專利名稱：一種基于plc的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及其實(shí)現(xiàn)方法，尤其是利用PLC作為運(yùn)動(dòng)控制器的 二維數(shù)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用其高速計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)記錄編碼器的運(yùn)動(dòng)位置信息，完成示教；通過(guò)其 高速脈沖輸出端輸出高速脈沖，控制兩軸電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，再現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，具體地說(shuō)是 一種基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
示教功能在傳統(tǒng)的焊接機(jī)器人、機(jī)械手等運(yùn)動(dòng)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)控 制系統(tǒng)通常采用基于PC機(jī)編程軟件，通過(guò)專用的運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人或機(jī)械手的示 教。 在許多諸如焊接機(jī)器人、雕刻機(jī)等工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合，執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要完成的曲線或曲 面往往比較復(fù)雜。按照運(yùn)動(dòng)學(xué)與幾何學(xué)規(guī)律，應(yīng)該為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所要完成的運(yùn)動(dòng)軌跡選取合 適的坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系下建立軌跡的數(shù)學(xué)模型，并采用數(shù)學(xué)解析方法精確計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌 跡上各個(gè)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。然后將這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換成電機(jī)的旋轉(zhuǎn)脈沖，從而控制機(jī) 械執(zhí)行機(jī)構(gòu)依次走完這些點(diǎn)，完成整個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡。不僅需要計(jì)算坐標(biāo)值的工作量巨大，而且 許多運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)模型也極難獲得；這就給使用者造成了很大的麻煩。而利用示教的方 法，操作者就可以通過(guò)手動(dòng)控制各軸電機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，使執(zhí)行部件末端運(yùn)動(dòng)到不同位置，記錄 下各個(gè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)或者編碼器的脈沖數(shù)并存儲(chǔ)下來(lái)；然后執(zhí)行編寫的再現(xiàn)程序，執(zhí)行機(jī) 構(gòu)就可以再現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡，這就是示教。示教方法的應(yīng)用大大簡(jiǎn)化了獲取運(yùn)動(dòng)軌跡空 間位置的步驟，使得非專業(yè)人員可以方便地獲取電機(jī)預(yù)完成的各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)曲線。
隨著微電子、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器PLC以其可靠性高、編程靈活、 功能擴(kuò)展方便、運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，在運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域正越來(lái)越受到重視。西門子S7-200系 列PLC具有極高的可靠性以及豐富的內(nèi)部集成功能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)及民用領(lǐng)域中的檢 測(cè)、控制的自動(dòng)化，如沖壓機(jī)床、印刷機(jī)械、橡膠化工機(jī)械，電梯控制，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)等。
在工業(yè)控制領(lǐng)域，上位機(jī)加下位機(jī)結(jié)合起來(lái)的雙CPU或多CPU進(jìn)行控制是比較常 見(jiàn)的結(jié)構(gòu)，下位機(jī)主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)任務(wù)，上位機(jī)可以完成監(jiān)控管理等非實(shí)時(shí)性任務(wù)。上位機(jī)與 下位機(jī)通常通過(guò)工業(yè)串行接口進(jìn)行通信，可以通過(guò)VB/VC/Delphi等應(yīng)用軟件編程或通過(guò) WinCC/InTouch/組態(tài)王等監(jiān)控組態(tài)軟件結(jié)合下位機(jī)程序變成實(shí)現(xiàn)。未來(lái)發(fā)展方向是現(xiàn)場(chǎng)總 線控制系統(tǒng)。 運(yùn)動(dòng)控制是自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)分支，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)控制器通常采用基于 PC機(jī)的ISA或PCI插槽的運(yùn)動(dòng)控制板卡，諸如插補(bǔ)運(yùn)算等功能均集成于運(yùn)動(dòng)控制板卡中，對(duì) 于一般應(yīng)用型機(jī)電一體化、自動(dòng)化或機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)相對(duì)比 較難。而PLC應(yīng)用是以上專業(yè)學(xué)生必學(xué)科目，學(xué)生對(duì)PLC的開(kāi)發(fā)環(huán)境比較熟悉。但是，現(xiàn)有 小型PLC只集成高速計(jì)數(shù)輸入與高速脈沖輸出端，但沒(méi)有示教、插補(bǔ)運(yùn)算等功能。而帶運(yùn)動(dòng) 控制功能的運(yùn)動(dòng)控制模塊又比較昂貴，且內(nèi)部程序一般不公開(kāi)。因此，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法達(dá)到簡(jiǎn) 單的方法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)示教，且適合于應(yīng)用型大學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)和使用的要求。
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本發(fā)明的目的是針對(duì)高等院?；蚋呗氃盒＝虒W(xué)中，現(xiàn)有小型PLC只集成高速計(jì)數(shù) 輸入與高速脈沖輸出端，沒(méi)有示教、插補(bǔ)運(yùn)算等功能的問(wèn)題，提出一種基于PLC的教學(xué)用二 維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)及其實(shí)現(xiàn)方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 —種基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)，包括上位計(jì)算機(jī)PC、下位計(jì)算機(jī)可編 程控制器PLC、由X向伺服驅(qū)動(dòng)器和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的X、Y向伺服驅(qū)動(dòng)器、由X向伺服 電機(jī)和Y向伺服電機(jī)構(gòu)成的X、Y向伺服電機(jī)、由各功能按鍵、開(kāi)關(guān)構(gòu)成的輸入部件和二維機(jī) 械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述的X向伺服電機(jī)包括X向電機(jī)和X向光電碼盤，Y向伺服電機(jī)包括Y向電 機(jī)和Y向光電碼盤，其特征是所述的PC通過(guò)串行通信電纜與可編程控制器PLC相連，X向 光電碼盤和Y向光電碼盤作為所述二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)的輸入，它們檢測(cè)運(yùn)動(dòng)裝置的當(dāng)前位 置并通過(guò)連接電纜分別與各自對(duì)應(yīng)的X向伺服驅(qū)動(dòng)器和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)反饋輸入 端相連，X向光電碼盤和Y向光電碼盤的檢測(cè)信號(hào)輸出端與可編程控制器PLC的對(duì)應(yīng)檢測(cè) 信號(hào)輸入端相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器的控制輸入端通過(guò)連接電纜與可編程 控制器PLC的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸出端相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器的控制輸出端與相 應(yīng)的X向電機(jī)、Y向電機(jī)的控制信號(hào)端相連，X向電機(jī)和Y向電機(jī)作為所述二維運(yùn)動(dòng)示教平 臺(tái)的執(zhí)行元件，控制二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸入部件的各控制信號(hào)輸出端與可編程控制器PLC 的輸入端相連。 本發(fā)明的可編程控制器PLC設(shè)有高速計(jì)數(shù)輸入端、數(shù)字輸入端、高速脈沖輸出端
和數(shù)字輸出端，可編程控制器PLC作為下位計(jì)算機(jī)是整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制器。 本發(fā)明的二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括X軸滾珠絲杠副、Y軸滾珠絲杠副、X軸導(dǎo)軌、Y軸
導(dǎo)軌、X軸聯(lián)軸器、Y軸聯(lián)軸器、控制工作平臺(tái)、筆架、繪圖筆、電磁閥線圈和底座，X向電機(jī)、
Y向電機(jī)分別通過(guò)X軸聯(lián)軸器、Y軸聯(lián)軸器與二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的X軸滾珠絲杠副的絲杠、
Y軸滾珠絲杠副的絲杠相連，二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的底座上固定有筆架，繪圖筆通過(guò)電磁閥線
圈固定在筆架上，二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的X、Y兩軸串聯(lián)安裝，即X軸滾珠絲杠副的絲杠支承與
底座相連，X軸滾珠絲杠副的螺母與Y軸滾珠絲杠副的絲杠支承相連，Y軸滾珠絲杠副的螺
母與控制工作平臺(tái)相連。 —種基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教實(shí)現(xiàn)方法，包括系統(tǒng)回零GTO、示教存儲(chǔ)TCS、 運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB，其特征是它包括以下步驟 (a).系統(tǒng)回零GTO :可編程控制器PLC上電進(jìn)行控制系統(tǒng)初始化CSI后待機(jī)，若可 編程控制器PLC收到系統(tǒng)回零信號(hào)，可編程控制器PLC控制二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的X軸、Y軸 到達(dá)各自零點(diǎn)位置后等待示教存儲(chǔ)信號(hào)； (b).示教存儲(chǔ)TCS :控制二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到預(yù)定軌跡點(diǎn)后，給 可編程控制器PLC —個(gè)系統(tǒng)示教存儲(chǔ)信號(hào)，可編程控制器PLC將當(dāng)前軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)DCP 存儲(chǔ)到PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF，重復(fù)以上步驟可以存儲(chǔ)多個(gè)軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)到PLC運(yùn)動(dòng)記 錄緩沖區(qū)MBF進(jìn)行示教存儲(chǔ)TCS ; (c).運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB :給可編程控制器PLC—個(gè)運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)信號(hào)，讀取PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩 沖區(qū)MBF起點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，PLC控制電磁閥線圈通電從而使繪圖筆抬起，然后控制工作平臺(tái)快速回到起點(diǎn)，繪圖筆下降后依次讀取PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF各軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)控制工作 平臺(tái)按照示教軌跡運(yùn)行直到軌跡終點(diǎn)，點(diǎn)到點(diǎn)之間走直線段，運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)X向、Y向合成速度 可控，進(jìn)行軌跡點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)。 本發(fā)明的上位計(jì)算機(jī)PC通過(guò)串行通信電纜跟下位計(jì)算機(jī)可編程控制器PLC進(jìn)行 串行通信，上位計(jì)算機(jī)PC對(duì)可編程控制器PLC進(jìn)行程序下載和調(diào)試；上位計(jì)算機(jī)PC在示 教存儲(chǔ)TCS過(guò)程中分批接收下位機(jī)可編程控制器PLC的海量示教軌跡數(shù)據(jù)DTT進(jìn)行保存； 上位計(jì)算機(jī)PC在運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB過(guò)程中向下位機(jī)可編程控制器PLC分批發(fā)送示教軌跡數(shù)據(jù) DTT，同時(shí)接收下位機(jī)可編程控制器PLC運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)軌跡實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)RTDP并繪制再現(xiàn)軌跡。
本發(fā)明的可編程控制器PLC根據(jù)示教存儲(chǔ)控制信號(hào)將伺服電機(jī)當(dāng)前位置依次記 錄在PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF中，PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF被分為相等容量的兩部分，第一 部分MBF1存儲(chǔ)滿后繼續(xù)存儲(chǔ)第二部分MBF2同時(shí)將第一部分?jǐn)?shù)據(jù)向上位計(jì)算機(jī)PC發(fā)送，第 二部分MBF2存儲(chǔ)滿后繼續(xù)存儲(chǔ)到第一部分MBFl同時(shí)將第二部分?jǐn)?shù)據(jù)向上位計(jì)算機(jī)PC發(fā) 送，如此PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF兩部分輪流暫時(shí)存儲(chǔ)和上傳數(shù)據(jù)，示教結(jié)束后全部示教軌 跡數(shù)據(jù)DTT和示教軌跡點(diǎn)總數(shù)TTP均上傳到上位機(jī)PC并保存于相應(yīng)的文件中；可編程控制 器PLC得到運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能按鍵信號(hào)后，通過(guò)串行通信電纜通知上位機(jī)PC機(jī)進(jìn)行示教軌跡數(shù) 據(jù)DTT的傳輸，上位機(jī)PC將示教軌跡點(diǎn)總數(shù)TTP和海量示教軌跡數(shù)據(jù)DTT分批通過(guò)串行通 信電纜傳輸給可編程控制器PLC并存儲(chǔ)于運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF，運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一部分 MBFl傳輸存儲(chǔ)完畢即開(kāi)始運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能同時(shí)繼續(xù)傳輸后續(xù)示教軌跡數(shù)據(jù)DTT并存儲(chǔ)于PLC 運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第二部分MBF2，運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一部分MBFl的數(shù)據(jù)供運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)使用完 畢進(jìn)入第二部分MBF2數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)讀取使用后才繼續(xù)通知上位機(jī)PC繼續(xù)傳輸后續(xù)示教 軌跡數(shù)據(jù)DTT，如此輪流直到運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)結(jié)束，保證運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF每一部分傳輸存儲(chǔ)時(shí) 間小于每一部分運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)執(zhí)行時(shí)間，以免發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。
本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明利用PLC作為主控部件，將光電碼盤的脈沖信號(hào)接入可編程控制器PLC的 高速計(jì)數(shù)器，通過(guò)示教等功能按鍵，記錄下示教路徑的信息并存儲(chǔ)到PLC的數(shù)據(jù)塊中；通過(guò) 再現(xiàn)程序，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成示教路徑的再現(xiàn)；通過(guò)上位機(jī)與下位機(jī)編程通信，實(shí)現(xiàn)示教路 徑記錄點(diǎn)的無(wú)限點(diǎn)擴(kuò)充；通過(guò)上位機(jī)PC與PLC的通信，在上位機(jī)PC屏幕中繪制出兩軸示教 路徑與再現(xiàn)路徑的實(shí)時(shí)曲線?？梢葬槍?duì)高等院校或高職院校自動(dòng)化、機(jī)電一體化、機(jī)械制造 及其自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生作如下訓(xùn)練PLC在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用、伺服系統(tǒng)認(rèn)知、 上位機(jī)監(jiān)控技術(shù)、機(jī)器示教技術(shù)、插補(bǔ)技術(shù)等，在此開(kāi)放數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上方便地進(jìn)行二次開(kāi) 發(fā)，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)和研究，進(jìn)一步在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。 本發(fā)明利用可編程控制器PLC的高速計(jì)數(shù)器和高速脈沖輸出實(shí)現(xiàn)了兩軸運(yùn)動(dòng)控 制示教與再現(xiàn)功能，系統(tǒng)具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、功能擴(kuò)展方便等特點(diǎn)；如果示教的位 置點(diǎn)足夠多，兩點(diǎn)間距離足夠小，則系統(tǒng)能夠達(dá)到一定再現(xiàn)精度的要求；通過(guò)硬件擴(kuò)展，目 前的兩軸可以拓展為多軸，在焊接機(jī)器人、雕刻機(jī)等需要輪廓控制的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合均有廣 泛應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3是本發(fā)明的功能實(shí)現(xiàn)流程圖。 圖4是本發(fā)明的示教存儲(chǔ)及示教軌跡數(shù)據(jù)上傳示意圖。 圖5是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸示意圖。 圖中1、計(jì)算機(jī)PC; 2、可編程控制器PLC ;201、高速計(jì)數(shù)輸入端；202、數(shù)字輸入端；203、高速脈沖輸出
端；204、數(shù)字輸出端； 3、 X、 Y向伺服驅(qū)動(dòng)器；301、 X向伺服驅(qū)動(dòng)器；302、 Y向伺服驅(qū)動(dòng)器； 4、X向、Y向伺服電機(jī);401、X向電機(jī);402、Y向電機(jī);403、X向光電碼盤;404、Y向
光電碼盤； 5、二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)；501、X軸滾珠絲杠副；502、Y軸滾珠絲杠副；503、X軸導(dǎo)軌； 504、 Y軸導(dǎo)軌；505、 X軸聯(lián)軸器；506、 Y軸聯(lián)軸器；507、工作平臺(tái)；508、筆架；509、繪圖筆；
510、電磁閥線圈；511、底座； 6、輸入部件；601、系統(tǒng)回零功能按鍵；602、 X正向點(diǎn)動(dòng)功能按鍵；603、 X負(fù)向點(diǎn)動(dòng) 功能按鍵；604、 Y正向點(diǎn)動(dòng)功能按鍵；605、 Y負(fù)向點(diǎn)動(dòng)功能按鍵；606、示教存儲(chǔ)功能按鍵； 607、運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能按鍵；608、示教結(jié)束功能按鍵；609、X軸零點(diǎn)開(kāi)關(guān)；610、Y軸零點(diǎn)開(kāi)關(guān)。 GTO :系統(tǒng)回零；TCS :示教存儲(chǔ)；MPB :運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)；CSI :控制系統(tǒng)初始化；DCP :當(dāng)前 軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)；MBF :PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)；MBF1 :運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一部分；MBF2 :運(yùn)動(dòng) 記錄緩沖區(qū)第二部分；DTT :示教軌跡數(shù)據(jù)；RTDP :運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)軌跡實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；TTP :示教軌跡 點(diǎn)總數(shù)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。 —種基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)，包括上位計(jì)算機(jī)PC1、下位計(jì)算機(jī)可編 程控制器PLC2、由X向伺服驅(qū)動(dòng)器301和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器302構(gòu)成的X、Y向伺服驅(qū)動(dòng)器3、 由X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)構(gòu)成的X、Y向伺服電機(jī)4、由各功能按鍵、開(kāi)關(guān)構(gòu)成的輸入 部件6和二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)5，所述的X向伺服電機(jī)包括X向電機(jī)401和X向光電碼盤403， Y向伺服電機(jī)包括Y向電機(jī)402和Y向光電碼盤404，其特征是所述的PC1通過(guò)串行通信電 纜與可編程控制器PLC2相連，X向光電碼盤403和Y向光電碼盤404作為基于PLC的教學(xué) 用二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)的輸入檢測(cè)運(yùn)動(dòng)裝置的當(dāng)前位置并通過(guò)連接電纜分別與各自對(duì)應(yīng)的X 向伺服驅(qū)動(dòng)器301和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器302的信號(hào)反饋輸入端相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器301和Y 向伺服驅(qū)動(dòng)器302的控制輸入端通過(guò)連接電纜與可編程控制器PLC2的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸出端相 連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器301和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器302的控制輸出端與相應(yīng)的X向電機(jī)401、 Y向 電機(jī)402的控制信號(hào)端相連，X向電機(jī)401和Y向電機(jī)402作為基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn) 動(dòng)示教平臺(tái)的執(zhí)行元件控制二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)5，輸入部件6的輸出與可編程控制器PLC2 的輸入端相連。所述的X向光電碼盤403和Y向光電碼盤404作為基于PLC的教學(xué)用二維 運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)的輸入檢測(cè)運(yùn)動(dòng)裝置的當(dāng)前位置并與可編程控制器PLC2的對(duì)應(yīng)檢測(cè)信號(hào)輸 入端相連。 本發(fā)明的可編程控制器PLC2設(shè)有高速計(jì)數(shù)輸入端201、數(shù)字輸入端202、高速脈沖輸出端203和數(shù)字輸出端204，可編程控制器PLC2作為下位計(jì)算機(jī)是整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制 器。 本發(fā)明的二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)5包括X軸滾珠絲杠副501、Y軸滾珠絲杠副502、X軸 導(dǎo)軌503、Y軸導(dǎo)軌504、X軸聯(lián)軸器505、Y軸聯(lián)軸器506、控制工作平臺(tái)507、筆架508、繪圖 筆509、電磁閥線圈510和底座511， X向電機(jī)401、 Y向電機(jī)402分別通過(guò)X軸聯(lián)軸器505、 Y軸聯(lián)軸器506與二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的X軸滾珠絲杠副501的絲杠、Y軸滾珠絲杠副502 的絲杠相連，二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的底座511上固定有筆架508，繪圖筆509通過(guò)電磁閥線 圈510固定在筆架508上，二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的X、 Y兩軸串聯(lián)安裝，即X軸滾珠絲杠副 501的絲杠支承與底座511相連，X軸滾珠絲杠副501的螺母與Y軸滾珠絲杠副502的絲杠 支承相連，Y軸滾珠絲杠副502的螺母與控制工作平臺(tái)507相連。 —種基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教實(shí)現(xiàn)方法，包括系統(tǒng)回零GTO、示教存儲(chǔ)TCS、 運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB，可編程控制器PLC2上電進(jìn)行控制系統(tǒng)初始化CSI后待機(jī)，通過(guò)系統(tǒng)回零功能 按鍵601給可編程控制器PLC2 —個(gè)系統(tǒng)回零信號(hào)，可編程控制器PLC2控制二維機(jī)械執(zhí)行 機(jī)構(gòu)5的X軸、Y軸到達(dá)各自零點(diǎn)位置后等待示教存儲(chǔ)信號(hào)；通過(guò)X正向、X負(fù)向、Y正向、Y 負(fù)向點(diǎn)動(dòng)功能按鍵602、603、604、605控制二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的工作平臺(tái)507運(yùn)動(dòng)到預(yù)定 軌跡點(diǎn)后通過(guò)示教存儲(chǔ)功能按鍵606給可編程控制器PLC2 —個(gè)系統(tǒng)示教存儲(chǔ)信號(hào)，可編程 控制器PLC2將當(dāng)前軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)DCP存儲(chǔ)到PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF，重復(fù)以上步驟可 以存儲(chǔ)多個(gè)軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)到PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF進(jìn)行示教存儲(chǔ)TCS ;通過(guò)運(yùn)動(dòng)再現(xiàn) 功能按鍵607給可編程控制器PLC2 —個(gè)運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)信號(hào)，讀取PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF起點(diǎn) 位置數(shù)據(jù)，PLC控制電磁閥線圈510通電從而使繪圖筆509抬起，然后控制工作平臺(tái)507快 速回到起點(diǎn)，繪圖筆509下降后依次讀取PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF各軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)控制 工作平臺(tái)507按照示教軌跡運(yùn)行直到軌跡終點(diǎn)，點(diǎn)到點(diǎn)之間走直線段，運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)X向、Y向 合成速度可控。通過(guò)PC1與可編程控制器PLC2的數(shù)據(jù)交換與控制，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限軌跡點(diǎn)的 示教與再現(xiàn)。 本發(fā)明的上位計(jì)算機(jī)PC1通過(guò)串行通信電纜跟下位計(jì)算機(jī)可編程控制器PLC2進(jìn) 行串行通信，結(jié)合應(yīng)用軟件上位計(jì)算機(jī)PC1對(duì)可編程控制器PLC2進(jìn)行程序下載和調(diào)試；上 位計(jì)算機(jī)PC1在示教存儲(chǔ)TCS過(guò)程中分批接收下位機(jī)可編程控制器PLC2的海量示教軌跡 數(shù)據(jù)DTT進(jìn)行保存；上位計(jì)算機(jī)PC1在運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB過(guò)程中向下位機(jī)可編程控制器PLC2分 批發(fā)送示教軌跡數(shù)據(jù)DTT，同時(shí)接收下位機(jī)可編程控制器PLC2運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)軌跡實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)RTDP 并軟件繪制再現(xiàn)軌跡?？删幊炭刂破鱌LC2根據(jù)示教存儲(chǔ)功能按鍵606控制信號(hào)將伺服電 機(jī)當(dāng)前位置依次記錄在PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF中，PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF被分為相等 容量的兩部分，第一部分MBF1存儲(chǔ)滿后繼續(xù)存儲(chǔ)第二部分MBF2同時(shí)將第一部分?jǐn)?shù)據(jù)向上 位計(jì)算機(jī)PC1發(fā)送，第二部分MBF2存儲(chǔ)滿后繼續(xù)存儲(chǔ)到第一部分MBF1同時(shí)將第二部分?jǐn)?shù) 據(jù)向上位計(jì)算機(jī)PC1發(fā)送，如此PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF兩部分輪流暫時(shí)存儲(chǔ)和上傳數(shù)據(jù)， 示教結(jié)束后全部示教軌跡數(shù)據(jù)DTT和示教軌跡點(diǎn)總數(shù)TTP均上傳到上位機(jī)PCI并保存于相 應(yīng)的文件中；可編程控制器PLC2得到運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能按鍵607信號(hào)后，通過(guò)串行通信電纜通 知上位機(jī)PCI機(jī)進(jìn)行示教軌跡數(shù)據(jù)DTT的傳輸，上位機(jī)PCI將示教軌跡點(diǎn)總數(shù)TTP和海量 示教軌跡數(shù)據(jù)DTT分批通過(guò)串行通信電纜傳輸給可編程控制器PLC2并存儲(chǔ)于運(yùn)動(dòng)記錄緩 沖區(qū)MBF，運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一部分MBFl傳輸存儲(chǔ)完畢即開(kāi)始運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能同時(shí)繼續(xù)傳輸
8后續(xù)示教軌跡數(shù)據(jù)DTT并存儲(chǔ)于PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第二部分MBF2，運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一 部分MBF1的數(shù)據(jù)供運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)使用完畢進(jìn)入第二部分MBF2數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)讀取使用后才繼 續(xù)通知上位機(jī)PCI繼續(xù)傳輸后續(xù)示教軌跡數(shù)據(jù)DTT，如此輪流直到運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)結(jié)束，保證運(yùn)動(dòng) 記錄緩沖區(qū)MBF每一部分傳輸存儲(chǔ)時(shí)間小于每一部分運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)執(zhí)行時(shí)間，以免發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。 實(shí)施例一 —種基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)，如圖1和圖2所示，它包括帶有位置傳 感器的X伺服電機(jī)、帶有位置傳感器的Y伺服電機(jī)、可編程控制器PLC(采用西門子S7-200 系列的CPU 226DC/DC/DC)和PC機(jī)，所述的帶有位置傳感器的伺服電機(jī)(型號(hào)為富士 GYS201DC2-T2C)的光電碼盤信號(hào)接入伺服驅(qū)動(dòng)器(型號(hào)為富士 RYC201D3-VV2)，伺服驅(qū)動(dòng) 器工作在位置控制模式。光電碼盤信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換處理后輸出增量式正交編碼脈沖信號(hào)，作為 基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)的輸入檢測(cè)運(yùn)動(dòng)裝置當(dāng)前位置并與可編程控制器PLC 的對(duì)應(yīng)檢測(cè)信號(hào)輸入端相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器的各控制輸入端與可編程 控制器PLC的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸出端相連?？删幊炭刂破鱌LC與PC機(jī)的對(duì)應(yīng)信號(hào)端連接，PC機(jī) 作為基于PLC兩軸運(yùn)動(dòng)控制的示教與再現(xiàn)系統(tǒng)的輸出顯示運(yùn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)軌跡。
該可編程控制器PLC具有4個(gè)最高20KHz的正交高速脈沖計(jì)數(shù)器，能夠?qū)斎氲?正交編碼脈沖信號(hào)進(jìn)行4分頻，本例采用其中的兩個(gè)，即HSC1和HSC2 ;2個(gè)最高20KHz的 高速脈沖輸出；共有與高速計(jì)數(shù)輸入端復(fù)用的24個(gè)數(shù)字輸入端和與高速脈沖輸出端復(fù)用 的16個(gè)數(shù)字輸出端；其布爾型指令執(zhí)行時(shí)間只有0. 22 s。高速脈沖輸出端分別接X(jué)向、 Y向伺服驅(qū)動(dòng)器脈沖輸入口 ；數(shù)字輸出端分別用作兩電機(jī)方向控制信號(hào)；X、Y向伺服電機(jī)的 位置傳感器的增量式正交編碼信號(hào)分別接到PLC高速計(jì)數(shù)輸入的相應(yīng)接口，用以檢測(cè)當(dāng)前 位置。 圖3是本平臺(tái)功能實(shí)現(xiàn)流程圖。該圖描述了 PLC的控制系統(tǒng)初始化SI步、系統(tǒng)回 零S2 S3步、示教存儲(chǔ)S4a S8a步和運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)S4b S9b步四個(gè)分流程。PLC上電即進(jìn) 行系統(tǒng)初始化CSI， Sl步主要完成高速計(jì)數(shù)器HSC1、 HSC2的配置和開(kāi)啟；示教軌跡點(diǎn)總數(shù) TTP計(jì)數(shù)器Cl和相應(yīng)存儲(chǔ)單元清零；將運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)首地址取出存放作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指針等 操作。 S2步PLC不斷掃描系統(tǒng)回零功能按鍵601上升沿，S3步進(jìn)行系統(tǒng)回零，控制伺服 電機(jī)定向慢速旋轉(zhuǎn)，使工作臺(tái)向系統(tǒng)零點(diǎn)(或稱原點(diǎn)、參考點(diǎn))靠近，當(dāng)X軸零點(diǎn)開(kāi)關(guān)得到 一個(gè)上升沿信號(hào)則停止X向伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，同樣當(dāng)Y軸零點(diǎn)開(kāi)關(guān)得到一個(gè)上升沿信號(hào)則 停止Y向伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)回零GT0。 系統(tǒng)回零后，可進(jìn)入兩條選擇支路， 一條示教存儲(chǔ)TCS，另一條運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB，分別 以示教存儲(chǔ)功能按鍵和運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能按鍵來(lái)選擇分支，進(jìn)入一條分支后，只要沒(méi)回到系統(tǒng) 回零后狀態(tài)，就不能實(shí)現(xiàn)另一分支功能。 在示教存儲(chǔ)TCS功能流程中，S4a步操作人員選擇按下X正向、X負(fù)向、Y正向或 Y負(fù)向4個(gè)點(diǎn)動(dòng)功能按鍵，可以控制工作平臺(tái)移動(dòng)到預(yù)定位置；S5a步判斷示教存儲(chǔ)功能按 鍵上升沿；S6a步為記錄當(dāng)前電機(jī)的位置數(shù)據(jù)到PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)，指針指向下一存儲(chǔ)單 元，重復(fù)以上步驟可以存儲(chǔ)多個(gè)軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)到PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF ;S7a步掃描判 斷示教結(jié)束功能按鍵上升沿；S8a步將全部示教軌跡數(shù)據(jù)DTT和示教軌跡點(diǎn)總數(shù)TTP均上傳到上位機(jī)PC1并保存于上位機(jī)示教軌跡數(shù)據(jù)文件中，完成示教存儲(chǔ)TCS。
在運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB功能流程中，點(diǎn)到點(diǎn)之間走直線段，每走完一軌跡點(diǎn)稱為走一步。 其實(shí)質(zhì)是示教存儲(chǔ)時(shí)根據(jù)軌跡曲率半徑和偏差的需要，實(shí)行一種插補(bǔ)周期可變的粗直線插 補(bǔ)。圖3中，S4b步掃描運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能按鍵607上升沿；S5b步讀取PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF 起點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，PLC控制電磁閥線圈510通電從而使繪圖筆509抬起，然后控制工作平臺(tái) 507快速回到起點(diǎn)，繪圖筆509下降，高速脈沖輸出功能打開(kāi)；S6b步根據(jù)下一點(diǎn)和當(dāng)前點(diǎn)位 置數(shù)據(jù)預(yù)備X、 Y向伺服驅(qū)動(dòng)器的脈沖數(shù)、脈沖頻率和方向信號(hào)。讀取PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū) MBF下一軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，將下一點(diǎn)位置數(shù)據(jù)減去當(dāng)前點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，根據(jù)兩者之差的符號(hào)判 別方向而置位或復(fù)位PLC相應(yīng)數(shù)字輸出端，兩者之差的絕對(duì)值為本步兩軸的脈沖數(shù)，PLC根 據(jù)合成速度、每步X、 Y向所需脈沖數(shù)按照勾股定理分配X、 Y向脈沖頻率，從而保證點(diǎn)到點(diǎn) 之間走直線段，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后示教軌跡點(diǎn)總數(shù)自減1運(yùn)算，PLC高速脈沖輸出端以脈沖串輸 出PTO方式輸出占空比50 %的高速脈沖，輔以方向信號(hào)控制X、 Y向伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使執(zhí)行 機(jī)構(gòu)擬合預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡走一步；S7b步判斷本次走步程序兩軸是否都已走到目標(biāo)點(diǎn)；S8b 步判斷所有示教軌跡數(shù)據(jù)點(diǎn)是否走完；從而控制工作平臺(tái)507按照示教軌跡運(yùn)行直到軌跡 終點(diǎn)。S9b步根據(jù)S8b的判斷停止高速脈沖輸出，回到系統(tǒng)回零后的狀態(tài)而待機(jī)。運(yùn)動(dòng)再現(xiàn) 的X向、Y向合成速度可由上位機(jī)PC1給定。 圖4和圖5是PLC結(jié)合上位機(jī)PC和相關(guān)應(yīng)用軟件進(jìn)行示教無(wú)限點(diǎn)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)流 示意圖。示教軌跡數(shù)據(jù)的上傳和運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸可通過(guò)PC機(jī)安裝VB/VC/Delphi等應(yīng) 用軟件編程實(shí)現(xiàn)。 圖4是示教存儲(chǔ)及示教軌跡數(shù)據(jù)上傳示意圖。圖4中，可編程控制器PLC2根據(jù) 示教存儲(chǔ)功能按鍵606控制信號(hào)將伺服電機(jī)當(dāng)前位置依次記錄在PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF 中，PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF被分為相等容量的兩部分，第一部分MBF1示教存儲(chǔ)滿后繼續(xù)示 教存儲(chǔ)第二部分MBF2，開(kāi)始示教存儲(chǔ)第二部分MBF2后，此時(shí)將第一部分?jǐn)?shù)據(jù)批量向上位計(jì) 算機(jī)PC1發(fā)送并被存儲(chǔ)于上位機(jī)示教軌跡數(shù)據(jù)文件相應(yīng)位置；第二部分MBF2示教存儲(chǔ)滿后 繼續(xù)示教存儲(chǔ)到第一部分MBF1，開(kāi)始示教存儲(chǔ)第一部分MBF1后，此時(shí)將第二部分?jǐn)?shù)據(jù)向上 位計(jì)算機(jī)PC1發(fā)送并依次存儲(chǔ)于上位機(jī)示教軌跡數(shù)據(jù)文件。如此PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF 兩部分輪流存儲(chǔ)和上傳數(shù)據(jù)，示教結(jié)束功能按鍵608給PLC—個(gè)示教結(jié)束信號(hào)后余下最后1 個(gè)或不滿1個(gè)運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一部分MBF1/第二部分MBF2的示教軌跡數(shù)據(jù)DTT上傳到 上位機(jī)PC1并保存于上位機(jī)示教軌跡數(shù)據(jù)文件中相應(yīng)位置，同時(shí)將示教軌跡點(diǎn)總數(shù)TTP數(shù) 值上傳存儲(chǔ)于上位機(jī)示教軌跡數(shù)據(jù)文件首單元并停止數(shù)據(jù)上傳?？筛鶕?jù)需要同時(shí)將示教軌 跡繪制于PC機(jī)屏幕。 圖5是運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸示意圖。圖5中，可編程控制器PLC2得到運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能 按鍵607信號(hào)后，通過(guò)串行通信電纜通知上位機(jī)PC1機(jī)進(jìn)行示教軌跡數(shù)據(jù)DTT的傳輸，上位 機(jī)PC1將示教軌跡點(diǎn)總數(shù)TTP和海量示教軌跡數(shù)據(jù)DTT分批通過(guò)串行通信電纜傳輸給可編 程控制器PLC2并存儲(chǔ)于運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF。運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一部分MBF1傳輸存儲(chǔ)完 畢即開(kāi)始運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能同時(shí)繼續(xù)傳輸后續(xù)示教軌跡數(shù)據(jù)DTT并存儲(chǔ)于PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū) 第二部分MBF2 ;運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一部分MBF1的數(shù)據(jù)運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)使用完畢轉(zhuǎn)而進(jìn)入第二部 分MBF2數(shù)據(jù)調(diào)用執(zhí)行運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)后，此時(shí)通知上位機(jī)PC1繼續(xù)傳輸后續(xù)示教軌跡數(shù)據(jù)DTT，如 此輪流直到最后一批示教軌跡數(shù)據(jù)傳輸并存儲(chǔ)于PLC運(yùn)動(dòng)控制緩沖區(qū)供PLC調(diào)用進(jìn)行運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)直到示教軌跡點(diǎn)總數(shù)等于0而結(jié)束。合理設(shè)置運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF的大小，保證運(yùn)動(dòng) 記錄緩沖區(qū)MBF每一部分傳輸存儲(chǔ)時(shí)間遠(yuǎn)小于每一部分運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)執(zhí)行時(shí)間，以免發(fā)生數(shù)據(jù) 沖突或運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)過(guò)程的非正常停頓。開(kāi)始運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)前上位機(jī)可將示教軌跡繪制于PC機(jī)屏 幕；運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)過(guò)程中可通過(guò)上位機(jī)改變X、Y向的合成速度，在運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)數(shù)據(jù)載入之余，可以 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)軌跡的實(shí)時(shí)繪制，其顏色、線形、粗度可以與示教軌跡有所區(qū)別。
安裝有STEP 7Micro/WIN V4. 0的PC機(jī)通過(guò)PPI協(xié)議進(jìn)行PLC程序的下載、調(diào) 試。運(yùn)動(dòng)軌跡的繪制可通過(guò)VB/VC/Delphi等編程實(shí)現(xiàn)或通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件WinCC/ Intouch/KingView等編程實(shí)現(xiàn)，比如可以通過(guò)訪問(wèn)西門子的OPC服務(wù)器PC Access,上位機(jī) 監(jiān)控軟件WinCC能夠及時(shí)讀取PLC數(shù)據(jù)塊中運(yùn)動(dòng)軌跡的位置信息，并存儲(chǔ)為XML文件；通過(guò) WinCC來(lái)繪制X、Y軸實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)曲線。 本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)，包括上位計(jì)算機(jī)PC(1)、下位計(jì)算機(jī)可編程控制器PLC(2)、由X向伺服驅(qū)動(dòng)器(301)和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器(302)構(gòu)成的X、Y向伺服驅(qū)動(dòng)器(3)、由X向伺服電機(jī)和Y向伺服電機(jī)構(gòu)成的X、Y向伺服電機(jī)(4)、由各功能按鍵、開(kāi)關(guān)構(gòu)成的輸入部件(6)和二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)，所述的X向伺服電機(jī)包括X向電機(jī)(401)和X向光電碼盤(403)，Y向伺服電機(jī)包括Y向電機(jī)(402)和Y向光電碼盤(404)，其特征是所述的PC(1)通過(guò)串行通信電纜與可編程控制器PLC(2)相連，X向光電碼盤(403)和Y向光電碼盤(404)作為所述二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)的輸入，它們檢測(cè)運(yùn)動(dòng)裝置的當(dāng)前位置并通過(guò)連接電纜分別與各自對(duì)應(yīng)的X向伺服驅(qū)動(dòng)器(301)和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器(302)的信號(hào)反饋輸入端相連，X向光電碼盤(403)和Y向光電碼盤(404)的檢測(cè)信號(hào)輸出端與可編程控制器PLC(2)的對(duì)應(yīng)檢測(cè)信號(hào)輸入端相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器(301)和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器(302)的控制輸入端通過(guò)連接電纜與可編程控制器PLC(2)的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸出端相連，X向伺服驅(qū)動(dòng)器(301)和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器(302)的控制輸出端與相應(yīng)的X向電機(jī)(401)、Y向電機(jī)(402)的控制信號(hào)端相連，X向電機(jī)(401)和Y向電機(jī)(402)作為所述二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)的執(zhí)行元件，控制二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)，輸入部件(6)的各控制信號(hào)輸出端與可編程控制器PLC(2)的輸入端相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)，其特征是所述的可編程控制器PLC(2)設(shè) 有高速計(jì)數(shù)輸入端(201)、數(shù)字輸入端(202)、高速脈沖輸出端(203)和數(shù)字輸出端(204)， 可編程控制器PLC(2)作為下位計(jì)算機(jī)是整個(gè)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)，其特征是所述的二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5) 包括X軸滾珠絲杠副(501) 、 Y軸滾珠絲杠副(502) 、 X軸導(dǎo)軌(503) 、 Y軸導(dǎo)軌(504) 、 X軸 聯(lián)軸器(505)、Y軸聯(lián)軸器(506)、控制工作平臺(tái)(507)、筆架(508)、繪圖筆(509)、電磁閥線 圈(510)和底座(511)， X向電機(jī)(401)、 Y向電機(jī)(402)分別通過(guò)X軸聯(lián)軸器(505) 、 Y軸 聯(lián)軸器(506)與二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)的X軸滾珠絲杠副(501)的絲杠、Y軸滾珠絲杠副 (502)的絲杠相連，二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)的底座(511)上固定有筆架(508)，繪圖筆(509) 通過(guò)電磁閥線圈(510)固定在筆架(508)上，二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)的X、Y兩軸串聯(lián)安裝， 即X軸滾珠絲杠副(501)的絲杠支承與底座(511)相連，X軸滾珠絲杠副(501)的螺母與Y 軸滾珠絲杠副(502)的絲杠支承相連，Y軸滾珠絲杠副(502)的螺母與控制工作平臺(tái)(507) 相連。
4. 一種利用如權(quán)利要求l-3之一所述的二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)進(jìn)行示教的方法，包括系統(tǒng) 回零GTO、示教存儲(chǔ)TCS、運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB，其特征是它包括以下步驟(a) .系統(tǒng)回零GT0:可編程控制器PLC(2)上電進(jìn)行控制系統(tǒng)初始化CSI后待機(jī)，若可 編程控制器PLC(2)收到系統(tǒng)回零信號(hào)，可編程控制器PLC(2)控制二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5) 的X軸、Y軸到達(dá)各自零點(diǎn)位置后等待示教存儲(chǔ)信號(hào)；(b) .示教存儲(chǔ)TCS :控制二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)的工作平臺(tái)(507)運(yùn)動(dòng)到預(yù)定軌跡點(diǎn) 后，給可編程控制器PLC(2) —個(gè)系統(tǒng)示教存儲(chǔ)信號(hào)，可編程控制器PLC(2)將當(dāng)前軌跡點(diǎn)位 置數(shù)據(jù)DCP存儲(chǔ)到PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF，重復(fù)以上步驟可以存儲(chǔ)多個(gè)軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)到 PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF進(jìn)行示教存儲(chǔ)TCS ;(c) .運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB :給可編程控制器PLC (2) —個(gè)運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)信號(hào)，讀取PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩 沖區(qū)MBF起點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，PLC控制電磁閥線圈(510)通電從而使繪圖筆(509)抬起，然后控制工作平臺(tái)(507)快速回到起點(diǎn)，繪圖筆(509)下降后依次讀取PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF 各軌跡點(diǎn)位置數(shù)據(jù)控制工作平臺(tái)(507)按照示教軌跡運(yùn)行直到軌跡終點(diǎn)，點(diǎn)到點(diǎn)之間走直 線段，運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)X向、Y向合成速度可控，進(jìn)行軌跡點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是所述的上位計(jì)算機(jī)PC(1)通過(guò)串行通信電 纜跟下位計(jì)算機(jī)可編程控制器PLC(2)進(jìn)行串行通信，上位計(jì)算機(jī)PC(l)對(duì)可編程控制器 PLC(2)進(jìn)行程序下載和調(diào)試；上位計(jì)算機(jī)PC(l)在示教存儲(chǔ)TCS過(guò)程中分批接收下位機(jī)可 編程控制器PLC(2)的海量示教軌跡數(shù)據(jù)DTT進(jìn)行保存；上位計(jì)算機(jī)PC(l)在運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)MPB 過(guò)程中向下位機(jī)可編程控制器PLC(2)分批發(fā)送示教軌跡數(shù)據(jù)DTT，同時(shí)接收下位機(jī)可編程 控制器PLC(2)運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)軌跡實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)RTDP并繪制再現(xiàn)軌跡。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是可編程控制器PLC(2)根據(jù)示教存儲(chǔ)控制信 號(hào)將伺服電機(jī)當(dāng)前位置依次記錄在PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF中，PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF 被分為相等容量的兩部分，第一部分MBF1存儲(chǔ)滿后繼續(xù)存儲(chǔ)第二部分MBF2同時(shí)將第一部 分?jǐn)?shù)據(jù)向上位計(jì)算機(jī)PC(l)發(fā)送，第二部分MBF2存儲(chǔ)滿后繼續(xù)存儲(chǔ)到第一部分MBF1同時(shí) 將第二部分?jǐn)?shù)據(jù)向上位計(jì)算機(jī)PC(l)發(fā)送，如此PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF兩部分輪流暫時(shí) 存儲(chǔ)和上傳數(shù)據(jù)，示教結(jié)束后全部示教軌跡數(shù)據(jù)DTT和示教軌跡點(diǎn)總數(shù)TTP均上傳到上位 機(jī)PC(l)并保存于相應(yīng)的文件中；可編程控制器PLC(2)得到運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能按鍵(607)信號(hào) 后，通過(guò)串行通信電纜通知上位機(jī)PC(l)機(jī)進(jìn)行示教軌跡數(shù)據(jù)DTT的傳輸，上位機(jī)PC(l)將 示教軌跡點(diǎn)總數(shù)TTP和海量示教軌跡數(shù)據(jù)DTT分批通過(guò)串行通信電纜傳輸給可編程控制器 PLC(2)并存儲(chǔ)于運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF，運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一部分MBF 1傳輸存儲(chǔ)完畢即開(kāi) 始運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)功能同時(shí)繼續(xù)傳輸后續(xù)示教軌跡數(shù)據(jù)DTT并存儲(chǔ)于PLC運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第二部 分MBF2，運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)第一部分MBF1的數(shù)據(jù)供運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)使用完畢進(jìn)入第二部分MBF2數(shù) 據(jù)的運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)讀取使用后才繼續(xù)通知上位機(jī)PC(l)繼續(xù)傳輸后續(xù)示教軌跡數(shù)據(jù)DTT，如此 輪流直到運(yùn)動(dòng)再現(xiàn)結(jié)束，保證運(yùn)動(dòng)記錄緩沖區(qū)MBF每一部分傳輸存儲(chǔ)時(shí)間小于每一部分運(yùn) 動(dòng)再現(xiàn)執(zhí)行時(shí)間，以免發(fā)生數(shù)據(jù)沖突。
全文摘要
一種基于PLC的教學(xué)用二維運(yùn)動(dòng)示教平臺(tái)及其實(shí)現(xiàn)方法，包括上位計(jì)算機(jī)PC(1)、下位計(jì)算機(jī)可編程控制器PLC(2)、由X向伺服驅(qū)動(dòng)器(301)和Y向伺服驅(qū)動(dòng)器(302)構(gòu)成的X、Y向伺服驅(qū)動(dòng)器(3)、由X向電機(jī)(401)、Y向電機(jī)(402)、X向光電碼盤(403)和Y向光電碼盤(404)構(gòu)成的X、Y向伺服電機(jī)(4)、二維機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)(5)和輸入部件(6)。本發(fā)明利用高速計(jì)數(shù)器和高速脈沖輸出實(shí)現(xiàn)了兩軸運(yùn)動(dòng)控制示教與再現(xiàn)功能，系統(tǒng)具有體積小、抗干擾能力強(qiáng)、功能擴(kuò)展方便等特點(diǎn)；通過(guò)硬件擴(kuò)展，目前的兩軸可以拓展為多軸，在焊接機(jī)器人、雕刻機(jī)等需要輪廓控制的運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合均有廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)G09B19/00GK101739865SQ20091023262
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者孫承志, 季鵬, 熊田忠 申請(qǐng)人:三江學(xué)院