第4章工业机器人指令信号与反馈信号电路资料

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1、LOGO 机械职业教育教学指导委员会推荐教材 全国高等职业教育“十二五”规划教材 全国工业机器人技能培养系列精品教材 工业机器人 电气控制与维修 （ISBN 978-7-121-29476-1） 邢美峰 主 编 卢彦林 李伟娟 副主编 第4章 工业机器人指令信号与反馈信号电路 4.1NCUC总线1 4.2伺服驱动器反馈接口2 4.3光电式编码器3 4.4反馈线航空插头引脚的分布与焊接4 4.5示教器与IPC电路连接5 总线总线 （Bus）是计计算机各种功能部件之间间 传传送信息的公共通信干线线，它是由导线组导线组 成的传传 输线输线 束，按照计计算机所传输传输 的信息种类类，计计算 机的总线总

2、线 可以划分为为数据总线总线 、地址总线总线 和控 制总线总线 ，分别别用来传输传输 数据、数据地址和控制信 号。总线总线 是一种内部结结构，它是CPU、内存、 输输入、输输出设备传递设备传递 信息的公用通道，主机的各 个部件通过总线过总线 相连连接，外部设备设备 通过过相应应的 接口电电路再与总线总线 相连连接，从而形成了计计算机硬 件系统统。 4.1 NCUC总线 2008年2月，成立了由华华中数控、大连连光 洋、沈阳高精、广州数控、浙江中控组组成的数控 系统现场总线统现场总线 技术联术联 盟(NC Union of China Field Bus ) ,设设立了NCUC-Bus协议规协议

3、规 范的 标标准工作组组，形成了协议协议 的草案，经标经标 准审查审查 会审查审查 之后，最终终确立了NCUC-Bus现场总线现场总线 协议规协议规 范的总则总则 、物理层层、数据链链路层规层规 范和 服务务、应应用层规层规 范和服务务。 4.1 NCUC总线 基于NCUC-Bus的总线总线 式伺服及主轴驱动轴驱动 ，采用 统统一的编码编码 器接口，支持BISS ,HIPERFACE, ENDAT2.1/2.2、多摩川等串行绝对值编码绝对值编码 器通讯传讯传 输协议输协议 。板卡上带带有光纤纤接口，可以通过过光纤连纤连 接至总总 线线上，实现实现 基于NCUC-Bus协议协议 的数据交互。用P

4、HY + FPGA的硬件结结构，整个协议协议 的处处理都在FPGA中实实 现现，并通过过主从总线访问总线访问 控制方式实现实现 各站点的有序通 信。NCUC-Bus 采用动态动态 “飞读飞飞读飞 写”的方式实现实现 数据 的上传传和下载载，实现实现 了通信的实时实时 性要求;通过过延时侧时侧 量和计计算时间时间 戳的方法，实现实现 了通信的同步性要求;同时时 ，采用重发发和双环环路的数据冗余机制及CRC校验验的差错错 检测检测 机制，保障了通信的可靠性要求。 4.1 NCUC总线 图图4-1 NCUC总线连总线连 接端 子 NCUC总线总线 的特点： 1与以太网兼容 2支持环环形和线线性网络络

5、 3通信速率最高可达100Mbit/s 4挂接设备设备 最多可达255个 5支持五类类双绞线传输绞线传输 和光纤传输纤传输 方式 4.1 NCUC总线 v 为为了保证证NCUC-Bus网络传输络传输 的口可靠性 ，对对采用电电信号互联联的NCUC-Bus连连接端子做 要求如下： v1 .UC-Bus连连接端子由端子插头头及端子插座两 部分组组成，NCUC-Bus连连接端子插座及插头头之 间间金属触点通过过物理插接接触方式互联联； v2. NCUC-Bus 连连接端子在插座应应有标识标识 ； v3. NCUC-Bus连连接端子插座及插头头需采用符合 IP54防护护等级级要求的接插件； 4.1 N

6、CUC总线 v4 NCUC-Bus物理连连接端子插头头及插座之间间 必须须具备额备额 外的连连接固定装置，固定装置必须须在完 全解锁锁后才允许许端子插头头与端子座之问问金属触点分 离： v5NCUC-Bus连连接端子插头头与插座触点之间间必 须须采用接触面连连接方式； v6NCUC-Bus连连接端子至少需要同时时提供 RX+、RX 、TX+、TX 、GND 5路信号连连接 ： v7.NCUC-Bus连连接端中RX+、RX必须须定义义 在相邻邻的引脚上； v8NCUC-Bus连连接端中TX+、TX必须须定义义在 相邻邻的引脚上。 4.1 NCUC总线 图图4-2 IPC控制器上的总线总线 接口

7、PORT0 PORT3：NCUC 总线总线 接口 LAN接口用于连连接示教器单单元 v4.1.1 NCUC总线总线 接口的引脚定义义； v在华华数机器人控制系统统中，各个智能器件间间的通 信工作就采用的是NCUC总线总线 方式，在每个运算 单单元上都有相应应的总线总线 接口。 v1IPC控制器上的总线总线 接口 4.1 NCUC总线 图图4-3 PLC通信模块块上的NCUC总线总线 接 口 X2A与X2B为为PLC通信模块块上的总线总线 接 口。 v2PLC通信模块块上的NCUC总线总线 接口 4.1 NCUC总线 图图4-4 伺服驱动驱动 器上的NCUC总线总线 接口 XS2/XS3为为伺服

8、驱动驱动 器上NCUC的总线总线 接口，XS2进进口 为总线进为总线进 口，XS3接口为总线为总线 出口。 v3伺服驱动驱动 器上的NCUC总线总线 接口 4.1 NCUC总线 图图4-5 NCUC总线连总线连 接示意图图 v 4.1.2 NCUC总线总线 的连连接方法； v NCUC总线总线 采用环环状拓扑结结构、串行的连连接方式， 以IPC单单元作为总线为总线 上的主站，PLC和伺服驱动驱动 器作为为 总线总线 上的从站。连连接的过过程就是从主站的PORT0口开始 依次向下连连接各个从站，从站的NCUC接口分为进为进 口和 出口，按照串联联的方式一次连连接，最后一个器件的出口 连连接到主站

9、的PORT3口上，这样这样 就完成了NCUC总线总线 的连连接了。 4.1 NCUC总线 图图4-6 伺服驱动驱动 器反馈馈接口引脚分配图图 伺服驱动驱动 器上的XS1 作为电为电 机编码编码 器反馈馈信 号输输入接口，这这一信号既作为电为电 机的速度与方向的 反馈馈信号，又作为电为电 机轴轴的位置反馈馈信号。该驱该驱 动动器接口支持多种传输协议传输协议 ，包括ENDAT2.1 协协 议议的绝对绝对 式编码编码 器、BISS 协议绝对协议绝对 式编码编码 器、 TAMAGAWA 绝对绝对 式编码编码 器等。 4.2 伺服驱动驱动 器反馈馈接口 v XS1 伺服电电机编码编码 器输输入接口插头焊

10、头焊 片(面对对插头头的焊焊片 看) v XS1 伺服电电机编码编码 器输输入接口引脚定义义如下： 4.2 伺服驱动驱动 器反馈馈接口 4.2 伺服驱动驱动 器反馈馈接口 4.2 伺服驱动驱动 器反馈馈接口 4.2 伺服驱动驱动 器反馈馈接口 4.2 伺服驱动驱动 器反馈馈接口 4.2 伺服驱动驱动 器反馈馈接口 v4.3.1 结结构与作用 v工业业机器人位置检测检测 元件的要求及分类类如下: v位置检测检测 元件是闭环闭环 （半闭环闭环 、闭环闭环 、混合闭闭 环环）进给进给 伺服系统统中重要的组组成部分，它检测检测 伺服电动电动 机转转子的角位移和速度，将信号反馈馈到 伺服驱动驱动 装置或

11、IPC单单元，与预预先给给定的理想值值 相比较较，得到的差值值用于实现实现 位置闭环闭环 控制和速 度闭环闭环 控制。检测检测 元件通常利用光或磁的原理完 成位置或速度的检测检测 。 4.3 光电电式编码编码 器 v 检测检测 元件的精度一般用分辨率表示，它是检检 测测元件所能正确检测检测 的最小数量单单位，它由检测检测 元件本身的品质质以及测测量电电路决定。在工业业机器 人位置检测检测 接口电电路中常对对反馈馈信号进进行倍频频 处处理，以进进一步提高测测量精度。 v 位置检测检测 元件一般也可以用于速度测测量，位 置检测检测 和速度检测检测 可以采用各自独立的检测检测 元件 ，例如速度检测检

12、测 采用测测速发电动发电动 机，位置检测检测 采用光电编码电编码 器，也可以共用一个检测检测 元件，例 如都用光电编码电编码 器。 4.3 光电电式编码编码 器 v 1对检测对检测 元件的要求 v (1)寿命长长，可靠性要高，抗干扰扰能力强。 v (2)满满足精度、速度和测测量范围围的要求。分辨 率通常要求在0.O01 mm0. 01 mm v之间间或更小，快速移动动速度达到每分钟钟数十米， 旋转转速度达到2 500 rmin以上。 4.3 光电电式编码编码 器 v (3)使用维护维护 方便，适合机床的工作环环境。 v (4)易于实现实现 高速的动态测动态测 量和处处理，易于 实现实现 自动动

13、化。 v (5)成本低。 v 不同类类型的工业业机器人对检测对检测 元件的精度与 速度的要求不同。一般来说说，要求测测量元件的分辨 率比运动动精度高一个数量级级。 4.3 光电电式编码编码 器 v 2检测检测 元件的分类类 v(1)直接测测量和间间接测测量。 v测测量传传感器按形状可分为为直线线型和回转转型。若测测 量传传感器所测测量的指标标就是所要求的指标标，即直 线线型传传感器测测量直线线位移，回转转型传传感器测测量 角位移，则该测则该测 量方式为为直接测测量。如光栅栅、 编码编码 器等。若回转传转传 感器测测量的角位移只是中间间 量，由它再推算出与之对应对应 的工作台直线线位移那 么该测

14、该测 量方式为间为间 接测测量，其测测量精度取决于 测测量装置和机床传动链传动链 两者的精度。如编码编码 器、 旋转变压转变压 器。 4.3 光电电式编码编码 器 v (2)增量式测测量和绝对绝对 式测测量。 v按测测量装置编码编码 方式可分为为增量式测测量和绝对绝对 式测测量。增量式测测量的特点是只测测量位移增量， 即工作台每移动动一个基本长长度单单位，测测量装置便 发发出一个测测量信号，此信号通常是脉冲形式。如 光栅栅和增量式光电编码电编码 器。 v绝对绝对 式测测量的特点是被测测的任一点的位置相对对于 一个固定的零点来说说都有一对应对应 的测测量值值，常 以数据形式表示。如接触式编码编码

15、 器和绝对绝对 式光电电 编码编码 器 4.3 光电电式编码编码 器 v(3)接触式测测量和非接触式测测量。 v 接触式测测量的测测量传传感器与被测对测对 象间间存 在着机械联联系，因此机床本身的变变形、振动动等因 素会对测对测 量产产生一定的影响。典型的接触式测测量 装置有光栅栅、接触式编码编码 器。 v 非接触式测测量传传感器与测测量对对象是分离的， 不发发生机械联联系。典型的非接触式测测量装置有双 频频激光干涉仪仪、光电电式编码编码 器。 4.3 光电电式编码编码 器 v(4)数字式测测量和模拟拟式测测量。 v 数字式测测量以量化后的数字形式表示被测测 的量。数字式测测量的特点是测测量装

16、置简单简单 ，信号 抗干扰扰能力强，且便于显显示处处理，典型的数字式 测测量装置有光电编码电编码 器、接触式编码编码 器、光栅栅 等。 v 模拟拟式测测量是被测测的量用连续连续 的变变量表 示。如用电压电压 、相位的变变化来表示。典型的模拟拟 式测测量装置有旋转变压转变压 器等。 4.3 光电电式编码编码 器 v3增量式光电编码电编码 器 v 光电编码电编码 器利用光电电原理把机械角位移变变 换换成电电脉冲信号，它是最常用的位置检测检测 元件。 光电编码电编码 器按输输出信号与对应对应 位置的关系，通常 分为为增量式光电编码电编码 器、绝对绝对 式光电编码电编码 器和 混合式光电编码电编码 器。 v 见图见图 4-7，增量式光电编码电编码 器由连连接轴轴1、 支承轴轴承2、光栅栅3、光电码盘电码盘 4、光源5、聚光 镜镜6、光栏栏板7、光敏元件8和信号处处理电电路组组 成。 4.3 光电电式编码编码 器 图图4-7 光电电式编码编码 器 4.3 光电电式编码编码 器 v 当光电