之前，我們分享了MCC800P的應(yīng)用案例《解決方案|AOI自動光學(xué)檢測設(shè)備應(yīng)用》，其中就涉及到scara機械手執(zhí)行結(jié)構(gòu)。
為什么要選用這類系統(tǒng)方案？如何實現(xiàn)精準(zhǔn)控制？
這次，我們從運動學(xué)算法角度，解析MCC800P控制卡與關(guān)節(jié)型機械手的應(yīng)用優(yōu)勢、控制原理和操作方法。希望對你有所幫助！
1.
【簡易機械手的應(yīng)用前景】
[Application prospect of simplemanipulator]
人口紅利消失、人力成本提高，促使工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)部對自動化需求越來越大?！鞍踩a(chǎn)”激勵約束政策、“智能制造”扶持政策，從外部強力推動工業(yè)生產(chǎn)模式變革。
一些操作簡單、重復(fù)度高、危險系數(shù)大的工作場合，用“機器”替換“人力”已經(jīng)成為必然趨勢。
比如典型的上下料工作，現(xiàn)已逐步被機械手等自動化部件代替。
多關(guān)節(jié)機械手是一種仿“人手”執(zhí)行機構(gòu)，它的應(yīng)用有效促進了生產(chǎn)力發(fā)展。近年來，視覺伺服機械手系統(tǒng)、協(xié)作型機械手系統(tǒng)等高級系統(tǒng)發(fā)展迅猛，是很多企業(yè)的理想生產(chǎn)工具。
然而，作為機械手系統(tǒng)核心部件的專用控制器，價格始終居高不下，在一些成本敏感的行業(yè)，不少企業(yè)陷入“想用又不敢用”的窘境，亟需一些經(jīng)濟型方案降低投產(chǎn)成本。
這也是設(shè)計本套系統(tǒng)的初衷！
2.
【控制原理概述】
Overview of Control Principle
基于MCC800P開放性的特性，在一些對路徑軌跡，精度要求不高的簡單應(yīng)用場合，可以由上位機進行軌跡規(guī)劃，然后通過調(diào)用點位或插補指令，使控制卡輸出控制指令，進而使執(zhí)行部件運行到目標(biāo)位置。
3.
【運動學(xué)算法】
[Kinematic algorithm]
3.1 什么是運動學(xué)算法？
運動學(xué)算法是實際電機位置與指尖位置的關(guān)系式。
運動學(xué)算法分為正運動學(xué)算法和逆運動學(xué)算法兩類，其中正運動學(xué)算法（正解）以電機位置作為輸入計算出指尖位置，逆運動學(xué)算法（逆解）以指尖位置作為輸入計算出各電機位置。如圖3-1所示
圖 3-1
用戶可以根據(jù)期望的指尖運動目標(biāo)位置和當(dāng)前位置，通過逆運動學(xué)算法計算出實際電機的運動軌跡。
3.2 運動學(xué)算法設(shè)置
1. 線性定義方式：#n->kx：
#n表示第n號電機，x表示指尖位置，kx表示電機位置，電機位置與指尖位置僅是線性關(guān)系,它們雖然也包含正逆運動算法，但算法僅僅是：
逆運動學(xué)等式：#1（電機位置）=1000X（指尖坐標(biāo)），
正運動學(xué)等式：X（指尖橫坐標(biāo)）=（1/1000）#n（電機位置）
如果電機位置與指尖位置之間的關(guān)系，并非簡單的線性關(guān)系,就不能使用這樣的定義方式。
2. 非線性定義方式：#n->I：
非線性的軸定義需在上位機加入正逆解子程序，來指定電機位置與指尖位置的關(guān)系。使用正逆運動學(xué)算法之后，計算出各電機的實際輸出，然后按照和點位運動相同的運動規(guī)劃方式來規(guī)劃運動軌跡。
在執(zhí)行運動程序之前，應(yīng)先執(zhí)行正運動學(xué)程序，根據(jù)當(dāng)前電機位置確定指尖的初始位置，然后對指尖目標(biāo)位置運行逆運動學(xué)程序計算出各電機的目標(biāo)位置。
3.3 運動學(xué)公式推導(dǎo)
此處以一個2軸scara機械手（圖3-2）為例進行正逆解公式推導(dǎo)。
圖3-2
指尖以 X/Y 為橫/縱坐標(biāo) A 和 B 為關(guān)節(jié)角度,即實際電機位置，L1=20cm，L2=15cm。
正解算法：用A，B表示X，Y
逆解算法：用X，Y表示A，B
3.4 操作方法及步驟
采用MCC800P控制scara機械手，如上圖3-2，可依次采用以下步驟：
l假定A=0, B=0位置為原點位置，開機后，兩個軸各自回到原點。
l已知當(dāng)前各電機的實際位置，此時可以用正解算法計算出指尖的位置（L1+L2,0）。
l若下一指尖位置為（m，n），則可以根據(jù)逆運動學(xué)算法計算出角A,B的實際大小，然后速度規(guī)劃后調(diào)用MCC800P點位運動函數(shù)運行到目標(biāo)位置。
重復(fù)執(zhí)行以上步驟即可達到scara的定位目的。
4.方法的不足
本方法適用于對指尖軌跡無明確要求的應(yīng)用場合，若對指尖軌跡有嚴(yán)格要求，可使用帶有速度前瞻功能的MCC800S運動控制卡。
附
【MCC800P控制卡簡介】
[About MCC800P]
MCC800P由研控科技獨立研發(fā)，是一款基于PCI總線的運動控制卡，用于控制步進電機和伺服系統(tǒng)。
通過ARM和FPGA進行運動規(guī)劃，可同時控制1-8軸伺服或步進電機，檢測8路數(shù)字編碼器輸入信號。支持直線、圓弧插補，支持梯形、S形加減速的點位運動控制，以及運動中變速、變位置功能。
位置指令可用單路脈沖（脈沖+方向）或雙路脈沖（CW+CCW）方式輸出；最高脈沖頻率可達4Mhz，脈沖可以是差分式或單端方式輸出。
MCC800P配套端子板支持多路通用I/O，支持高速位置鎖存、高速位置比較輸出，外部總線I/O擴展，能滿足用戶的各種控制要求。
產(chǎn)品配套Windows XP及以上版本的動態(tài)鏈接庫，開放性強，方便用戶編寫自己的應(yīng)用軟件。同時提供Motion調(diào)試軟件，用于演示此卡功能、測試運動控制卡、電機及驅(qū)動、運動平臺的工作狀況等。
