基于CAN总线控制伺服的码垛机器人系统

CAN(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网络，属于总线式串行通信网络，其成本低，安装方便，主要用于各种设备监测及控制。其优点如下：

①CAN总线可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向其他节点发送信息，而不分主从，通讯方式灵活。还可分成不同的优先级，以满足不同的实时要求。

②可以点对点、一点对多点及全局广播等几种方式传送和接收数据。其传输速率可达1 MIbps，传输距离可达40 m。速率5 kbps时，距离可达10 km。

③采用短帧结构，每帧字节数最多为8个，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的要求。传输n寸l盲-I短，受干扰少。

④采用不归零(NRZ)编码／解码方式，并采用位填充技术。

⑤采用循环冗余码校验(CR)c、帧检测、信号出错检测、总线监控、位填充等5种错误监测和纠错措施，从而达到很高的可靠性。

⑥使用简单方便。许多CAN控制器芯片如PCA82C200、SJAl000、8XC592等及一些DSP与单片机的片内(on—chip)CAN模块实现了CAN的物理层及数据链路层的大部分，用户只需要做两件事：即对CAN控制器进行初始化和对CAN总线上的数据进行收发操作。⑦配置灵活，系统可扩充性好。CAN总线是基于发送报文的编码，而不是对CAN控制节点进行编码，故增删CAN的控制节点不会对系统造成太大的影响。

本文介绍笔者为满足武汉某钢铁集团硅钢乍产线工艺要求所设计的一种基于CAN总线控制伺服的码垛机器人系统(图1)。具体参数要求如下：①行程：x轴2 000 mm，Y轴800 mm，Z轴800 mm，A轴_+3600，手抓张合30 mm；②最大负载重量为2 kg，额定负载1kg；每垛共20层，垛高200 mm，工件层与层间90°角交叉排放；④最快运行速度为800 mm／s，平均运行速度为500 mm／s；定位精度0.1 mm。

图1机器人系统图示

1 系统构成

(1)机器人采用德国RobWorker四轴(X、Y、Z直线轴和A旋转轴)直角式坐标机器人，其机械手根据抓取工件的尺寸及抓取空间来设计，要求结果简单、可靠、轻便。

(2)电动机采用法国施耐德公司的Lexium05A系列伺服电动机和德国百格拉步进电动机。

(3)触摸屏采用台湾WinView的触摸屏MT508TV45 WV

(4)减速机根据各轴的运动速度、扭矩及转动惯量，系统设计时在x、y、Z轴上各自加一台减速机。

(5)中央处理器采用施耐德公司TSX Micro系列PLC：TSX 3721。

(6)CAN总线通信适配卡TSXCPPI 10。

(7)施耐德PLC编程软件PL7 V4．4，施耐德伺服调试软件Powersuit，通讯组态软件Sycon。

2 CANopen的工作模式

TSX Micro PLC通过CAN总线控制Lexium05伺服有两种工作模式：PDO模式和SDO模式。

(1)PDO模式固定数据交换模式(PDO)，实时接收和发送过程数据的过程数据载体，它可以通过PLC标准内部字进行输．K／输出％MW，传输的数据一般为速度、位置　　等的控制字。PLC在与Lexium05伺服驱动器交换数据前，首先要组态系统的控制结构，其中Master为主设备节点，这里是TSX Micro的PLC为主节点，其下的伺服驱动器为从设备节点，同时把Lexiurn05伺服的ESD文件加到总线的设备上。

(2)SDO模式直接数据交换模式(SDO)，通过读／写载体字典与总线上设备进行通讯，它不是实时的，可以通过READ—VAR和WRITE—VAR进行输Ⅳ输出，传输的数据一般为运动模式(点到点、速度、寻原点等)，用户可以根据实际需要选择伺服电动机的运动模式。因为模式一般在一段时间内不被修改，用SDO模式时。只有用户要求时才发送和接收数据，此时通信是非周期的。

(3)CANopen总线的组态采用连续周期模式(PDO)，在通讯组态软件Sycon中搭建主站、从站结构，并对每个驱动器配置PDO，每个设备有接收和发送各4组PDO，前3组是对应圊定含义的，第4组是任意定义的，可以修改。每组PDO是8个字节。每个设备结点都需要PDO组态，以完成整个系统结构的搭建，形成后缀为．CO的结构文件并保存。在进行绝对定位时，以与轴点之间的绝对位置来确定定位行程，在第1次进行绝对定位之前，必须通过找零定位模式来定义零点。进行相对定位时，以与当前轴位置或者目标位置之相对位置来确定定位行程。

(4)点到点运行模式在机器人控制系统中，常用到的就是点到点定位，这种模式仅当采用现场总线控制方式时才可以用，且仅可通过现场总线的方式来执行运行模式。在该运行模式中，使用可进行设运动特征的曲线来执行从起始位置到目标位置的运动。目标位置可以设定相对位置和绝对位置，如图2所示。

图2绝对定位与相对定位

在进行绝对定位时，以与轴点之间的绝对位置来确定定位行程，在第1次进行绝对定位之前，必须通过找零定位模式来定