一種多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，多軸聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)也不斷提高。尤其是在一些需要大量重復(fù)多個(gè)單一操作的制造行業(yè)中，采用機(jī)器人代替人工，不但可以大大降低人力成本，還可以大大提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。在這些行業(yè)的生產(chǎn)制造過程中，大多需要在相同的區(qū)域內(nèi)大量重復(fù)的完成同一個(gè)操作，該操作中需要完成的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)較多，且需要達(dá)到的精度，速度要求較高。目前，代替人工進(jìn)行大量重復(fù)工作的機(jī)器人通常采用六軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要采用控制器和多個(gè)單軸伺服驅(qū)動(dòng)方案。
[0003]然而，發(fā)明人在進(jìn)行六軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下問題:
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中六軸機(jī)器人控制系統(tǒng)采用控制器和多個(gè)單軸伺服驅(qū)動(dòng)方案中多個(gè)單軸伺服驅(qū)動(dòng)軸之間依靠高速串行實(shí)時(shí)總線通訊，依賴IEEE1588時(shí)間同步機(jī)制，同步精度不高，且由于現(xiàn)有技術(shù)中控制器與驅(qū)動(dòng)控制采用各自獨(dú)立控制方式，其實(shí)現(xiàn)方式較為分散使得整體控制性能不高，且使得硬件設(shè)計(jì)重復(fù)冗余，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，使得六軸機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本降低，控制精度及性能提高。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，包括:機(jī)器人遠(yuǎn)程不教器，控制模塊，多軸驅(qū)動(dòng)模塊和輸入輸出模塊；
[0007]所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器，用于進(jìn)行人機(jī)交互，通過所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器對(duì)所述控制模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以及操作控制，并接收所述控制模塊反饋的信息；
[0008]所述控制模塊，用于根據(jù)所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器的設(shè)置以及指示，對(duì)上述多軸驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并通過所述輸入輸出模塊進(jìn)行數(shù)字量輸出和輸入量采集；
[0009]所述多軸驅(qū)動(dòng)模塊，用于根據(jù)所述控制模塊的指示，對(duì)機(jī)器人的各個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
[0010]所述輸入輸出模塊，用于根據(jù)所述控制模塊的指示進(jìn)行信息采集，以及與外界進(jìn)行信息交互。
[0011]本發(fā)明實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明的控制模塊根據(jù)所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器的設(shè)置以及指示，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)整體的控制，包含所述多軸驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)控制，從而提高了系統(tǒng)控制集成度及控制性能，大大降低了硬件設(shè)計(jì)成本；本發(fā)明的控制模塊還可以通過所述輸入輸出模塊進(jìn)行信息采集，從而可以根據(jù)采集的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，提高整個(gè)系統(tǒng)控制精度以及穩(wěn)定性。
[0012]另外，所述控制模塊包括:主控子模塊，多軸驅(qū)動(dòng)子模塊，輸出輸入子模塊；
[0013]所述主控子模塊，用于解析所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器發(fā)送的信息，并根據(jù)解析出來的信息，進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)設(shè)置，計(jì)算所述機(jī)器人各個(gè)軸的實(shí)時(shí)位置，對(duì)所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊進(jìn)行控制，并通過所述輸入輸出子模塊采集各個(gè)軸的電流信息；
[0014]所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊，用于根據(jù)所述主控子模塊的指示，對(duì)所述各個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制處理，且通過高精度定時(shí)器對(duì)所述各個(gè)軸進(jìn)行同步控制；
[0015]所述輸出輸入子模塊，用于根據(jù)所述主控子模塊的指示，對(duì)所述各個(gè)軸的電流信息進(jìn)行采集，并根據(jù)所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊的軸控輸出信息進(jìn)行信息處理，轉(zhuǎn)化為所述多軸驅(qū)動(dòng)模塊可識(shí)別信號(hào)。
[0016]本發(fā)明實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明技術(shù)方案中控制模塊通過主控子模塊進(jìn)行系統(tǒng)整體控制，并通過多軸驅(qū)動(dòng)子模塊對(duì)所述多軸驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊通過高精度定時(shí)器對(duì)所述各個(gè)軸進(jìn)行同步控制，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)對(duì)各個(gè)軸的驅(qū)動(dòng)控制精度。
[0017]另外，所述主控子模塊為所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊提供實(shí)時(shí)的軸控參數(shù)；所述軸控參數(shù)包括:各個(gè)軸的位置信息，各個(gè)軸的速度以及加速度，各個(gè)軸的姿態(tài)信息，各個(gè)軸的負(fù)載狀態(tài)及慣量；
[0018]所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊，根據(jù)所述實(shí)時(shí)的軸控參數(shù)，對(duì)各個(gè)軸進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變參數(shù)控制。
[0019]本發(fā)明實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明技術(shù)方案中主控子模塊通過實(shí)時(shí)提供軸控參數(shù)給所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊，從而使得所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊能夠更加及時(shí)對(duì)各個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)調(diào)整，從而進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性及速度。
[0020]另外，所述主控子模塊和所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊采用現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，且通過標(biāo)準(zhǔn)的PCIE總線接口方式進(jìn)行信息通信。
[0021]本發(fā)明實(shí)施方式相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明技術(shù)方案中所述主控子模塊和所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊通過采用精度更高的現(xiàn)場可編程邏輯門陣列，以及通信速度更高的PCIE總線接口，使得信息交互速度提高，為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)及控制模塊中動(dòng)力學(xué)模型及伺服驅(qū)動(dòng)模型之間搭建了高速、高帶寬的數(shù)據(jù)通道。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)中控制模塊102結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]外部總線接口如下:
[0025]l、220v電源輸入接口 ；2、遠(yuǎn)程機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器的Ethernet接口 ；3、遠(yuǎn)程機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器的安全信號(hào)接口 ；4、一體機(jī)到機(jī)器人接口 ；5、各種外部總線接口的集合；所述外部總線接口；
[0026]系統(tǒng)內(nèi)部接口如下:
[0027]6、機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器與控制模塊之間的網(wǎng)絡(luò)接口 ；
[0028]7、機(jī)器人示教器到控制模塊的安全信號(hào)接口 ；
[0029]8、機(jī)器人各個(gè)軸的抱閘控制信號(hào)接口 ；
[0030]9、編碼器信號(hào)線；
[0031]10、電機(jī)動(dòng)力控制線，多軸驅(qū)動(dòng)模塊通過此輸出6個(gè)軸的控制電流，從而控制機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)軸的速度和位置；
[0032]11、外部220v交流電供電給多軸驅(qū)動(dòng)模塊的電源接口 ；
[0033]12、外部220V交流電變壓為24V為控制模塊供電的電源接口。
【具體實(shí)施方式】
[0034]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請(qǐng)而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0035]本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及一種多軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)包括:機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器101，控制模塊102，多軸驅(qū)動(dòng)模塊103和輸入輸出模塊104 ;
[0036]所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器101，用于進(jìn)行人機(jī)交互，通過所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器對(duì)所述控制模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置以及操作控制，并接收所述控制模塊反饋的信息；具體的講，就是該示教器運(yùn)行機(jī)器人的人機(jī)交互界面，操作者可通過機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器進(jìn)行編程、參數(shù)設(shè)置、點(diǎn)動(dòng)以及急停等操作。
[0037]所述控制模塊102，用于根據(jù)所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器的設(shè)置以及指示，對(duì)上述多軸驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，并通過所述輸入輸出模塊進(jìn)行數(shù)字量輸出和輸入量采集；具體的講，該控制模塊102其中，可以包括X86平臺(tái)的機(jī)器人運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其上包括機(jī)器人非實(shí)時(shí)程序、機(jī)器人實(shí)時(shí)調(diào)度程序以及符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的軟PLC編程模塊，同時(shí)主控模塊還拓展出各種高低速的總線接口，如Ethercat、Canopen、Devicenet、Profibus-dp、Can、Rs232/485、USB 等。
[0038]所述多軸驅(qū)動(dòng)模塊103，用于根據(jù)所述控制模塊的指示，對(duì)機(jī)器人的各個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；該模塊輸入220V交流電，通過整流、逆變來驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的各個(gè)軸關(guān)節(jié)，電源部分可以采用共直流母線技術(shù)。
[0039]所述輸入輸出模塊104，用于根據(jù)所述控制模塊的指示進(jìn)行數(shù)字量輸出和輸入量采集，以及與外界進(jìn)行信息交互。該模塊可以提供多個(gè)數(shù)字量輸入以及開關(guān)量輸出，可為一體機(jī)各個(gè)軸的抱閘提供控制，多余的輸入輸出口可供用戶外部使用。此系統(tǒng)所有的軸、輸入輸出接口以及外部總線設(shè)備都可在控制模塊內(nèi)通過機(jī)器人用戶開發(fā)環(huán)境來配置使用。
[0040]需要說明的是，所述外部總線接口與系統(tǒng)內(nèi)部接口如圖1和2中所示。所述系統(tǒng)內(nèi)部接口主要功能如下:
[0041]6、機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器與控制模塊之間的網(wǎng)絡(luò)接口，通過socket通訊將機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器內(nèi)的各種參數(shù)、程序以及按鍵操作等信息下發(fā)給控制模塊，同時(shí)反饋機(jī)器人的各種運(yùn)行狀態(tài)回機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器；
[0042]7、機(jī)器人示教器到控制模塊的安全信號(hào)接口，該接口主要包括急停、三位使能開關(guān)，控制模塊接到安全信號(hào)后，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)的安全處理程序；
[0043]8、機(jī)器人各個(gè)軸的抱閘控制信號(hào)接口，該接口用于控制6個(gè)軸抱閘的開閉；
[0044]9、編碼器信號(hào)線；該信號(hào)線用于反饋機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)軸編碼器的位置信號(hào)到一體機(jī)的控制模塊；
[0045]10、電機(jī)動(dòng)力控制線，多軸驅(qū)動(dòng)模塊通過此輸出6個(gè)軸的控制電流，從而控制機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)軸的速度和位置；
[0046]11、外部220v交流電供電給多軸驅(qū)動(dòng)模塊的電源接口 ；
[0047]12、外部220V交流電變壓為24V為控制模塊供電的電源接口。
[0048]基于以上實(shí)施例，如圖2所示，為軸機(jī)器人驅(qū)控一體化控制系統(tǒng)中控制模塊102結(jié)構(gòu)不意圖；具體包括:主控子模塊201，多軸驅(qū)動(dòng)子模塊202，輸出輸入子模塊203 ；
[0049]所述主控子模塊201，用于解析所述機(jī)器人遠(yuǎn)程示教器發(fā)送的信息，并根據(jù)解析出來的信息，進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)設(shè)置，計(jì)算所述機(jī)器人各個(gè)軸的實(shí)時(shí)位置，對(duì)所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊進(jìn)行控制，并通過所述輸入輸出子模塊采集各個(gè)軸的電流信息；該模塊中建立機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)重力、摩擦力、慣性力等進(jìn)行建模，實(shí)時(shí)解算出機(jī)器人各軸控制的慣量，通過高速PCIE總線傳送給多軸驅(qū)動(dòng)子模塊202，所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊202根據(jù)實(shí)時(shí)慣量，結(jié)合自身電機(jī)控制模型，解算出實(shí)時(shí)最優(yōu)的軸控PID參數(shù)，從而可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人高速、高精、高穩(wěn)定性的控制；
[0050]所述多軸驅(qū)動(dòng)子模塊202，用于根據(jù)所述主控子模塊的指示，對(duì)所述各個(gè)軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制處理，且通過高精度定時(shí)器對(duì)所述各個(gè)軸進(jìn)行同步控制；該步驟中所述高精度定時(shí)器可以采用多軸集中式控制依靠FPGA內(nèi)納秒級(jí)