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ZMC406硬件介紹
ZMC406是正運動推出的一款多軸高性能 EtherCAT總線運動控制器，具有EtherCAT、EtherNET、RS232、CAN和U盤等通訊接口，ZMC系列運動控制器可應(yīng)用于各種需要脫機或聯(lián)機運行的場合。
ZMC406支持6軸運動控制，最多可擴展至32軸，支持直線插補、任意圓弧插補、空間圓弧、螺旋插補、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨等功能。
ZMC406支持PLC、Basic、HMI組態(tài)三種編程方式。PC上位機API編程支持C#、C++、LabVIEW、Matlab、Qt、Linux、VB.Net、Python等接口。
ZMC406支持6軸運動控制，可采用脈沖軸（帶編碼器反饋）或EtherCAT總線軸，通用IO包含24路輸入口和12路輸出口，模擬量AD/DA各兩路，EtherCAT最快125us的刷新周期。
(1)不使用插槽，穩(wěn)定性更好；
(2)可以選用MINI電腦或ARM工控電腦，降低整體成本；
(3)控制器直接做接線板使用，節(jié)省空間；
(4) 控制器上可以并行運行程序，與PC只需要簡單交互，降低PC軟件的復(fù)雜性等優(yōu)勢。
ZMC控制器通過RTSys開發(fā)環(huán)境來調(diào)試，RTSys是一個方便的編程、編譯和調(diào)試環(huán)境。RTSys可以通過串口、以太網(wǎng)、PCI和LOCAL與控制器建立連接。應(yīng)用程序可以使用VC，VB，VS，C++Builder，C#等軟件來開發(fā)。調(diào)試時可以把RTSys軟件同時連接到控制器，程序運行時需要動態(tài)庫zmotion.dll。
Delta機械手支持3-4軸，關(guān)節(jié)軸1+關(guān)節(jié)軸2+關(guān)節(jié)軸3+[末端旋轉(zhuǎn)軸4]。后綴帶R的控制器支持Delta機械手功能，例如ZMC406R。
ZMC406R可以采用脫機的方式將編輯好的程序下載到控制器上，可利用觸摸屏示教的方式編輯想要運動的軌跡。也可以用PC API函數(shù)調(diào)用方式或者實時發(fā)送指令操作，在PC上位機C#，C++，Labview，Python等語言來開發(fā)Delta機械手的應(yīng)用。
??? 機械手相關(guān)概念
1、關(guān)節(jié)軸與虛擬軸
（1）關(guān)節(jié)軸： 是指實際機械結(jié)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，在程序中一般顯示旋轉(zhuǎn)角度(某些結(jié)構(gòu)也是平移軸)。由于電機與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)會存在減速比，所以設(shè)置脈沖當(dāng)量UNITS（電機走1mm或者1°需要的脈沖數(shù)）時要按照實際關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)一圈來設(shè)置，同時TABLE中填寫結(jié)構(gòu)參數(shù)時也要按照旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)中心計算，而不是按照電機軸中心計算。
（2）虛擬軸： 不是實際存在的，抽象為世界坐標系的6個自由度，依次為X、Y、Z、RX、RY、RZ�？梢岳斫鉃橹苯亲鴺讼档娜齻�直線軸和三個旋轉(zhuǎn)軸，用來確定機械手末端工作點的加工軌跡與坐標。
2、正解運動與逆解運動
（1）正解運動： 通 過操作關(guān)節(jié)坐標，再根據(jù)機械結(jié)構(gòu)參數(shù)可以計算出末端位置在直角坐標系的空間位置，這個過程稱為正解運動。此時操作的是實際關(guān)節(jié)軸，虛擬軸自動計算坐標。此時只能操作關(guān)節(jié)軸運動，正解模式一般用于手動 調(diào)整關(guān)節(jié)位置或上電點位回零。
（2）逆解運動： 給定一個直角坐標系中的空間位置，反推出各關(guān)節(jié)軸坐標，這個過程稱為逆解運動。此時操作的是虛擬軸，實際關(guān)節(jié)軸自動解算坐標并運動。 控制器使用CONNFRAME指令建立逆解模式，此指令作用在關(guān)節(jié)軸上，此時只能操作虛擬軸，對虛擬軸發(fā)送運動指令，可以在笛卡爾坐標系中做直線，圓弧，空間圓弧等運動，關(guān)節(jié)軸在CONNFRAME的作用下會自動運動到逆解后的位置。
??? 機械手使用操作步驟
1、確認電機轉(zhuǎn)向是否正確。
3個關(guān)節(jié)軸向下旋轉(zhuǎn)時為正向。末端旋轉(zhuǎn)軸逆時針旋轉(zhuǎn)為正向(俯視)。 連接上機械手仿真工具，通過Rtsys軟件菜單欄的【工具】-【手動運動】， 以較小的速度分別操作3個關(guān)節(jié)軸移動，觀察各個關(guān)節(jié)軸下桿移動過程中是否趨向末端工作點，若是則說明電機轉(zhuǎn)向是正確的。
2、TABLE寄存器(控制器上電后自動生成)依次存入機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)。
建立機械手連接時，需要將機械結(jié)構(gòu)參數(shù)按照如下次序依次填寫到TABLE數(shù)組中。Delta機械手FRAME12模型機械結(jié)構(gòu)參數(shù)說明如下。
‘從TableNum編號開始依次機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)上間距半徑、下間距半徑、上桿長度、下桿長度、第一個關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)、第二個關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)、第三個關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)、末端與下面中心點的X偏移、末端與下面中心點的Y偏移、末端與下面中心點的Z偏移、第四個關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)一圈的脈沖數(shù)到Table中。
TABLE(TableNum,Top_R,Under_R,Top_L,Under_L,OneCirPules_J1,OneCirPules_J2,OneCirPules_J3,Offset_X,Offset_Y,Offset_Z,OneCirPules_J4)
3、設(shè)置關(guān)節(jié)軸參數(shù)及虛擬軸參數(shù)。
各軸的軸類型和脈沖當(dāng)量(units)要設(shè)置正確，設(shè)置為電機走1°需要的脈沖數(shù)。虛擬軸的units跟實際發(fā)送脈沖數(shù)無關(guān)，用于設(shè)置運動精度，虛擬軸的1mm的脈沖數(shù)一般建議設(shè)置為1000，表示精度為小數(shù)點后3位。
'關(guān)節(jié)軸設(shè)置
BASE(Axis_JList(0),Axis_JList(1),Axis_JList(2),Axis_JList(3))
'脈沖軸類型設(shè)置為1。若是總線軸類型，可設(shè)置為65
ATYPE = 1,1,1,1
UNITS = UnitsJList(0),UnitsJList(1),UnitsJList(2),UnitsJList(3)
'設(shè)置關(guān)節(jié)軸速度、加速度(一般設(shè)置為速度的10倍)、減速度(一般設(shè)置為速度的10倍)
SPEED = SpeedJList(0),SpeedJList(1),SpeedJList(2),SpeedJList(3)
ACCEL = ADSpeedJList(0),ADSpeedJList(1),ADSpeedJList(2),ADSpeedJList(3)
DECEL = ADSpeedJList(0),ADSpeedJList(1),ADSpeedJList(2),ADSpeedJList(3)
'S曲線
SRAMP = SrampJ(0),SrampJ(1),SrampJ(2),SrampJ(3)
'虛擬軸設(shè)置
BASE(Axis_VList(0),Axis_VList(1),Axis_VList(2))
'虛擬軸軸類型設(shè)置為0
ATYPE = 0,0,0
'虛擬軸脈沖當(dāng)量設(shè)置為1000--表示精度為小數(shù)點后3位
UNITS = 1000,1000,1000
'設(shè)置虛擬軸速度、加速度(一般設(shè)置為速度的10倍)、減速度(一般設(shè)置為速度的10倍)
SPEED = SpeedVList(0),SpeedVList(1),SpeedVList(2)
ACCEL = AccelV(0),AccelV(1),AccelV(2)
DECEL = DecelV(0),DecelV(1),DecelV(2)
'S曲線
SRAMP = SrampV(0),SrampV(1),SrampV(2)
4、移動各關(guān)節(jié)軸到規(guī)定的零點位置。
機械手算法建立時，需要有個零點位置作為參考。當(dāng)Delta機械手 各關(guān)節(jié)軸的連桿 L1都處于水平位置時，認為是關(guān)節(jié)零點位置。實際現(xiàn)場機械手機臺 一般有定位銷，沒有定位銷的話可以通過水平儀把連桿L1調(diào)整至水平。
5、根據(jù)需求建立正解或逆解控制機械手。
??? 機械手指令說明
不同的機械手模型參數(shù)是有差異的，可通過“正運動機械手指令手冊說明”（文章末尾掃碼查看），查閱對應(yīng)的機械手模型參數(shù)進行確認選擇。
本文以Delta的FRAME12模型(有末端旋轉(zhuǎn)軸,使用關(guān)節(jié)軸操作旋轉(zhuǎn)軸)為例介紹，機械手正解與逆解的指令說明如下。
1、CONNREFRAME -- 建立正解連接
指令描述： 將虛擬軸的坐標與關(guān)節(jié)軸的坐標關(guān)聯(lián)，關(guān)節(jié)軸運動后，虛擬軸自動走到相應(yīng)的位置。
指令語法:
CONNREFRAME(frame,tablenum,Axis_J1,Axis_J2,Axis_J3,Axis_J4)
參數(shù)說明:
frame ：坐標系類型。參考【正運動機械手指令手冊說明】， frame是 12，代表這款機械手模型是4軸Delta且 關(guān)節(jié)軸操作末端旋轉(zhuǎn)軸。
Tablenum：存儲機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)的TABLE起始位置，依次存儲對應(yīng)模型的機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)。
Axis_J1： 第1個關(guān)節(jié)軸軸號
Axis_J2： 第2個關(guān)節(jié)軸軸號
Axis_J3： 第3個關(guān)節(jié)軸軸號
Axis_J4： 第4個關(guān)節(jié)軸軸號
2、CONNFRAME -- 建立逆解連接
指令描述： 將當(dāng)前關(guān)節(jié)坐標系的目標位置與虛擬坐標系的位置關(guān)聯(lián)；關(guān)節(jié)坐標系的運動最大速度受SPEED參數(shù)的限制；當(dāng)關(guān)節(jié)軸告警等出錯時，此運動會被CANCEL。
指令語法：
CONNFRAME(frame,tablenum,Axis_Vx,Axis_Vy,Axis_Vz,Axis_J4)
參數(shù)說明：
frame ：坐標系類型。參考【正運動機械手指令手冊說明】， frame是 12，代表這款機械手模型是4軸Delta且 關(guān)節(jié)軸操作末端旋轉(zhuǎn)軸。
Tablenum：存儲機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)的TABLE起始位置，依次存儲對應(yīng)模型的機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)。
Axis_Vx： 第1個虛擬軸軸號
Axis_Vy： 第2個虛擬軸軸號
Axis_Vz： 第3個虛擬軸軸號
Axis_J4： 第4個關(guān)節(jié)軸軸號
??? Delta機械手模式建立
1、正解建立
以Delta機械手的Frame12模型為例。 先將機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)從某個Table起始編號依次存儲到Table數(shù)組中，然后選擇對應(yīng)模型的軸列表，使用CONNREFRAME指令建立正解模式。
指令說明可通過Rtsys軟件菜單欄的【常用】-【幫助文檔】-【RTBasic幫助】-【索引】，在查找欄搜索CONNREFRAME即可查看。
'將機械手參數(shù)從編號TableNum開始依次存儲到Table數(shù)組中
TABLE(TableNum,Top_R,Under_R,Top_L,Under_L,OneCirPules_J1,OneCirPules_J2,OneCirPules_J3,Offset_X,Offset_Y,Offset_Z,OneCirPules_J4)
'選擇軸列表
BASE(Axis_Vx,Axis_Vy,Axis_Vz,Axis_J4)
'建立機械手正解
CONNREFRAME(FrameType,TableNum,Axis_J1,Axis_J2,Axis_J3,Axis_J4)
若機械手正解 建立成功，虛擬軸MTYPE(當(dāng)前運動類型)將顯示為34，此時只能操作關(guān)節(jié)軸在關(guān)節(jié)坐標系中調(diào)整機械手姿態(tài)， 手動運動可通過RTSys軟件菜單欄的【工具】-【手動運動】，待【手動運動】界面彈出之后選擇關(guān)節(jié)軸軸編號（本文關(guān)節(jié)軸以軸0，軸1，軸2，末端旋轉(zhuǎn)軸軸3為例），然后根據(jù)實際需求選擇點動或者寸動。 虛擬軸會自動計算末端工作點位于直角坐標系中的位置。
2、逆解建立
以Delta機械手的Frame12模型為例。 先將機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)從某個Table起始編號依次存儲到Table數(shù)組中，然后選擇對應(yīng)模型的軸列表，使用CONNFRAME指令建立正解模式。指令說明可通過Rtsys軟件工具欄的【常用】-【幫助文檔】-【RTBasic幫助】-【索引】，在查找欄搜索CONNFRAME查看。
'將機械手參數(shù)從編號TableNum開始依次存儲到Table數(shù)組中
TABLE(TableNum,Top_R,Under_R,Top_L,Under_L,OneCirPules_J1,OneCirPules_J2,OneCirPules_J3,Offset_X,Offset_Y,Offset_Z,OneCirPules_J4)
'選擇軸列表
BASE(Axis_J1,Axis_J2,Axis_J3,Axis_J4)
'建立機械手逆解
CONNFRAME(FrameType,TableNum,Axis_Vx,Axis_Vy,Axis_Vz,Axis_J4)
若機械手逆解建立成功，關(guān)節(jié)軸MTYPE(當(dāng)前運動類型)將顯示為33，【手動運動】界面操作虛擬軸方法同上。此時加工工藝指令只能操作虛擬軸，事先編輯好運動的軌跡在直角坐標系中運動（本文虛擬軸以軸10，軸11，軸12為例），關(guān)節(jié)軸會自動計算在關(guān)節(jié)坐標系中如何聯(lián)合運動。
??? 程序編輯
RTSys軟件支持Basic，HMI與PLC混合編程，本例程采用Basic結(jié)合HMI界面混合編程進行演示。可通過RTSys軟件菜單欄的【HMI】-【工具箱】，選擇控件進行拖拉擺放，設(shè)計交互界面。
在本次例程中均先在bas文件中定義全局的SUB子函數(shù)，編輯子函數(shù)的功能（工程源碼見文章末尾）需求然后使用控件綁定，控件的動作均選擇調(diào)用函數(shù)。操作流程如下圖。
??? 應(yīng)用例程
1、需求描述
Delta機械手逆解建立時以零點位置為參考，確定一個安全高度�；緞幼鳛闄C械手上升到安全高度去固定的取料點上方，然后下降打開Op口通過真空吸的方式去取料，延時抬升到安全高度然后運動到固定的2*2碼盤位置，下降到碼盤位置關(guān)閉Op進行放料，然后抬升依次循環(huán)直到將碼盤放滿后停止。
2、加工代碼
'啟動標志位置1
StartFlag = 1
LOCAL SafeHigh,i
'安全高度
SafeHigh = DPOS(Axis_VList(2))-25
'行,列
LOCAL Row,Col
'固定的取料點位置
LOCAL SrcBorrow_X,SrcBorrow_Y,SrcBorrow_Z
SrcBorrow_X = 5
SrcBorrow_Y = 5
SrcBorrow_Z = SafeHigh-20
'選擇虛擬軸
BASE(Axis_VList(0),Axis_VList(1),Axis_VList(2))
'設(shè)置加工的速度、加速度、減速度
SPEED = SpeedVList(0)
ACCEL = AccelV(0)
DECEL = DecelV(0)
'打開連續(xù)插補
MERGE = ON
'每次啟動臨時總數(shù)清零
TmpSum = 0
'運動到零點位置參考的安全高度
MOVEABS(0,0,SafeHigh)
FOR Col=1 TO 2
FOR Row=1 TO 2
'運動到取料點上方
MOVEABS(SrcBorrow_X,SrcBorrow_Y,SafeHigh)
'下降到取料點
MOVEABS(SrcBorrow_X,SrcBorrow_Y,SrcBorrow_Z)
'打開Op口吸附取料
MOVE_OP(8,ON)
'延時
MOVE_DELAY(300)
'上升到安全高度
MOVEABS(SrcBorrow_X,SrcBorrow_Y,SafeHigh)
'運動到碼盤放料點上方位置
MOVEABS(-5*Row,5*Col,SafeHigh)
'下降到碼盤放料點位置
MOVEABS(-5*Row,5*Col,SrcBorrow_Z)
'關(guān)閉Op口進行放料
MOVE_OP(8,OFF)
'延時
MOVE_DELAY(300)
'上升到安全高度
MOVEABS(-5*Row,5*Col,SafeHigh)
'臨時總數(shù)自增
TmpSum = TmpSum+1
NEXT
NEXT
'等待所有軸停止
WAIT UNTIL IDLE(Axis_VList(0)) AND IDLE(Axis_VList(1)) AND IDLE(Axis_VList(2))
DELAY(10)
RAPIDSTOP(2)
DELAY(10)
'啟動標志位置0
StartFlag = 0
??? 調(diào)試分析
1、將程序下載到控制器運行，先后點擊RTSys軟件菜單欄的【工具】-【插件】-【XPLC SCREEN】。
2、 待交互界面彈出后，在主界面機械手模式選擇”機械手正解” 。
3、 建立正解連接之后，打開正運動機械手仿真軟件ZRobotView，點擊“連接”彈出”連接控制器”窗口，然后選擇連接控制器的方式（仿真工具支持串口和網(wǎng)口連接）。這里以網(wǎng)口連接為例，在IP欄選擇控制器的IP然后進行連接。
4、連接成功后，仿真工具上方會顯示當(dāng)前機械手類別，程序中存入Table中的機械手結(jié)構(gòu)參數(shù)仿真工具也可以查看，且構(gòu)建出相應(yīng)參數(shù)的機械手模型。
5、切換到 RTSys編程軟件，先后點擊菜單欄的【常用】-【示波器】。待示波器窗口彈出后選擇XYZ模式，從三維空間觀察動作演示效果。數(shù)據(jù)源選擇DPOS（規(guī)劃位置），數(shù)據(jù)源編號選擇虛擬軸軸號。示波器參數(shù)確認后，先后點擊【停止】-【啟動】-【手動觸發(fā)】。
6、 切換到交互界面，在主界面機械手模式選擇”機械手逆解”，建立 逆解模式。然后點擊“啟動”，進行需求工藝的加工流程。
7、切換到RTSys軟件的示波器界面觀察加工效果，Delta機械手每次來回取放料過程，始終保持在安全高度下進行升降，這樣確保在實際加工的平穩(wěn)性。
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本次，正運動技術(shù)EtherCAT運動控制器Delta機械手應(yīng)用 ，就分享到這里。
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正運動技術(shù)專注于運動控制技術(shù)研究和通用運動控制軟硬件產(chǎn)品的研發(fā)，是國家級高新技術(shù)企業(yè)。正運動技術(shù)匯集了來自華為、中興等公司的優(yōu)秀人才，在堅持自主創(chuàng)新的同時，積極聯(lián)合各大高校協(xié)同運動控制基礎(chǔ)技術(shù)的研究，是國內(nèi)工控領(lǐng)域發(fā)展最快的企業(yè)之一，也是國內(nèi)少有、完整掌握運動控制核心技術(shù)和實時工控軟件平臺技術(shù)的企業(yè)。主要業(yè)務(wù)有：運動控制卡_運動控制器_EtherCAT運動控制卡_EtherCAT控制器_運動控制系統(tǒng)_視覺控制器__運動控制PLC_運動控制_機器人控制器_視覺定位_XPCIe/XPCI系列運動控制卡等等。
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