[實用新型]四自由度重載關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320321579.2
• 申請日: 2013-06-05
• 公開（公告）號: CN203266646U
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖永飛;李文廣;王磊;吳昊;馬士國
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院自動化研究所
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18
• 代理公司: 濟南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王吉勇

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種工業(yè)機器人技術(shù)，尤其是一種四自由度重載關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，四自由度重載關(guān)節(jié)機器人是工業(yè)生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，它是一種模仿人體上肢的部分功能，按照預(yù)定要求進行物品的抓取和擺放，來完成重復(fù)性工作，以減輕操作人員的體力消耗，對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化，推動工業(yè)生產(chǎn)的進一步發(fā)展起著重要作用。

一般地，四自由度重載關(guān)節(jié)機器人主要由兩個機械臂和多個軸關(guān)節(jié)組成，軸關(guān)節(jié)可以直接與驅(qū)動伺服電機連接，或者經(jīng)過減速器與驅(qū)動伺服電機連接，通過控制相應(yīng)的伺服電機，可實現(xiàn)相應(yīng)的機械臂的運動軌跡。

目前，國外工業(yè)機器人的控制系統(tǒng)，多采用伺服驅(qū)動部分和運動控制部分為一體的方案，并且集成了一些I/O信號。該種控制系統(tǒng)的專用性強，并且對于機器人的生產(chǎn)廠家的研發(fā)水平要求也高，同時其成本高，構(gòu)造復(fù)雜。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種四自由度重載關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)合理、安裝和維護方便、可靠性高、成本低以及擴展性好。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案：

一種四自由度重載關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，包括：

多軸運動控制器，集合了運動控制、I/O信號處理和通訊接口，I/O信號處理和通訊接口位于轉(zhuǎn)接板上，多軸運動控制器用于接收人機界面設(shè)置的參數(shù)，并對各伺服驅(qū)動器發(fā)送控制指令，對機器人的各軸關(guān)節(jié)做運動控制，同時，多軸運動控制器能夠?qū)崟r采集機器人各限位開關(guān)以及各種信號傳感器的信息，對機器人的運行狀態(tài)監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)故障時做相應(yīng)的處理；

PC，通過網(wǎng)線與多軸運動控制器進行程序的上傳與下載，并能對多軸運動控制器在線程序調(diào)試和運行演示；

人機交互界面，用于與多軸運動控制器通訊，是人與多軸運動控制器交互的窗口，通過人機界面對整個機器人系統(tǒng)的運動參數(shù)設(shè)置，并做點位示教，最終達(dá)到預(yù)想的動作結(jié)果；

控制單元，用于接收多軸運動控制器的控制信息，并將控制信號傳遞給伺服驅(qū)動器及電機單元；

伺服驅(qū)動器及伺服電機單元，是整個控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，包括伺服驅(qū)動器和伺服電機單元，伺服電機單元包括伺服電機，伺服電機經(jīng)減速器與機器關(guān)節(jié)人相連；伺服驅(qū)動器根據(jù)多軸運動控制器下達(dá)的指令對伺服電機控制，并且實時采集伺服電機的編碼器反饋的數(shù)據(jù)，對伺服電機的運行實現(xiàn)閉環(huán)控制。

所述多軸運動控制器還能夠與手持器通信。

該系統(tǒng)可以對機器人的各機械臂的軸關(guān)節(jié)進行控制，通過相應(yīng)的算法進行運動的軌跡規(guī)劃，并對機器人相應(yīng)的狀態(tài)量進行采集及處理，使機器人處于高速無故障的運轉(zhuǎn)之中。

該系統(tǒng)硬件主要由人機界面、多軸運動控制器、控制單元、伺服驅(qū)動器及電機單元。其中，人機界面用于與多軸運動控制器通訊，是人與運動控制器交互的窗口，可通過人機界面對整個機器人系統(tǒng)的運動參數(shù)等進行設(shè)置，并進行點位示教，最終達(dá)到預(yù)想的動作結(jié)果；多軸運動控制器是整個控制系統(tǒng)的核心，其內(nèi)部運行整個控制系統(tǒng)的軟件程序，它接收人機界面設(shè)置的參數(shù)，根據(jù)已有的程序?qū)Ω魉欧?qū)動器發(fā)送控制指令，對機器人的各軸關(guān)節(jié)進行運動控制，同時，多軸運動控制器還具有I/O處理功能，能夠?qū)崟r采集機器人各限位開關(guān)以及各種信號傳感器的信息，對機器人的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)故障時進行相應(yīng)的處理；

伺服驅(qū)動器及伺服電機單元是整個控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，其根據(jù)多軸運動控制器下達(dá)的指令來對電機進行控制，并且實時采集電機的編碼器反饋的數(shù)據(jù)，對電機的運行實現(xiàn)閉環(huán)控制。

本實用新型具有實用性強，運行高效平穩(wěn)，控制效果明顯等優(yōu)點。上述均為整個控制系統(tǒng)的硬件組成。

多軸運動控制器是以Intel標(biāo)準(zhǔn)X86架構(gòu)的CPU和芯片組為系統(tǒng)處理器，采用高性能DSP和FPGA作為運動控制協(xié)處理器，將控制程序轉(zhuǎn)換為執(zhí)行指令下發(fā)于各個伺服驅(qū)動器及執(zhí)行機構(gòu)，根據(jù)不同的運動需求，可以采用不同的運動控制算法，運動位置控制模塊，用于實現(xiàn)運動位置控制。

本實用新型的有益效果是，該四自由度重載關(guān)節(jié)機器人的控制系統(tǒng)可利用市面上已有的產(chǎn)品進行組合和搭建，即可實現(xiàn)復(fù)雜的機器人運動控制，由于搭建該系統(tǒng)可選擇性和可更換性，既降低了機器人的故障率，也降低了生產(chǎn)廠家的研發(fā)投資。

本實用新型能實現(xiàn)100～250Kg重型貨物的快速搬運以及按指定垛型碼放，具有結(jié)構(gòu)合理、安裝操作方便、維護簡單、成本低以及可靠性高等優(yōu)點，控制效果良好。

其具體優(yōu)點如下：

1）整個控制系統(tǒng)是由模塊化組成的，不同的需求，選擇不同的硬件設(shè)備，便于靈活擴展；