專利名稱：具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種機械手臂控制器，特別是指一種具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器
背景技術(shù)：
近年來為了加速國內(nèi)工業(yè)升級及解決勞力短缺或生產(chǎn)成本過高等問題，政府極力地推行自動化政策，由勞力密集逐漸地走向技術(shù)密集。因此自動控制是一個必然的趨勢。機械手臂是工業(yè)上常見的自動化設(shè)備，機械手臂的控制需要搭配許多傳感器、外圍電路與多軸馬達控制，所以使用現(xiàn)成的微控制器或數(shù)字信號處理(Digital SignalProcessor, DSP)芯片實現(xiàn)控制器可能無法滿足設(shè)計所需的資源或效能。對于改善生產(chǎn)力及品質(zhì)而言，機械手臂的精密運動控制是重要的。然而，機械手臂為多變量非線性動態(tài)系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模式難以建立。因此，難以設(shè)計以模式為基礎(chǔ)的控制器，以控制機械手臂系統(tǒng)?？删幊炭刂破鞯陌l(fā)展，就是為了因應(yīng)各種日益復(fù)雜的控制需求。不但可取代傳統(tǒng)的順序控制電路，也具備了各種資料運算，模擬輸入/輸出，PID控制(比例(Proportional)、積分(Integral)、微分(Deviation))及定位控制等功能，已經(jīng)成為自動控制的主流，更是高極精密加工和彈性制造的最佳控制。在機械手臂自動化的控制上，需能精確地控制機械手臂的運動軌跡，因此，發(fā)展精確的控制技術(shù)在機械手臂的運動控制上，變得極為重要。然而機械手臂在運動時，明顯地具有非線性耦合的動態(tài)特性，其系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型非常復(fù)雜且不易建立，因此本案發(fā)明人進而開發(fā)一種具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的即在于提供一種具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，其能同時執(zhí)行多工處理的控制器，在不確定的系統(tǒng)動態(tài)和外界干擾下，能有效減少機械手臂運動的控制誤差。本實用新型的次一目的在于提供一種具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，其能執(zhí)行多自由度的機器手臂系統(tǒng)的座標及關(guān)節(jié)參數(shù)，以同時進行時序控制及運動控制?？蓪崿F(xiàn)上述實用新型目的的具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，包括一機械手臂，為多自由度的機械手臂，所述多自由度的機械手臂使用多個伺服馬達驅(qū)動機械手臂，以進行運動軌跡控制；以及一控制器，具有多核心，所述多核心的控制器至少包括第一核心，所述第一核心嵌入有第一中央處理單元與第二中央處理單元，用于同時處理快速響應(yīng)及復(fù)雜的浮點運算；[0013]第二核心，所述第二核心嵌入運動控制單元及；所述嵌入運動控制單元用于負責(zé)運動控制命令解碼、各個位置伺服馬達彼此間的相對運動、加減速輪廓控制；所述嵌入邏輯控制單元用于將控制命令隨時載入存儲器內(nèi)儲存與執(zhí)行；所述多核心的控制器能同時執(zhí)行多工處理，并同時進行時序及運動控制以控制多自由度的機械手臂。所述具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器中，所述控制器是一種自動控制器，用于接收來自輸入及輸出的回授反饋信號和儲存的程式程序，以控制程序的操作。所述的具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器中，所述機械手臂進而受一驅(qū)動器控制，所述運動控制單元用于執(zhí)行運動控制，以及驅(qū)動驅(qū)動器。由此，本實用新型所能達到的功效在于，本實用新型可同時執(zhí)行多工處理的控制器，在不確定的系統(tǒng)狀態(tài)和外界干擾下，有效減少機械手臂的控制誤差；本實用新型亦可執(zhí)行多自由度的機器手臂系統(tǒng)的坐標及關(guān)節(jié)參數(shù)，以同時進行時序控制及運動控制。以上的概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本實用新型為達成預(yù)定目的所采取的方式、手段及功效。而有關(guān)本實用新型的其他目的及優(yōu)點，將在后續(xù)的說明及附圖中加以闡述。

圖I為本實用新型具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器的實施示意圖；圖2為所述具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，其控制器的處理示意圖；圖3為所述具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。附圖標記說明I機械手臂2控制器21第一核心211第一中央處理單元212第二中央處理單元22第二核心221運動控制單元222邏輯控制單元3驅(qū)動器4位置控制器
具體實施方式
請參閱圖1，本實用新型所提供的具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，主要包括有一機械手臂1，為多自由度的機械手臂1，其使用多個伺服馬達驅(qū)動機械手臂1，以進行運動軌跡控制；以及一控制器2，具有多核心；所述控制器2與機械手臂I連接，以控制機械手臂I夾取空間中物體至定點，所述控制器2控制的裝置進而包括一多軸機械手臂I以執(zhí)行夾物動作、至少一電荷I禹合裝置(charge coupled device,CCD)以擷取物體影像進而判定物體空間座標值，所述控制器2如圖2所示，至少包括第一核心21，嵌入有第一中央處理單元211與第二中央處理單元212以同時處理快速響應(yīng)(quick response)及復(fù)雜的浮點運算；第一中央處理單元211用于處理非即時控制的程序并產(chǎn)生非即時相關(guān)資料進行操作參數(shù)的運算，避免流程停滯或流程停止的情況發(fā)生，進而加快第二中央處理單元212控制及反應(yīng)速度；所述第二中央處理單元212為資料運算的核心，負責(zé)解析相關(guān)運動及即時控制命令，用以處理各類運算命令。第二核心22，嵌入運動控制單元221負責(zé)運動控制命令解碼、各個位置伺服馬達彼此間的相對運動、加減速輪廓控制，以及嵌入邏輯控制單元222為將控制命令隨時載入存儲器內(nèi)儲存與執(zhí)行；運動控制單元221依據(jù)第二中央處理單元212所解析的控制命令，進行運動路徑規(guī)劃及運動參數(shù)控制；所述邏輯控制單元222為執(zhí)行第二中央處理單元212解析的控制命令，并依時序控制切換程序輸入/輸出時序控制，讓程序得以流暢的執(zhí)行；所述多核心的控制器2能同時執(zhí)行多工處理，并同時進行時序及運動控制以控制多自由度的機械手臂I。本發(fā)明為精密伺服系統(tǒng)的一控制器2，精密伺服系統(tǒng)多應(yīng)用于多軸運動控制系統(tǒng)，如工業(yè)機器人、工具機、電子零件組裝系統(tǒng)、PCB自動外掛程序機、PCB鉆孔機等。工作物件的位置控制可通過平臺的移動來達成，平臺位置的偵測有兩種方式，一種是通過伺服馬達本身所安裝的光電編碼器，由于是以間接的方式反饋工作物件的位置達到位置控制的目的，因此也稱之為間接位置控制。另一種方式是直接將位置控制器4安裝在平臺上，如光學(xué)尺、雷射位置感測計等等，直接反饋工作物件的位置，再通過閉回路控制達到位置控制的目的，稱之為直接位置控制。如圖3所示，本發(fā)明能應(yīng)用于一個伺服系統(tǒng)，其構(gòu)成通常包含機械手臂I、驅(qū)動器
3、傳感器、控制器2等幾個部分。所述機械手臂I進而受一驅(qū)動器3控制，所述運動控制單元221用來執(zhí)行運動控制命令，以作為驅(qū)動器3運動控制命令的輸入，所述驅(qū)動器3的功能在于主要提供機械手臂I的動力，可能以氣壓、油壓、或是電力驅(qū)動的方式呈現(xiàn)，目前伺服系統(tǒng)采用電力驅(qū)動方式，驅(qū)動器3能接收運動控制單元221的運動控制命令以帶動伺服馬達(servo motor),其伺服馬達內(nèi)含位置反饋裝置,如光電編碼器或是解角器(resolver)。所述機械手臂I的控制器2與伺服馬達連接，其控制器2通常包含速度控制器與扭矩控制器，伺服馬達通常提供數(shù)字式的速度反饋信號或光電編碼器反饋信號，經(jīng)由外回路的數(shù)字控制命令，可直接控制伺服馬達的轉(zhuǎn)速或扭矩。伺服馬達進而連接運動控制單元221并受控制驅(qū)動，運動控制單元221通常必須再加上一個位置控制器4，才能完成伺服馬達的位置控制?？刂破?的功能在于提供整個伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，如處理快速響應(yīng)、處理復(fù)雜的浮點運算、加減速輪廓控制、將控制命令隨時載入存儲器內(nèi)儲存與執(zhí)行、扭矩控制、速度控制、與位置控制等。本發(fā)明的機械手臂I控制器2是一個多軸運動控制系統(tǒng)，為由高階的運動控制單元221與低階的邏輯控制單元222所構(gòu)成，運動控制單元221負責(zé)運動控制命令解碼、各個伺服馬達彼此間的相對運動、加減速輪廓控制，其主要關(guān)鍵在于降低整體系統(tǒng)運動控制的路徑誤差；邏輯控制單元222負責(zé)伺服馬達的位置控制，主要關(guān)鍵在于降低伺服軸的追隨誤差。一個多自由度的機械手臂I在一般的情況下X軸與Y軸的動態(tài)響應(yīng)特性會有相當(dāng)大的差異，在高速輪廓控制(contouring control)時,會造成顯著的誤差,本發(fā)明的控制器2能以整體考量解決此一問題。綜上所述，本實用新型公開一種具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，本實用新型可同時執(zhí)行多工處理的控制器，在不確定的系統(tǒng)狀態(tài)和外界干擾下，有效減少機械手臂的控制誤差；本實用新型亦可執(zhí)行多自由度的機器手臂系統(tǒng)的坐標及關(guān)節(jié)參數(shù)，以 同時進行時序控制及運動控制。但是，以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用來限制本實用新型實施的范圍。故凡依照本實用新型申請范圍所述的特征和精神所為的同等變化或修飾，均應(yīng)包括與本實用用新型的申請專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，其特征在于，包括 一機械手臂，為多自由度的機械手臂，所述多自由度的機械手臂使用多個伺服馬達驅(qū)動機械手臂，以進行運動軌跡控制；以及 一控制器，具有多核心，所述多核心的控制器至少包括 第一核心,所述第一核心嵌入有第一中央處理單兀與第二中央處理單兀，用于同時處理快速響應(yīng)及浮點運算； 第二核心，所述第二核心嵌入運動控制單元及嵌入邏輯控制單元； 所述嵌入運動控制單元用于負責(zé)運動控制命令解碼、各個位置伺服馬達彼此間的相對運動、加減速輪廓控制； 所述嵌入邏輯控制單元用于將控制命令隨時載入存儲器內(nèi)儲存與執(zhí)行； 所述多核心的控制器能同時執(zhí)行多工處理，并同時進行時序及運動控制以控制多自由度的機械手臂。
2.如權(quán)利要求I所述的具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，其特征在于，所述控制器是一種自動控制器，用于接收來自輸入及輸出的回授反饋信號和儲存的程序，以控制程序的操作。
3.如權(quán)利要求I所述的具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，其特征在于，所述機械手臂進而受一驅(qū)動器控制，所述運動控制單元用于執(zhí)行運動控制，以及驅(qū)動驅(qū)動器。
專利摘要本實用新型公開一種具運動控制、邏輯控制核心的機械手臂控制器，一機械手臂，為多自由度的機械手臂，其使用多個伺服馬達驅(qū)動機械手臂，以進行運動軌跡控制；以及一控制器，具有多核心，所述控制器至少包括第一核心，嵌入有第一中央處理單元與第二中央處理單元用于同時處理快速響應(yīng)及復(fù)雜的浮點運算；第二核心，嵌入運動控制單元用于負責(zé)運動控制命令解碼、各個位置伺服馬達彼此間的相對運動、加減速輪廓控制，以及嵌入邏輯控制單元用于將控制命令隨時載入存儲器內(nèi)儲存與執(zhí)行；所述多核心的控制器能同時執(zhí)行多工處理，并同時進行時序及運動控制以控制多自由度的機械手臂。
文檔編號B25J9/16GK202378054SQ20112041551
公開日2012年8月15日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者許有成 申請人:寶元數(shù)控精密股份有限公司