孙鹏，孙健康，黄浩芹
天津中德应用技术大学智能制造学院，天津，300350
摘要：作为机器人的核心控制器件，机器人控制器是影响机器人性能的关键部分之一，它从一定程度上影响着机器人的发展。目前，由于人工智能、计算机科学、传感器技术及其它相关学科的长足进步，使得机器人的研究水平不断提升，同时也为机器人控制器的性能提出更高的要求。对于不同类型的机器人，控制系统的综合方法有较大差别，控制器的设计方案也不一样。本文以六轴工业机器人为研究对象，设计针对其运动模式的实验，为探究工业机器人的运动模式领域打下基础。
关键词：控制器；运动模式；工业机器人；电子凸轮
1.电子凸轮简介
电子凸轮（英文简称ECAM）是利用构造的凸轮曲线来模拟机械凸轮，以达到机械凸轮系统相同的凸轮轴与主轴之间相对运动的软件系统。电子凸轮属于多轴同步运动，这种运动是基于主轴和一个或者多个从轴系统。主轴可以是物理轴，也可以是虚拟轴。电子凸轮曲线可以根据起始位置和终点位置是否一致被分为闭式曲线和开式曲线，如图1所示，绝大多数的凸轮运行轨迹都是闭式曲线。
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2.电子凸轮应用
电子凸轮可以应用在诸如汽车制造、冶金、机械加工、纺织、印刷、食品包装、水利水电等各个领域。也可用在如弹簧机，木工机械，自动涂装等生产线上。用电子凸轮来代替笨重的机械凸轮的基本方法是：将马达轴上的机械凸轮转换成编码器做位置反馈，再将电子凸轮的运动信号送到控制器或从轴的伺服。即可实现原来的机械凸轮的全部功能。
3. ZDevelop软件基本认识
ZDevelop 是 ZMoiton 系列运动控制器的 PC 端程序开发调试软件，通过它用户能够很容易的对控制器进行配置，快速开发应用程序以及对运动控制器正在运行的程序进行实时调试。ZDevelop支持三种编程方式，分被为 Basic、PLC 梯形图、HMI 组态，使用 ZDevelop 软件编写的程序可以下载到正运动控制器里，也可以在 PC 平台仿真运行。ZBasic、ZPLC 和 ZHMI 之间可以多任务运行，ZBasic 可以多任务号运行，ZPLC 与 ZHMI均只能一个任务号运行。此次使用ZBsic编程方式进行控制研究。
4.电子凸轮编程指令
4.1CAM(凸轮表)
用法：CAM(start point, end point, table multiplier, distance)
参数：start point起始点TABLE编号，存储第一个点的位置；
end point结束点TABLE编号；
table multiplier位置乘以这个比例，一般设为脉冲当量值；
distance参考运动的距离。
描述：CAM指令根据存储在TABLE中的数据来决定轴的运动，这些Table数据值对应运动轨迹的位置，是相对于运动起始点的绝对位置。两个或多个CAM指令可以同时使用同一段Table数据区进行操作。运动的总时间由设置速度和第四个参数决定，运动的实际速度根据table轨迹与时间自动匹配。
Tbale数据需要手动设置，第一个数据为引导点，一般情况下设为0。
4.2TABLE（保存凸轮表数据）
用法：TABLE(index) = value，VAR1 = TABLE(index)，TABLE(index [, value1..])
描述：系统缺省建立的全局数组，所有程序都可以访问。数据录波缓冲区，凸轮数据表，螺距补偿表，机械手参数，等等都是用table来存储。
应用案例：
TABLE(0) = 10 'table(0)赋值10
Table(10,100,200,300) 'table(10)赋值100，table(11)赋值200，table(12)赋值300
5.实验的主要设备
电脑1台（安装好ZDevelopV2.6软件），控制器1个，24V直流电源1个，网线1根，如图2所示，连接线若干。
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6.实验源程序的仿真结果分析
6.1实验电子凸轮源程序
RAPIDSTOP(2) '清空所有轴的所有运动缓冲
WAIT IDLE(0) '等待轴0运动停止
WAIT IDLE(1) '等待轴1运动停止
BASE(0) '选择轴0
UNITS=100 '脉冲当量，轴0每mm100脉冲
DPOS=0 '轴0坐标位置偏移0
ACCEL=1000 '设置轴0的加速度为1000 units /s^2
DECEL=1000 '设置轴0的减速度为1000 units /s^2
SPEED=100 '轴0速度为100 units /s
TABLE(10,0,-60,60,-60,60,-60,60,0) 'table 从 10 开始存数据
TRIGGER '自动触发示波器
CAM(10,17,100,400) '运动轨迹为 table10 到 17，运动总时间为400/100=4s
6.2关键代码解释
UNITS：脉冲当量，指定每单位发送的脉冲数，支持5位小数精度。
TABLE：CAM指令根据存储在 TABLE 中的数据来决定轴的运动，这些Table数据值对应运动轨迹的位置，是相对于运动起始点的绝对位置。TBALE数据需要手动设置，第一个数据为引导点，一般情况设置为0。
CAM：CAM(起始点 TABLE 编号, 结束点 TABLE 编号, 脉冲当量值, 参考运动的距离)。
6.3仿真结果分析
根据TABLE设定的数据，(10,0,-60,60,-60,60,-60,60,0)，想要实现波动运动，必须相邻的数据相差得多才可以。如图3波形图横轴代表轨迹的横向位移，纵轴代表轨迹的纵向位移。为了波形明显，此次实验的table数据选用的是一正一负，只要保证程序正确无误，示波器显示的波形就是上下的波动运动。
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7小结
首先本文介绍了zdevelop软件的基本概念和编程形式，然后展现了搭建实验环境的过程，之后根据软件和控制器说明了实验用到的设备，最后是实验设计的源程序设计和结果分析部分。通过观测规划的轨迹曲线，测试完成了目标要求，说明控制器可以实现工业机器人凸轮运动模式的研究。
参考文献
[1]ZMC406控制器硬件手册
[2]Zdevelop使用手册V3.00.01
[3]Zbasic编程手册V3.2.4