[發(fā)明專利]基于現(xiàn)場總線的分布式機器人控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310479647.2
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103522290A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陶力;許士芳
• 申請（專利權(quán)）人: 上海胖熊信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 上海精晟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 何新平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器人控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種基于現(xiàn)場總線的分布式機器人控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

機器人系統(tǒng)是由機器人和周邊設(shè)備與工具組成的自動化作業(yè)系統(tǒng)，機器人特別是工業(yè)機器人一般是多軸機械臂，其軸主要由齒輪箱和伺服電機組成,機器人控制系統(tǒng)主要由主控制器和伺服驅(qū)動控制器組成。機器人系統(tǒng)是一種復(fù)雜的機電一體式系統(tǒng)，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器，可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行。

目前國內(nèi)外領(lǐng)先的機器人控制系統(tǒng)，特別是工業(yè)機器人控制系統(tǒng)正朝向控制精度進一步提高，安全性更好、輸入輸出更方便等方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)封閉、復(fù)雜的機器人控制系統(tǒng)已成為阻礙。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種基于現(xiàn)場總線的分布式機器人控制系統(tǒng)，利用模塊化的結(jié)構(gòu)并借助現(xiàn)場總線組成分布式的機器人控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有機器人控制系統(tǒng)存在的結(jié)構(gòu)相對封閉、復(fù)雜等缺陷。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

基于現(xiàn)場總線的分布式機器人控制系統(tǒng)，包括主控制器、伺服驅(qū)動控制器、輸入輸出模塊、安全模塊、示教器，主控制和伺服驅(qū)動控制器之間通過現(xiàn)場總線1連接，伺服驅(qū)動控制器和輸入輸出模塊之間通過現(xiàn)場總線2連接，輸入輸出模塊和安全模塊之間通過現(xiàn)場總線3連接，示教器和主控制之間通過現(xiàn)場總線4連接。

進一步，所述主控制器的主要功能是根據(jù)用戶輸入的動作指令生成機器人各個軸對應(yīng)電機運動所需的位置、速度和力矩參考值，根據(jù)機器人各個軸對應(yīng)電機的實際位置和速度動態(tài)生成機器人末端在特定坐標系下的位置和速度信息，根據(jù)用戶輸入的指令生成數(shù)字或模擬信號量的輸出參考值。

進一步，所述伺服驅(qū)動控制器的主要功能是根據(jù)主控制器計算的位置、速度和力矩參考值控制其所連接的機器人各個軸對應(yīng)電機以特定的力矩和速度到達指定位置，同時將伺服驅(qū)動控制器和電機的狀態(tài)以及其對應(yīng)電機的實際位置、速度和力矩反饋給主控制器。

進一步，所述輸入輸出模塊的主要功能是根據(jù)主控制器計算的數(shù)字或模擬信號量的輸出參考值控制對應(yīng)的數(shù)字或模擬信號量達到期望的設(shè)定值，同時將各個通道的實際信號輸入值反饋給主控制器。

進一步，所述安全模塊的主要功能是提供安全的輸入通道來檢測機器人系統(tǒng)安全相關(guān)的信號量：急停輸入、電機剎車狀態(tài)、伺服驅(qū)動控制器的使能狀態(tài)、機器人各個軸對應(yīng)電機的實際位置和速度信息，提供安全的輸出通道來控制電機的剎車、伺服驅(qū)動控制使能以及伺服驅(qū)動控制母線電壓的通斷，提供可定制的安全邏輯，該安全邏輯根據(jù)輸入的安全信號量來控制安全輸出信號從而使整個機器人控制系統(tǒng)滿足機器安全的相關(guān)標準。

進一步，所述示教器是一種人機交換接口，其提供接口供用戶進行動作、數(shù)字或模擬輸入、輸出以及兩者的混合編程，提供接口供用戶在手動安全模式下慢速移動機器人，通過接口供用戶通過示教方式獲取機器人當前位置信息并生成期望的路徑，提供接口供用戶獲取并監(jiān)測機器人控制系統(tǒng)及其各個子模塊的詳細狀態(tài)和報警信息。

進一步，所述現(xiàn)場總線1、現(xiàn)場總線2、現(xiàn)場總線3、現(xiàn)場總線4均采用相同機制，其連接介質(zhì)為以太網(wǎng)線，參照ISO標準通信模型，其物理層、鏈入層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層采用CAN協(xié)議或EtherCAT等現(xiàn)場總線協(xié)議定義的標準，會話層及其之上采用CAN?OPEN協(xié)議定義的標準。

進一步，該控制系統(tǒng)的主控制器包括路徑規(guī)劃模塊、通信模塊1、通信模塊2、指令隊列、參考值緩存區(qū)一和反饋值緩存區(qū)一，路徑規(guī)劃模塊以特定周期從指令隊列中提取指令，從參考值緩存區(qū)一提取當前機器人各個軸對應(yīng)電機的實際位置、速度和力矩信息，根據(jù)動作指令實時生成機器人各個軸對應(yīng)電機的位置、速度和力矩參考值并存入?yún)⒖贾稻彺鎱^(qū)一，根據(jù)輸入輸出指令實時生成各個數(shù)字或模擬信號量對應(yīng)的輸出值并存入?yún)⒖贾稻彺鎱^(qū)一，實時生成用戶所關(guān)注的機器人末端在特定坐標系下的位置速度信息并存入反饋值緩存區(qū)一中，通信模塊1以特定周期從參考值緩存區(qū)一中提取參考值發(fā)送給伺服驅(qū)動控制器和輸入輸出模塊同時收取伺服驅(qū)動控制器和輸入輸出模塊的反饋值并存入反饋值緩存區(qū)一,通信模塊2以特定周期接收示教器發(fā)送過來的指令并從反饋值緩存區(qū)一中提取反饋值發(fā)送給示教器。