CN112548996A - 一种开放式工业机器人控制***及一种开放式工业机器人 - Google Patents

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杜玉晓
林镇标
杨志新
林志鸿
袁雪莲
张惠珊
彭泽镇
陈丽旋
吴四江
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Abstract

本发明提供一种开放式工业机器人控制***，包括示教器、控制器、双目视觉模块、电源模块以及用于连接机器人关节轴电机的PLCopen伺服驱动器；示教器、控制器、双目视觉模块和PLCopen伺服驱动器分别与电源模块连接；示教器与控制器连接，控制器与PLCopen伺服驱动器连接，双目视觉模块与控制器通信连接。还提供一种开放式工业机器人，包括机器人本体以及上述的开放式工业机器人控制***，机器人本体包括多个关节轴电机，PLCopen伺服驱动器分别与关节轴电机连接。本发明基于开放、统一的PLCopen机器人运动控制***的六轴机器手可以应用于所有基于PLCopen标准的环境中，实现不同种类机器人本体与伺服控制器之间的技术互联互通。

Description

一种开放式工业机器人控制***及一种开放式工业机器人
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，更具体地，涉及一种开放式工业机器人控制***及一种开放式工业机器人。
背景技术
在国内众多生产流水线都需要对产品进行实时检测、识别与搬运、装配。在一些生产规模庞大，产品种类众多的生产加工企业，若采用传统机器人固定、示教的方式来实现各种工件的识别、搬运与装配往往既费时又不具效率，尤其是一些诸如数量众多且种类复杂的零配件装配等产品，不能满足我国众多生产企业实时检验、识别与搬运、装配的需求。而且目前的双目视觉***价格高昂，并且不同品牌、不同规格机器人本体、伺服控制器、总线控制器之间的厂家存在技术壁垒，厂商之间的控制***兼容性很差,用户只能成套更换或升级,造成了巨大浪费。
中国专利CN110666820A公开了一种高性能工业机器人控制器，处理器单板、机器视觉单元、示教器、外部IO单元、抓手单元、外部传感器、电机驱动器；采用的机器人控制器小型化，不仅降低了成本，同时也能保证控制器的计算能力，具有较强的可扩展性、安全性高。但是其***的兼容性并不理想，在实际应用到不同行业时还是容易受到各种软硬件平台的限制，不具有兼容性和通用性。
发明内容
本发明为克服上述背景技术所述的***的兼容性并不理想，在实际应用到不同行业时还是容易受到各种软硬件平台的限制，不具有兼容性和通用性的问题，提供一种开放式工业机器人控制***及一种开放式工业机器人。本发明兼容性强，控制成本更低，能够满足我国众多生产企业实时检验、识别与搬运、装配的需求。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种开放式工业机器人控制***，包括示教器、控制器、双目视觉模块、电源模块以及用于连接机器人关节轴电机的PLCopen伺服驱动器；所述示教器、控制器、双目视觉模块和 PLCopen伺服驱动器分别与所述电源模块连接；所述示教器与所述控制器连接，所述控制器与所述PLCopen伺服驱动器连接，所述双目视觉模块与所述控制器通信连接。
进一步的，所述控制器包括工业计算机和多轴运动控制器，所述示教器与所述工业计算机连接，所述工业计算机与所述多轴控制器连接，所述多轴控制器与所述PLCopen伺服驱动器。
进一步的，还包括用于安装在机器人关节轴电机上的绝对编码器，所述工业计算机中还设有编码读数器，所述绝对编码器与所述编码读数器通信连接。
进一步的，所述示教器包括S3C6410型ARM开发板、WinCE 6.0操作***、按键模块以及显示屏，所述S3C6410型ARM开发板与所述WinCE 6.0操作***，所述WinCE 6.0操作***分别与所述按键模块、显示屏和所述工业计算机连接。
优选的，所述工业计算机为X86架构工业计算机。
优选的，所述双目视觉模块为MER-2000-5GM/C水星数字相机。
进一步的，还提供一种开放式工业机器人，包括机器人本体以及上述的开放式工业机器人控制***，所述机器人本体包括多个关节轴电机，所述PLCopen 伺服驱动器分别与所述关节轴电机连接。
作为一种实施方式，所述关节轴电机的数量为6个。
优选的，所述PLCopen伺服驱动器包括功率不同的第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，所述第一伺服驱动器分别与3个关节轴电机连接，所述第二伺服驱动器分别与另外3个关节轴电机连接。
优选的，所述机器人本体为川崎重工的RA010N型机器人本体。
与现有技术相比，有益效果是：
1.本发明基于开放、统一的PLCopen机器人运动控制***的六轴机器手可以应用于所有基于PLCopen标准的环境中，实现不同种类机器人本体与伺服控制器之间的技术互联互通。
2.本发明利用PLCopen直接控制伺服电机，省去了昂贵的运动控制器，降低成本。
3.本发明利用嵌入式工业PC/PLC技术开发多轴控制器，实现理论上最高可达256轴控制的多轴控制器，可以在工业应用领域灵活地搭建所需要的多轴***。
4.本发明利用双目视觉模块的原理来进行三维模型重建，实现机器人对目标工件的准确抓取，大大提高了柔性制造***的自动化程度和灵活性。
附图说明
图1是本发明中一种开放式工业机器人控制***的示意图。
图2是发明中双目视觉模块的作用原理示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图1所示，为一种开放式工业机器人控制***，包括示教器、控制器、双目视觉模块、电源模块以及用于连接机器人关节轴电机的PLCopen伺服驱动器；所述示教器、控制器、双目视觉模块和PLCopen伺服驱动器分别与所述电源模块连接；所述示教器与所述控制器连接，所述控制器与所述PLCopen伺服驱动器连接，所述双目视觉模块与所述控制器通信连接；所述控制器包括工业计算机和多轴运动控制器，所述示教器与所述工业计算机连接，所述工业计算机与所述多轴控制器连接，所述多轴控制器与所述PLCopen伺服驱动器；还包括用于安装在机器人关节轴电机上的绝对编码器，所述工业计算机中还设有编码读数器，所述绝对编码器与所述编码读数器通信连接；
本实施例中的电源采用带有三相噪声滤波器的220V、50Hz稳压电源，所述示教器包括S3C6410型ARM开发板、WinCE 6.0操作***、按键模块以及显示屏，所述S3C6410型ARM开发板与所述WinCE 6.0操作***，所述WinCE 6.0操作***分别与所述按键模块、显示屏和所述工业计算机连接；所述工业计算机为X86架构工业计算机。所述双目视觉模块为MER-2000-5GM/C水星数字相机，安装在机器人机械手的前端，其工作原理如图2所示，主要用于图像的采集及预处理、相机的标定、工件特征点的提取、立体匹配、三维信息重建。
本实施例的工作原理大致为：双目视觉模块采集工件的图像信息并标定工件的位置，通过图像处理模块和立体校正与立体匹配处理之后，经过三维信息提取模块将信号提取之后无线发送给控制器，控制器根据处理信号发出机械手运动控制信号，工业计算机控制多轴运动控制器发出控制信号，控制伺服驱动器，进而控制每个关节轴电机的转动，因为机器人的机械手有多个关节，通过每个关节轴电机的转动控制对应关节的转动，以实现机械手的精确动作，当机械手完成转动动作时，安装在每个关节轴电机上的绝对编码器能够读取对应关节轴电机的实际转动角度，通过定位误差器进行计算之后发送给工业计算机中的编码读数器，如果哪个关节轴电机的实际转动角度有偏差，可以进行二次补偿转动；进而对机械手的转动进行精确控制和反馈调节。
本实施例是基于PLCopen以及双目视觉技术，搭建的一套低成本、柔性、稳定的多轴机械手***。通过采用统一的IEC 61131-3国际标准规范开发软件，解决了各大机器人厂商控制器兼容差的问题，利用PLCopen直接控制伺服电机，省去了昂贵的运动控制器，降低成本，可以实现3轴、4轴、5轴、6轴，理论上最高可达256轴的多轴控制器，可以在工业应用领域灵活地搭建所需要的多轴***；基于开放、统一的PLCopen机器人运动控制***的六轴机器手可以应用于所有基于PLCopen标准的环境中，实现不同种类机器人本体与伺服控制器之间的技术互联互通；通过搭建双目视觉***，获取物料的三维信息，更快更高精度实现对物体的检测、定位、夹取，提高了柔性制造***的自动化程度和灵活性。本项目大大降低了生产成本，并满足了我国众多生产企业实时检验、识别与搬运、装配的需求。
实施例2
本实施例提供一种开放式工业机器人，包括机器人本体以及实施例1中提供的开放式工业机器人控制***，所述机器人本体包括多个关节轴电机，所述 PLCopen伺服驱动器分别与所述关节轴电机连接；
在本实施例中，所述关节轴电机的数量为6个(也可以为3轴、4轴、5轴或者其他数量，最多可以达到256轴)；所述PLCopen伺服驱动器包括功率不同的第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，所述第一伺服驱动器(即图中的大功率伺服驱动器)分别与3个关节轴电机连接，所述第二伺服驱动器(图中的小功率伺服驱动器)分别与另外3个关节轴电机连接；所述机器人本体为川崎重工的RA010N型机器人本体。通过功率不同的大小功率伺服驱动器对各种关节轴电机进行驱动，能够调节更平顺。
本实施例中的机器人基于开放、统一的PLCopen机器人运动控制***的六轴机器手可以应用于所有基于PLCopen标准的环境中，实现不同种类机器人本体与伺服控制器之间的技术互联互通；利用双目立体视觉的原理来进行三维模型重建，实现机器人对目标工件的准确抓取，大大提高了柔性制造***的自动化程度和灵活性。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开放式工业机器人控制***，其特征在于，包括示教器、控制器、双目视觉模块、电源模块以及用于连接机器人关节轴电机的PLCopen伺服驱动器；所述示教器、控制器、双目视觉模块和PLCopen伺服驱动器分别与所述电源模块连接；所述示教器与所述控制器连接，所述控制器与所述PLCopen伺服驱动器连接，所述双目视觉模块与所述控制器通信连接。
2.根据权利要求1所述的开放式工业机器人控制***，其特征在于，所述控制器包括工业计算机和多轴运动控制器，所述示教器与所述工业计算机连接，所述工业计算机与所述多轴控制器连接，所述多轴控制器与所述PLCopen伺服驱动器。
3.根据权利要求1所述的开放式工业机器人控制***，其特征在于，还包括用于安装在机器人关节轴电机上的绝对编码器，所述工业计算机中还设有编码读数器，所述绝对编码器与所述编码读数器通信连接。
4.根据权利要求2所述的开放式工业机器人控制***，其特征在于，所述示教器包括S3C6410型ARM开发板、WinCE 6.0操作***、按键模块以及显示屏，所述S3C6410型ARM开发板与所述WinCE 6.0操作***，所述WinCE 6.0操作***分别与所述按键模块、显示屏和所述工业计算机连接。
5.根据权利要求2所述的开放式工业机器人控制***，其特征在于，所述工业计算机为X86架构工业计算机。
6.根据权利要求1所述的开放式工业机器人控制***，其特征在于，所述双目视觉模块为MER-2000-5GM/C水星数字相机。
7.一种开放式工业机器人，其特征在于，包括机器人本体以及权利要求1至6任一所述的开放式工业机器人控制***，所述机器人本体包括多个关节轴电机，所述PLCopen伺服驱动器分别与所述关节轴电机连接。
8.根据权利要求7所述的开放式工业机器人，其特征在于，所述关节轴电机的数量为6个。
9.根据权利要求8所述的开放式工业机器人，其特征在于，所述PLCopen伺服驱动器包括功率不同的第一伺服驱动器和第二伺服驱动器，所述第一伺服驱动器分别与3个关节轴电机连接，所述第二伺服驱动器分别与另外3个关节轴电机连接。
10.根据权利要求7所述的开放式工业机器人，其特征在于，所述机器人本体为川崎重工的RA010N型机器人本体。
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