[發(fā)明專利]一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210331768.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102862161A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王偉棟
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于現(xiàn)場(chǎng)總線的可編程自動(dòng)化控制器（Programmable?Automation?Controller，簡(jiǎn)稱PAC）工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

一般地，工業(yè)機(jī)器人的手臂主要由多個(gè)機(jī)械臂和相應(yīng)的軸關(guān)節(jié)組成，軸關(guān)節(jié)可以直接與驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)連接、也可以通過(guò)齒輪箱與驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)連接，通過(guò)控制相應(yīng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向的控制。因而，實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的精確控制，就可實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人相應(yīng)機(jī)械臂的自由運(yùn)動(dòng)。工業(yè)機(jī)器人軸關(guān)節(jié)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的控制原理，可參見(jiàn)圖1。

在圖1中，工業(yè)機(jī)器人軸關(guān)節(jié)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，主要包括依次信號(hào)連接的第一比較器11、運(yùn)動(dòng)位置控制模塊21、第二比較器12、速度控制模塊22、第三比較器13、力矩控制模塊23、電源單元3和電機(jī)（M）4，以及分別信號(hào)連接在電機(jī)（M）4與第一比較器11及第二比較器12之間、且用于將電機(jī)（M）4的速度及位置信號(hào)分別反饋至第一比較器11和第二比較器12的速度及位置反饋模塊5；電源單元3與第三比較器13信號(hào)連接，將電源單元3的電流反饋信號(hào)反饋至第三比較器13；第一比較器11，還用于輸入機(jī)器人軸運(yùn)動(dòng)設(shè)定信號(hào)。

圖1中單個(gè)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的控制單元，主要包括力矩控制模塊23、速度控制模塊22和運(yùn)動(dòng)位置控制模塊21。為保證控制的精確性，各控制模塊（即力矩控制模塊23、速度控制模塊22和運(yùn)動(dòng)位置控制模塊21）的控制，均通過(guò)電流反饋，速度及位置反饋模塊4，實(shí)現(xiàn)反饋閉環(huán)控制。

目前，工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，多采用運(yùn)動(dòng)控制部分和伺服驅(qū)動(dòng)部分為一體的方案，即：將工業(yè)機(jī)器人的多個(gè)軸關(guān)節(jié)（如6軸）的伺服驅(qū)動(dòng)部分裝配成一體，運(yùn)動(dòng)控制部分通過(guò)內(nèi)部背板總線與伺服驅(qū)動(dòng)部分的各個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。例如，一個(gè)6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制原理，可參見(jiàn)圖2；一個(gè)6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可參見(jiàn)圖3。

在圖2中，6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括依次信號(hào)連接的機(jī)器人編程開(kāi)發(fā)環(huán)境單元、機(jī)器人控制單元和伺服電機(jī)單元。其中，機(jī)器人編程開(kāi)發(fā)環(huán)境單元，包括并行設(shè)置的機(jī)器人應(yīng)用編程模塊、運(yùn)動(dòng)設(shè)置模塊、機(jī)教功能模塊、計(jì)算機(jī)輔助制造?（computer?Aided?Manufacturing，簡(jiǎn)稱CAM）編程模塊和軌跡CAM圖表生成模塊。機(jī)器人控制單元，包括通過(guò)內(nèi)部背板總線連接的運(yùn)動(dòng)控制部分和伺服驅(qū)動(dòng)部分；運(yùn)動(dòng)控制部分，包括分別與內(nèi)部背板總線連接的外部邏輯通訊接口、機(jī)器人應(yīng)用控制模塊和軸軌跡CAM圖表模塊；伺服驅(qū)動(dòng)部分，包括并行設(shè)置、且分別與內(nèi)部背板總線連接的6個(gè)驅(qū)動(dòng)及控制機(jī)構(gòu)；每個(gè)伺服及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括依次與內(nèi)部背板總線連接的相應(yīng)軸驅(qū)動(dòng)模塊（如第1至6軸驅(qū)動(dòng)模塊中的一個(gè)軸驅(qū)動(dòng)模塊）、運(yùn)動(dòng)位置控制模塊、速度控制模塊和力矩控制模塊。伺服電機(jī)單元，包括分別與相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)及控制機(jī)構(gòu)中力矩控制模塊連接的電機(jī)（M）。

在圖3中，6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括機(jī)器人控制單元，以及分別與機(jī)器人控制單元信號(hào)連接的人機(jī)交互單元（用于提供人機(jī)界面）、自動(dòng)化設(shè)備邏輯控制單元和伺服電機(jī)單元。機(jī)器人控制單元，包括分別與人機(jī)交互單元及自動(dòng)化設(shè)備邏輯控制單元連接的運(yùn)動(dòng)位置控制模塊，以及分別與運(yùn)動(dòng)位置控制模塊及伺服電機(jī)單元連接、且并行設(shè)置的6個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器。自動(dòng)化設(shè)備邏輯控制單元，包括通過(guò)串行通信接口（或網(wǎng)口）與機(jī)器人控制單元中的運(yùn)動(dòng)位置控制模塊連接的可編程邏輯控制器（Programmable?Logic?Controller，簡(jiǎn)稱PLC），與PLC連接的第三輸入輸出模塊53，以及依次通過(guò)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線（Profibus）或DeviceNet總線（是一種低成本的通訊總線）連接的第二輸入輸出模塊52和第一輸入輸出模塊51。伺服電機(jī)單元，包括分別與機(jī)器人控制單元中的相應(yīng)伺服驅(qū)動(dòng)器連接的6個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；每個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括分別與相應(yīng)伺服驅(qū)動(dòng)器連接的伺服電機(jī)7和編碼器6，伺服電機(jī)7和編碼器6連接。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述的各工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，至少存在以下缺陷：

⑴結(jié)構(gòu)不合理：驅(qū)動(dòng)器為一體式設(shè)置（即相應(yīng)伺服驅(qū)動(dòng)器和運(yùn)動(dòng)位置控制模塊為一體式設(shè)置），使得相應(yīng)驅(qū)動(dòng)器不可能放置到距離每個(gè)伺服電機(jī)較近的位置；并且，由于各驅(qū)動(dòng)器均為一體式設(shè)置，當(dāng)其中任何一個(gè)驅(qū)動(dòng)器發(fā)生故障時(shí)，其他驅(qū)動(dòng)器也會(huì)受到影響，而不能正常工作；?