西門(mén)子S7-200CN輸出模塊一級(jí)代理商

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　　1 路徑插補(bǔ)功能簡(jiǎn)介

　　1.1 基本概念

　　插補(bǔ)的概念源于數(shù)控機(jī)床。在數(shù)控機(jī)床中，刀具不能?chē)?yán)格地按照要求加工的曲線(直線)運(yùn)動(dòng)，只能用折線軌跡逼近所要加工的曲線。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)依照一定方法確定刀具運(yùn)動(dòng)軌跡的過(guò)程，叫做插補(bǔ)。也可以說(shuō)，已知曲線上的某些數(shù)據(jù)，按照某種算法計(jì)算已知點(diǎn)之間的中間點(diǎn)的方法，或者稱(chēng)為“數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化”。插補(bǔ)的動(dòng)作過(guò)程:在每個(gè)插補(bǔ)周期（極短時(shí)間，一般為毫秒級(jí)）內(nèi)，根據(jù)指令、進(jìn)給速度計(jì)算出一個(gè)微小直線段的數(shù)據(jù)，刀具沿著微小直線段運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)若干個(gè)插補(bǔ)周期后，刀具從起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)，完成輪廓的加工。

　　路徑運(yùn)動(dòng)初來(lái)自于機(jī)器人和CNC領(lǐng)域，用機(jī)器人編程語(yǔ)言或G-Code編程。它是指在多維空間中，通過(guò)一組軸的協(xié)作動(dòng)作，各軸之間無(wú)主從之分，它們按照設(shè)定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，實(shí)現(xiàn)路徑對(duì)象從起點(diǎn)到終點(diǎn)的的路徑軌跡運(yùn)動(dòng)。

　　路徑插補(bǔ)產(chǎn)生路徑的運(yùn)行軌跡，計(jì)算插補(bǔ)周期內(nèi)的路徑插補(bǔ)點(diǎn)，并通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換獲得對(duì)應(yīng)插補(bǔ)周期內(nèi)插補(bǔ)點(diǎn)的各路徑軸設(shè)定值。

　　隸屬于機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的單獨(dú)軸在S7 technology中被為路徑軸，路徑軸通過(guò)路徑對(duì)象執(zhí)行路徑運(yùn)動(dòng)。參考圖1 路徑軸與路徑對(duì)象。

　　圖1 路徑軸與路徑對(duì)象

　　1.2 S7-Technology 路徑功能特點(diǎn)

　　S7-Technology 路徑插補(bǔ)功能概述:

　　> 從S7-Technology V4.2開(kāi)始

　　> 允許進(jìn)行3軸插補(bǔ)操作

　　> 路徑插補(bǔ)可以通過(guò)直線、圓弧、多項(xiàng)式表示實(shí)現(xiàn)

　　> Move Path命令可以組成連續(xù)運(yùn)動(dòng)

　　> 支持多種機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

　　> 可以與外部位置值同步，實(shí)現(xiàn)傳送帶跟蹤功能

　　S7-Technology 路徑插補(bǔ)的技術(shù)特點(diǎn):

　　> 所有的路徑軸都相互同步移動(dòng)

　　> 所有的路徑軸都同時(shí)到達(dá)目標(biāo)位置

　　> 路徑軌跡的移動(dòng)，將會(huì)始終是以一個(gè)固定的合成速度進(jìn)行 (如果動(dòng)態(tài)

　　特性限制沒(méi)有被超越)

　　> 低速度性能的軸，決定了整個(gè)軌跡的動(dòng)態(tài)特性

　　路徑差補(bǔ)可以執(zhí)行多3軸之間的2D或者3D的線性、圓弧或者多項(xiàng)式插補(bǔ)，路徑差補(bǔ)工藝對(duì)象(TO) ，適用于機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)控制范疇，一個(gè)共同的系統(tǒng)中，可以存在多個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)控制結(jié)構(gòu)。同步于路徑軸的“同步軸”，仍然可以實(shí)現(xiàn)同步控制，例如，旋轉(zhuǎn)，凸輪開(kāi)關(guān)，測(cè)量功能。通過(guò)圖形化編輯器，可以簡(jiǎn)便地設(shè)置機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)控制系統(tǒng)的參數(shù)；通過(guò)動(dòng)態(tài)特性輪廓窗口，可以輕松定義路徑的動(dòng)態(tài)特性；通過(guò)軌跡點(diǎn)表格，可以輕松定義路徑差補(bǔ)，計(jì)劃目的地路徑。另外還可以定義保護(hù)防撞區(qū)域和實(shí)現(xiàn)傳送帶位置的跟蹤。

　　1.3 機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的選擇

　　T-CPU 所實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)，等同于人們過(guò)去所熟悉機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)?？梢詫⑺鼈兎譃槿缦聝煞N不同的類(lèi)型。參考圖2 在 T-CPU 中集成的機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)。

　　圖2 在 T-CPU 中集成的機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)

　　不同的機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)TCP (Tool Center Point，工具中心點(diǎn)或機(jī)械運(yùn)動(dòng)端點(diǎn))相同的路徑運(yùn)動(dòng)功能。盡管在某些情況下，不同的機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)相同的路徑運(yùn)動(dòng)，但是，如果機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)選擇不合理，將有可能無(wú)法完成的路徑功能。所以，必須根據(jù)實(shí)際的工藝需求選擇合適的機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，并在工廠布局中考慮該機(jī)構(gòu)的的合理安裝位置。參考圖3 不同機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化。

　　圖3 不同機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化

　　2 路徑插補(bǔ)的實(shí)現(xiàn)方法

　　2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡(jiǎn)介

　　常用的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型請(qǐng)參考圖 4 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。

　　圖 4 運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

　　下面介紹一些常用的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。直角坐標(biāo)機(jī)器人 (英文名:Cartesian coordinate robot)，大型的直角坐標(biāo)機(jī)器人也稱(chēng)桁架機(jī)器人或龍門(mén)式機(jī)器人，由多個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度建成空間直角關(guān)系的、多用途的操作機(jī)器。工作的行為方式主要是通過(guò)完成沿著X、Y、Z軸上的線性運(yùn)動(dòng)。因末端操作工具的不同，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用作各種自動(dòng)化設(shè)備，完成如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測(cè)、探傷、分類(lèi)、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、（軟仿型）噴涂等一系列工作。參考圖5 直角坐標(biāo)機(jī)器人。

　　圖5 直角坐標(biāo)機(jī)器人西門(mén)子S7-200CN輸出模塊一級(jí)代理商

　　SCARA 機(jī)器人（Selective Compliance Assembly Robot Arm）是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊工業(yè)機(jī)器人。有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位，另一個(gè)關(guān)節(jié)是移動(dòng)關(guān)節(jié)，用于完成機(jī)械末端在垂直平面的運(yùn)動(dòng)。SCARA機(jī)器人在x,y方向上具有良好的順從性、靈活性，而在Z軸方向具有良好的剛度，此特性特別適合于裝配工作。SCARA機(jī)器人廣泛應(yīng)用于塑料工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域。它的主要職能是搬取零件和裝配工作。 參考圖6 SCARA 機(jī)器人。

　　圖6 SCARA 機(jī)器人

　　鉸鏈型機(jī)械臂:有很高的自由度，可以多至5~6軸，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作，可以自由編程，完成全自動(dòng)化的工作, 提高生產(chǎn)效率；可以代替很多不適合人力完成、有害身體健康的復(fù)雜工作，比如，汽車(chē)外殼點(diǎn)焊。參考圖 7 鉸鏈型機(jī)械臂。

　　圖7鉸鏈型機(jī)械臂

　　Delta 3D機(jī)器人:外形酷似一只蜘蛛，這種*的幾何結(jié)構(gòu)賦予了它們質(zhì)量輕，強(qiáng)度大，輕便靈活，節(jié)省空間，高速，敏捷；適用于高速分揀。參考圖8 Delta 3D機(jī)器人。

　　圖8 Delta 3D機(jī)器人

　　2.2 路徑插補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方法

　　首先需要做軸的定義，選擇“Path interploation”。參考圖 9 路徑軸的定義。

　　圖9 路徑軸的定義

　　然后雙擊“Insert path object”插入路徑對(duì)象。路徑對(duì)象是路徑插補(bǔ)及與路徑插補(bǔ)相關(guān)的其他任務(wù)的客體，路徑對(duì)象也包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。參考圖10 插入路徑對(duì)象。

　　圖10 插入路徑對(duì)象

　　路徑對(duì)象生成后，需要執(zhí)行軸的關(guān)聯(lián)。路徑軸與其他路徑軸一起，通過(guò)路徑對(duì)象執(zhí)行路徑運(yùn)動(dòng)。參考圖11 路徑軸的關(guān)聯(lián)。在該圖中，路徑軸Axis_1、Axis_2、 Axis_3同屬于路徑對(duì)象Path_object_1。

　　圖11 路徑軸的關(guān)聯(lián)西門(mén)子S7-200CN輸出模塊一級(jí)代理商

　　路徑軸關(guān)聯(lián)后，需要選擇對(duì)應(yīng)的機(jī)械模型，通過(guò)組態(tài)，T-CPU自動(dòng)完成目標(biāo)坐標(biāo)系與機(jī)器坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。參考圖12 機(jī)械模型的選擇。工藝組態(tài)完成后，會(huì)自動(dòng)生成各個(gè)軸以及路徑對(duì)象的工藝DB，參考圖13 工藝DB。然后就可以調(diào)用相應(yīng)的功能塊進(jìn)行程序的編寫(xiě)工作。

　　圖12機(jī)械模型的選擇

　　圖13 工藝DB

　　2.3 坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換

　　坐標(biāo)系是描述路徑及任何位置信息的必要條件。在路徑插補(bǔ)功能中，涉及三個(gè)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。分別是基礎(chǔ)坐標(biāo)系、機(jī)器坐標(biāo)系和目標(biāo)坐標(biāo)系?；A(chǔ)坐標(biāo)系描述了機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)在空間的安裝視圖，參考圖14的紅色標(biāo)示；機(jī)器坐標(biāo)系描述了路徑軸的位置視圖，參考圖14的黑色標(biāo)示；目標(biāo)坐標(biāo)系描述了路徑運(yùn)動(dòng)的物體或工件的本地視圖，參考圖14的藍(lán)色視圖。目標(biāo)坐標(biāo)系能與運(yùn)動(dòng)的傳送帶軸同步運(yùn)動(dòng)。路徑對(duì)象的運(yùn)動(dòng)命令的位置信息在目標(biāo)坐標(biāo)系中或在基礎(chǔ)坐標(biāo)系中。

　　圖14 三種坐標(biāo)系

　　在T-CPU 的路徑對(duì)象中，可以通過(guò) Offset (偏移量)來(lái)設(shè)定基本坐標(biāo)系的位置，該偏移量的計(jì)算是從運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)象的零點(diǎn)起始，直到基本坐標(biāo)系(BCS)的原點(diǎn)為止。如圖15 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換示例，X軸偏移值Offset X = 250+50 = 300，Y軸偏移值 Offset Y= -550+50 = -500，Z軸偏移值 Offset Z = -1100+50+200 = -850。計(jì)算完成坐標(biāo)系偏移值后，需要在組態(tài)中填入這些偏移值，參考圖16 偏移量設(shè)定。

　　圖15 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換示例

　　圖16 偏移量設(shè)定

　　在坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換中，不僅要考慮到坐標(biāo)系本身的偏移，還要考慮具體的機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)械臂的初始位置。以SCARA系統(tǒng)為例，有兩個(gè)臂長(zhǎng)L1, L2，需要在組態(tài)中填寫(xiě)這兩個(gè)長(zhǎng)度。參考圖17 SCARA 臂長(zhǎng)設(shè)定。在初始位置，機(jī)械臂相對(duì)于零點(diǎn)位置和機(jī)械臂之間可能有角度上的偏移，參考圖18 機(jī)械臂角度偏移，需要在組態(tài)中去設(shè)置這個(gè)偏移角度，參考圖19 機(jī)械臂角度偏移設(shè)置。

　　說(shuō)明

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