、ｌ訇白延星，鄒鯤
（東華大學機械學院，上海２０１６２０）
摘要：多機械手換紗系統集繞線、中轉、傳送、續紗機械人為一體，為紡織工業車間柔性化和自動化
提供了可能。系統採用集中管理、分布控制的模式，設計了基於ｃａｎ匯流排的多機械手分布式
控制系統，建立了由主控層、通訊層、協調層和執行層四層組成的分層體系結構。針對多機械手換紗任務的複雜性這一特點，設計開發了同步控制器，對任務進行分配和協調，提高了
系統的智慧型程度，同步控制器在通訊上還實現了ｃａｎ網橋的功能。
關鍵詞：多機械手；分布式控制；ｃａｎ匯流排；網橋中國分類號：ｔｐ２４２．２文獻標識碼：ａ文章編號下）－００５７－０３
下）．１５
０引言中國地毯業起步於２ｏ世紀８０年代中期，近年來中國房地產業、旅遊業和酒店業發展迅速，地
毯銷量以每年２０％的速度持續增長…。阿克明斯特
網橋的功能。ｃａｎ匯流排作為在工業領域廣泛使用的一種匯流排，具有較強的可靠性和靈活性、結構
簡單、成本低等特點，非常適合用於分布式控制系統。
地毯圖案多樣、花色豐富，比簇絨地毯更受客戶歡迎，因此廣泛用於會議場館、高階酒店等地，市場需求量持續增長。但是傳統阿克明斯特地毯
１多機械手控制系統
１．１多機械手換紗系統總體設計
多機械手換紗系統包括四部分：紗架、續紗機械手、中轉機械手和繞紗機械手。圖１為系統空間布局圖，前方為阿克明斯特地毯織機，續紗機械手從傳送帶上接收裝滿紗團的中轉箱，再把中轉箱中的紗團運送到紗架規定位置進行接紗操作。
中轉機械手是繞紗機械手與續紗機械手的橋
織機織造效率偏低，這其中主要原因是織機換紗依靠人工，經統計，一幅４公尺寬１０公尺長的多花色地毯圖案換紗需要兩天時間，故而如何縮短換紗時
間成為了提高地毯織造效率的關鍵 。
針對阿克明斯特地毯生產工藝以及市場需求，文中設計了一種新型換
紗系統，該系統採用多機械手換紗。多機械手換紗系統
的特點是功能多、自由度多和訊號量大，因此以往的集中控制和混合控制很難滿足要求，取而代之的是分布式控制方式 。本文基於智慧型體的分層控制思想構建了多
機械手分布式控制系統，它將整個控制系統分為主控層、通訊層、協調層和執行
層四個模組口】，其中設計的同步控制器在通訊上實現了
圖１系統空間布局圖
收稿日期
作者簡介：白延星（１９８８一），男，黑龍江人，碩士研究生，研究方向為工業機械人。
第３６卷第３期２０１４—０３（下）【５７】
、ｌ訇似
**進行定位，提供相應的錯誤處理功能。
３）協調層模組：協調層由各機械手同步控制器構成，同步控制器主要負責接收上位機傳送的任務資訊，規劃並管理任務。基於以上特點，提出用智慧型體來實現協調層和執行層的功能，各個智慧型體之
間是獨立的，每個智慧型體由乙個同步控制器、若干個ｇａｌｉｌ運動控制
圖２系統控制圖
卡、電機驅動器和感測器組成。一
方面，智慧型體通過ｐｃ機傳送的任
梁，它負責到不同的繞紗機械手前將紗團從繞紗
務資訊，對執行層進行控制；另一方面，智慧型體機械手上取下並將其放入中轉箱內，隨後通過傳接收執行層傳送的反饋資訊，對下一任務進行規送帶將中轉箱傳送給續紗機械手；繞紗機械手作劃。智慧型體之間可相互傳遞資訊，使整個系統更用為將大捲紗團上的紗線退卷，重新捲繞形成小加智慧型化。
卷紗團。
同步控制器
１．２分布式控制系統
多機械手控制系統採用集中管理、分散控制的模式，設計了基於ｃａｎ匯流排的多機械手分布式ｃａｎ介面卡ｉ…ｉｃａｎ介面卡
控制系統。按照控制系統的結構和功能，該系統通訊ｌ生號瓣ｉｌ反饋．笪三
通訊ｌ訊號］ｉ反饋
劃分為主控層、通訊層、協調層、執行層四層。…蕊
ｉ訊號系統控制圖如圖２所示，ｎ表示若干個控制器。
控制ｌｉｉ／ｏ
控制ｌｉ／ｏ
１）主控層模組：主控層包括ｐｃ監控計算機和囂器＃１信～號４ｉｌｌ處理ｉ訊號ｃａｎ智慧型介面卡組成，ｐｃ機由ｌａｂｖｉｅｗ實現人機…』…
需ｉ器＃訊號ｌ～ｉｌ４ｌ處理訊號
互動、任務規劃和指令生成等功能。ｃａｎ介面卡和電機＃１～４ｉ感測器ｉ…，機＃１～４ｌ感測器
協調層中的控制器都是以ａｒｍ微控制器ｌｐｃ１１ｃ１４
圖３智慧型體結構圖
為核心的硬體系統。ｃａｎ智慧型介面卡實現串列埠和ｃａｎ之間的雙向資料轉換，串列埠包括ｒｓ２３２和４）執行層模組：執行層由ｇａｌｉｌ運動控制ｒｓ４８５，可通過按鍵自動切換到對應的功能。
卡、電機驅動器、電機和感測器構成，主要負
２）通訊層模組：通訊層分為兩部分，一部責機械手動作執行。本系統採用的控制器是由
分負責主控層和協調層之間ｃａｎ主幹網的資訊
ｇａｌｉｌ公司生產的ｄｍｃ—ｂ１４０運動控制卡，乙個傳輸，另一部分負責協調層和執行層之間ｃａｎ的ｇａｌｉｌ運動控制卡可控制４個電機、８路光電隔離資訊傳輸，兩部分之間通過ｃａｎ匯流排進行通訊。數字輸入、４路數字輸出，８路模擬輸入用於感測ｃａｎ匯流排和一般通訊匯流排相比，其通訊具有較強器介面 。
的可靠性和靈活性。ｃａｎ匯流排上任意乙個節點均
２硬體設計
可在任意時刻主動向網路上的其他節點發訊息，２．１ｃａｎ智慧型介面卡設計
而不分主從，並且其結構簡單，只需２根線就可構ｃａｎ智慧型介面卡主要完成串列埠到ｃａｎ的雙向成匯流排，匯流排上其節點數可達１１０個，並可通過網訊號傳遞，ｃａｎ介面卡可根據輸入訊號判斷目標
橋來增加其節點數，增強通訊訊號，縮短佈線距任務、制定決策，具備智慧型節點的特點，ｃａｎ接
離，採用ｃａｎ匯流排給各機械手之間資料通訊和控口卡結構圖如圖４所示。介面卡微控制器為ａｒｍ制資訊的傳遞帶來了極大方便 。匯流排報文上每幀晶元控制器採用周立功公司開發
資訊都有ｃｒｃ校驗，資料出錯率低，並能對錯誤
的隔離收發器內有一完整的
【５８】 第３６卷
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ｌｌｉ８似
ｃａｎ隔離收發器電路，並具有將ｃａｎ控制器邏輯電平轉換為ｃａｎ匯流排的差動電平的功能。
圈圖４ ｃａｎ智慧型介面卡硬體框圖
２．２同步控制器硬體設計
機械手中各個智慧型體由同步控制器協調控制 】，
系統中同步控制器主要有：繞紗控制器、中轉控制器、傳送控制器和續紗控制器。每個控制器在硬體上都是完全相同的，只是內部灌注的程式有所不同，這樣提高了互換性。
同步控制器主要對ｇａｌｉｌ卡進行控制，實現給定的運動並向上位機
反饋執**況。同步控制器主要由兩片ａｒｍ微控制器控制器和ｆｌａｓｈ儲存器構成，ｌｐｃ１１ｃ１４之間用串列埠ｒｓ２３２通訊。控制器硬體框
圖如圖５所示。同步控制器在ｃａｎ通訊上實現之間的資訊傳遞，實現了網橋的功能 】。
圖５同步控制器硬體框圖
３網路協議設計
ｃａｎ主幹網採用的是主從模式，其中ｐｃ機作為主站點，可以向其他任何節點傳送資訊，其它節點不可主動向其傳送資訊，需ｐｃ機對其傳送邀請。
基於ｃａｎ分布式控制系統特點，本文採用網
段優先順序法將１１位ｉｄ識別符號的前四位定義為優先順序，分配至控制器ｉｄ，其餘７位分配至智慧型體中節
點，如表１所示，同步控制器可達２ 一１＝１５個，每個同步控制器上的節點可達２７＿１＝６３個。
表１１１位ｌｄ標示符分配表
１０：７（４位）優先順序ｉ６：０（７位
控制器ｉｄ
ｌ智慧型體內節點ｉｄ
智慧型體內子網則採用的是多主通訊模式，任何乙個節點都可以作為主機占用匯流排，向匯流排傳送廣播資訊。同步控制器連線ｃａｎ主幹網和智慧型體的子網成為智慧型網橋 ，網橋原理如圖６所示。
圖６ ｃａｎ匯流排網橋原理
網橋可以通過設定ｉｄ驗收過濾機制 ｕｊ，自動過
濾所需要的ｃａｎ資訊幀，從而降低了網路的負荷、減少了佈線成本，不同網路可設定不同波特率，以達到ｃａｎ主幹網和智慧型體ｃａｎ網的通訊隔離，保證通訊的順暢，使得整個網路效能得到改善。
４結論通過將多機械手技術引入阿克明斯特地毯織造系統中形成的自動化改造，使得傳的織造系統發生
了本質變化，新系統具有模組化、智慧型化、自動化和資訊化的特點，隨著機械手技術的發展、現場匯流排裝置的普及以及人工成本的提高，分布式控制技術必將廣泛應用於地毯織造行業中。
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