__工艺雕刻同步仿形控制系统设计的控制系统.pdfVIP

一：工艺雕刻同步仿形控制系统的总体设计

1.1，对同步仿形控制系统的分析

课题设计任务：根据工艺雕刻大师雕刻动作和工艺雕刻流程，要求能同步把

工艺雕刻师的动作和工艺雕刻流程同步到多台同步仿形工艺雕刻机上，在工艺雕

刻师完成一件作品同时，在同步工作台上同时完成或同步完成多个一模一样工艺

产品的自动化同步雕刻产品。根据工艺雕刻大师雕刻动作和工艺雕刻工艺流程和

过程，根据机械系统运动原理，分析和设计能满足同步雕刻机电控制系统。

课题要求根据工艺雕刻大师雕刻动作和雕刻工艺流程，能把工艺雕刻师的

动作和工艺雕刻流程同步到多台同步仿形工艺雕刻机上，并把所检测信号转换和

处理系统，传递给同步仿形雕刻工作台接收信号处理系统，转换成同步仿形机构、

刀库和换刀机械手同步信号。

根据课题要求，控制系统要对机械臂多自由度的实时控制，同步仿形的控制，

以及对刀库与自动换刀的控制。

具体的说，根据机械臂模块的要求，机械臂是采用5自由度的关节式机器人

的结构。因此，多自由度的控制即对机械臂5自由度运动的控制。同步控制是要

求把雕刻大师的动作，力度，速度等同步到机械臂上去，其实就是刀具位置路径

的同步。仿形控制是把雕刻大师雕刻作品时的走刀形状仿形到机械生产的毛坯上

去，也是刀具位置路径的控制。刀库和换刀自动控制是当雕刻大师更换刀具时，

要求系统能采集实时信号控制刀库旋转到换刀位置同时机械臂也到达换刀位置

进行自动换刀。

1.2，控制方法的选择

1.2.1，两种控制器件的比较

在雕刻机电控制系统中，工程上主要应用PLC、单片机等作为主控器件来搭

建动力系统的控制电路和其它辅助电路。下面对几种控制器的性能特点和应用范

围作一下比较。

PLC控制：可编程控制器是在继电器接触器控制技术和计算机技术的基础上

发展起来的。目前随着PLC在处理速度、控制功能、通讯能力及控制领域诸方

面的不断拓展，它已成为自动化系统的基本装置。PLC的基本功能包括：条件控

制、步进控制、定时，计数控制、数据处理、A／D与D／A转换、运动控制、

过程控制、通讯联网、远程I／O和状态脏控等。PLC是面向用户的专用工业控

制计算机，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的。它的特点是可靠

性高、抗干扰能力强，软件简单易学，扩展方便、组合灵活，使用维护方便，体

积小、质量轻、功耗低。

PLC已广泛应用于冶金、采矿、建材、石油、化工、电力、机械制造、轻工、

纺织等行业中。其应用大致可分为以下几种类型。

(1)用于开关逻辑控制：这是PLC最基本的应用场合，用PLC可取代传统的继电

器控制，也可取代顺序控制。总之，PLC可用于单机、多机群以及生产线的自动

控制。

(2)用于机械加工的数字控制：PLC和计算机数控装置组合成一体，可实现数字

控制，组成数控机床。

(3)用于机器人或机械手控制。

(4)用于闭环过程控制。

(5)PLC可与集散控制系统进行通讯连接组成多级控制系统，实现工厂自动化网

络。

单片机控制:单片机以其卓越的性能，得到了广泛的应用，已深入到各个领

域。它的特点如下：

(1)小巧灵活、成本低、易于产品化。它能方便组装成各种智能式测、控设备及

各种智能仪器仪表。

(2)处理能力较强。MCS--51单片机指令系统中有加、减、乘、除及各种逻辑运

算和转移指令，还具有位操作功能，这在检测、控制中特别有用。

(3)易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片机的逻辑控制

功能很强，指令系统有各种控制功能用指令。

(4)可以很方便地实现多机和分布式控制。

单片机的应用范围很广，从家用电器、智能仪器仪表、通讯、计算机外部设备、

多机分布系统、工业控制直到火箭导航尖端技术领域，单片机都发挥着十分重要

的作用。

1.2.2控制系统控制器的确定

结合课题要求和前面对两种控制器件的比较，从经济和控制要求方面考虑，

拟选用单片机作为主控芯片。单片机的体积小、价格低、可扩展余地较大。由于

本例中的演示型机器人对运行的要求并不高，使用单片机扩展一些常用的芯片，

可使机械臂完成相应动作和系统的自动换刀。并且与单片机配用的芯片一般都比

较便宜，体积也较小，能够满足安装空间的要求。

1.3，控制系统方案的确定

1.3.1控制方案的确定

机械手的控制方式有很多，就位置控制而言，有点位控制，连续轨迹控制。

本控制系统的机械手臂控制要求同步仿形雕刻大师的动作，要完成各种复杂的动

作任务，对手爪的