波特率可在電機驅動器的HMI界面中進行設置，也可采用電機驅動器自帶的本地調試軟件PowerSuit進行本地設置。

2 PCI-CAN適配卡初始化設置。在工控機一側對PCI-CAN適配卡進行初始化設置，主要設置內(nèi)容有CAN總線節(jié)點個數(shù)，波特率，CANopen協(xié)議命令的收發(fā)方式以及濾波方式等。

工業(yè)碼垛機器人的運動控制程序主要完成對碼垛方式的分解，解算相應驅動電機的運行參數(shù)并通過CANopen協(xié)議通信模塊發(fā)送以完成工業(yè)碼垛機器人的作業(yè)動作。具體解算方式因貨物形狀、碼放位置和碼放方式有所區(qū)別，在此不一一贅述。

錯誤處理模塊的主要功能是接收驅動器返回的錯誤類型代碼，根據(jù)電機驅動器廠家定義的對象字典判斷所屬錯誤類型并執(zhí)行對應的錯誤處理函數(shù)或報警。