本课题结合实际需求,研发了一套灯光机器人系统,对其机械结构进行了分析。设计了控制系统的硬件电路和各部分软件程序,最后通过样机测试,表明该灯光机器人控制系统功能正常,符合预期。具体为以下几个方面:(1)结合灯光机器人的结构特点,分析了其工作空间,采用DH建模法建立灯光机器人的正运动学模型。根据所建立的运动学模型得到灯光机器人末端位姿矩阵并进行逆解运算。为编写PMAC运动程序奠定了基础。(2)参考国内外该领域的研究现状,确定了以计算机+PMAC运动控制卡为核心的控制系统架构方案。该种方案性能良好,是工业机器人开发领域的广泛采用的方案之一[1]。通过对比分析PMAC各类产品的特点,选用TURBO PMAC2中的Clipper产品作为该系统的运动控制器,根据灯光机器人系统的负载情况,选择了松下A5系列的伺服驱动器和伺服电机作为驱动部分。结合功能需求,设计了电气控制柜和控制电路的电气方案。(3)根据控制系统的硬件架构,将软件划分为上位机界面软件部分、PMAC运动程序部分和PMAC的PLC程序部分。上位机软件负责用户命令的输入、参数设置及回零、限位等信号的监视。PMAC运动程序包括单轴增量运动程序、多轴联动程序、空间直线插补程序、空间圆弧插补程序、快速运动至某点程序和正逆运动学缓冲区程序等。PLC程序包括初始化程序、运动程序状态监视程序、运动学逆解状态监视程序、限位状态监视程序、伺服报警监视程序等部分。三部分程序相互配合,共同完成控制任务。(4)按照设计好的方案实现灯光机器人样机,对驱动轴的零点和终点进行了标定,以模块化方式进行调试,防止出现安全事故并且便于故障的定位和排除。根据各轴工作特点设置合适驱动器的参数并带电机进行JOG试运行。然后将上位机和PMAC卡的IP设置在同一局域网内实现Ethernet通信,通信成功后即可使用PEWIN32PRO进行其他功能的测试。最后逐个测试上位机界面软件的限位回零监视、空间运动、示教等功能模块。