抛光直角坐标机器人控制系统设计

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模具抛光是模具加工过程中极其重要的工艺之-，其加工质量是影响模具表面精度的关键因素，提高模具抛光技术是提升模具成型产品质量的最有效途径之- 。目前，模具抛光多采用手工加工，抛光质量和生产效率难以提高l-31。模具抛光主要分为机械抛光方式和非机械抛光方式。非机械抛光主要包括等离子抛光、液体喷射抛光、电化学抛光、磁体抛光、激光抛光、超声抛光、气囊抛光以及多种方式混合抛光等；机械抛光主要包括传统的磨头机械抛光、机构辅助抛光等方法41。虽然现在各种各样的抛光方法均有使用，但是由于成本问题以及适用范围等因素使很多的设计方案并没有大规模投入到实际生产〖虑到使用的通用性和成本控制的要求，设计了-种基于直角坐标机器人的自动抛光系统。

2系统总体方案设计基于直角坐标机器人的自动抛光系统的总体结构，如图 1所示 。该系统机械部分主要包括直角坐标机器人本体、抛光用柔顺机构和抛光件工作台等三部分构成。

直角坐柔顺机工件图 1基于直角坐标机器人的自动抛光系统结构Fig.1 Automatic Polishing System StructureBased On Cartesian Coordinate robot控制系统的核心就是利用 PLC对伺服电机的控制，通过直角坐标机器人的运动，使抛光刀具到达准确的加工位置；利用PLC对气缸构成柔顺机构的控制可以使抛光刀具达到准确的加工姿态；由刀具端部的传感器可以检测出抛光力的大小，从而通过这个传感器的反馈信号可以控制抛光力的大小 。

控制系统采用PCPLC的架构，如图2所示。PC机作为上位机。主要完成待抛光工件的数据采集、抛光力的检测、柔顺机构姿态数据的采集、处理和插补运算等较复杂的数据处理过程。PLC来稿日期：2012-11-14作者简介：金 鹏，1986，男，湖北黄冈人，研究生，硕士，主要研究方向：电气自动化方向；刘建新，1969-，男，四川成都人，教授，博士，主要研究方向：机电-体化第9期 金 鹏等：抛光直角坐标机器人控制系统设计 201作为现池制器，主要完成直角坐标机器人本体的运动控制，并且把机器运转的实时信息通过RS232通讯数据线传送给相对应的人机界面，使用触摸屏对机器的运转进行监控。在必要的时候，还可以通过触摸屏直接对机器人进行操作控制。

l#伺服电机2#伺服电机3#伺服电机1#气缸2#气缸3#气缸图2控制系统方案设计Fig.2 The Design Scheme of Control System3控制系统的设计3.1 PLC选型控制系统采用台达 DVP系列的 PLC。台达 DVP系列的PLC，结构紧凑，通讯方便，可以支持常见的 RS-232、RS-422、RS-485通讯 ，并且集成了运动控制、定位功能，它可以直接通过定位指令来输出脉冲控制电机的运行，无需外挂价格昂贵的运动控制拈，在这-点上台达PLC的成本相对其他设备来说是比较低的，功能又能完全满足我们的需要。

PLC接线图，如图 3所示，X。至 ，分别对应 、y、z三轴的正反转的输入按钮， 。至 ， 分别对应 、y、z三轴的限位开关信号输入，在这里是指零点两个方向的接近开关信号。Y。、Y：、Y指出了三个电机的脉冲输出装置，Y，、Y，、Y，控制着三个电机的脉冲输出方向噪用 24V电源，这样通过手动控制 ，就可以让PLC相应的输出端输出相应的动作指示控制电机的运行。

轴脉冲输出端口轴脉冲输出频率设置Y轴脉冲输出端口y轴脉冲输出频率设置z轴脉冲输出端口z轴脉冲输出频率设置图 3 PLC接线图Fig.3 The PLC Wiring Diagram3.2伺服电机运动系统设计要求快速、准确地实现控制目标，采用松下MHMD042-PLU系列交流伺服系统191。电机输出轴的外端与新宝减速机相连，减速机的减速比采用 5：1和4：1的比例对 轴和 y、z轴进行减速控制。为了使传动过程更为平稳，减速器采用行星齿轮传动。这样 ，轴的受力会在各个方向得到平衡 ，输出轴的受力情况会有很大程度的改善。力矩从减速机出来后与同步带的齿轮相连，齿条固定在轨道上面。伺服驱动器的-些主要参数设置，如表 1所示。

循环运动图4 PLC控制示意图Fig.4 Schematic Diagram of PLC Control表 1伺服驱动器主要参数设置Tab.1 Set the Main Parameters of Servo Drive3.3监控系统为了使整个系统的运行有-个可视化的效果，以及对运行过程有-个更为直观的了解，我们需要加入-个人机界面，在系统运行过程中对整个运行过程进行监控以及必要的数据显示。采用实验室现有的TPClO63H系列触摸屏。触摸屏的主要功能是在系统运行时，实时显示直角坐标机器人的运行状态、位置坐标、柔顺机构的状态、抛光力等数据 ，在系统出现故障时人机界面上会出现相应的报警提示。

4控制系统的实现4.1 PLC的运行PLC的控制程序在上位机中编写，程序编写完成后，再从上位机中下载到 PLC中。DVP系列 PLC可以进行 RS-232、RS-485、RS-422通讯。PC机上自带 RS232接口，因此 PLC和 PC机可以直接进行 RS-232通讯，把编写好的程序下载到 PLC中。在程序的起始位置对PLC的通讯参数进行设置，在程序编写窗口中对 PLC下载通讯进行通讯设置。下载程序的通讯参数设置如下：通讯端 口为 COM1，数据长为 7，校验位为偶校验 ，停止位为1，波特率为9600，通讯站号为0，ASC方式。

PLC的主要功能就是控制伺服电机的运行，以达到我们需要的轨迹以及到达指定位置，控制流程，如图4所示。台达 PLC里面集成了运动控制、定位功能，它可以直接通过定位指令来输出脉冲控制电机的运行，无需外挂价格昂贵的运动控制拈，在这-点上台达 PLC的成本相对其他设备来说是比较低，功能又能完全满足我们的需要例如：DPPMA双轴绝对点对点运动，这个指令可以实现双轴联动，两根轴同时运动产生平面曲线等比较复杂的轨迹；DRVA绝对定位，这个指令可以实现单个方向电机轴的点到点定位要求；还有与这些绝对定位指令相对应的相对定位