CN203266646U - 四自由度重载关节机器人控制*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种四自由度重载关节机器人控制***，包括：多轴运动控制器，用于接收人机界面设置的参数；PC，通过网线与多轴运动控制器进行程序的上传与下载，并能对多轴运动控制器在线程序调试和运行演示；人机交互界面，用于与多轴运动控制器通讯；伺服驱动器及电机，是整个控制***的执行元件，其根据多轴运动控制器下达的指令对电机控制，并且实时采集电机的编码器反馈的数据，对电机的运行实现闭环控制；限位传感器，主要是根据机器人各自由度的行程来限制各轴的运行；制动电阻是整个***的保障，将电机的再生能量以热能方式消耗来从而保护设备的安全。其结构合理、安装和维护方便、可靠性高、成本低以及扩展性好。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工业机器人技术，尤其是一种四自由度重载关节机器人控制***。
背景技术
目前，四自由度重载关节机器人是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求进行物品的抓取和摆放，来完成重复性工作，以减轻操作人员的体力消耗，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。
一般地，四自由度重载关节机器人主要由两个机械臂和多个轴关节组成，轴关节可以直接与驱动伺服电机连接，或者经过减速器与驱动伺服电机连接，通过控制相应的伺服电机，可实现相应的机械臂的运动轨迹。
目前，国外工业机器人的控制***，多采用伺服驱动部分和运动控制部分为一体的方案，并且集成了一些I/O信号。该种控制***的专用性强，并且对于机器人的生产厂家的研发水平要求也高，同时其成本高，构造复杂。
实用新型内容
本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种四自由度重载关节机器人控制***，其结构合理、安装和维护方便、可靠性高、成本低以及扩展性好。
为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：
一种四自由度重载关节机器人控制***，包括：
多轴运动控制器，集合了运动控制、I/O信号处理和通讯接口，I/O信号处理和通讯接口位于转接板上，多轴运动控制器用于接收人机界面设置的参数，并对各伺服驱动器发送控制指令，对机器人的各轴关节做运动控制，同时，多轴运动控制器能够实时采集机器人各限位开关以及各种信号传感器的信息，对机器人的运行状态监测，当出现故障时做相应的处理；
PC，通过网线与多轴运动控制器进行程序的上传与下载，并能对多轴运动控制器在线程序调试和运行演示；
人机交互界面，用于与多轴运动控制器通讯，是人与多轴运动控制器交互的窗口，通过人机界面对整个机器人***的运动参数设置，并做点位示教，最终达到预想的动作结果；
控制单元，用于接收多轴运动控制器的控制信息，并将控制信号传递给伺服驱动器及电机单元；
伺服驱动器及伺服电机单元，是整个控制***的执行元件，包括伺服驱动器和伺服电机单元，伺服电机单元包括伺服电机，伺服电机经减速器与机器关节人相连；伺服驱动器根据多轴运动控制器下达的指令对伺服电机控制，并且实时采集伺服电机的编码器反馈的数据，对伺服电机的运行实现闭环控制。
所述多轴运动控制器还能够与手持器通信。
该***可以对机器人的各机械臂的轴关节进行控制，通过相应的算法进行运动的轨迹规划，并对机器人相应的状态量进行采集及处理，使机器人处于高速无故障的运转之中。
该***硬件主要由人机界面、多轴运动控制器、控制单元、伺服驱动器及电机单元。其中，人机界面用于与多轴运动控制器通讯，是人与运动控制器交互的窗口，可通过人机界面对整个机器人***的运动参数等进行设置，并进行点位示教，最终达到预想的动作结果；多轴运动控制器是整个控制***的核心，其内部运行整个控制***的软件程序，它接收人机界面设置的参数，根据已有的程序对各伺服驱动器发送控制指令，对机器人的各轴关节进行运动控制，同时，多轴运动控制器还具有I/O处理功能，能够实时采集机器人各限位开关以及各种信号传感器的信息，对机器人的运行状态进行监测，当出现故障时进行相应的处理；
伺服驱动器及伺服电机单元是整个控制***的执行元件，其根据多轴运动控制器下达的指令来对电机进行控制，并且实时采集电机的编码器反馈的数据，对电机的运行实现闭环控制。
本实用新型具有实用性强，运行高效平稳，控制效果明显等优点。上述均为整个控制***的硬件组成。
多轴运动控制器是以Intel标准X86架构的CPU和芯片组为***处理器，采用高性能DSP和FPGA作为运动控制协处理器，将控制程序转换为执行指令下发于各个伺服驱动器及执行机构，根据不同的运动需求，可以采用不同的运动控制算法，运动位置控制模块，用于实现运动位置控制。
本实用新型的有益效果是，该四自由度重载关节机器人的控制***可利用市面上已有的产品进行组合和搭建，即可实现复杂的机器人运动控制，由于搭建该***可选择性和可更换性，既降低了机器人的故障率，也降低了生产厂家的研发投资。
本实用新型能实现100～250Kg重型货物的快速搬运以及按指定垛型码放，具有结构合理、安装操作方便、维护简单、成本低以及可靠性高等优点，控制效果良好。
其具体优点如下：
1）整个控制***是由模块化组成的，不同的需求，选择不同的硬件设备，便于灵活扩展；
2）整个控制***的I/O、模拟量和运动控制集成于一个运动控制器上，方便各种信号之间的交互，利于软件程序对于各种信号的监控及处理，使整个***的实时性提高；
3）重载机器人的应用控制、运动控制和自动化设备控制集成于同一平台，降低了开发周期；
4）安装、运行和维护均较简单。
附图说明
图1是本实用新型控制***原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
如图1所示，整个控制***的核心是多轴运动控制器，PC机通过网线与其进行程序的上传与下载，并能通过PC及对其进行在线调试和运行演示。当调试完成后，则多轴运动控制器可独自运行，并可通过人机交互界面来查看运行参数和运行的状态。当在不同的现场需求，可由手持器和人机交互界面二者之间选择。
运动控制器集合了运动控制、I/O信号处理、通讯接口等功能。其中运动控制主要负责机器人的各种姿势的切换，将各种运动指令转换为控制信号发送给各伺服驱动器，各伺服驱动器再根据相应的反馈来控制电机的运转。I/O信号处理和通讯接口位于转接板上，多轴运动控制器用于接收人机界面设置的参数，并对各伺服驱动器发送控制指令，对机器人的各轴关节做运动控制，同时，多轴运动控制器能够实时采集机器人各限位开关以及各种信号传感器的信息，对机器人的运行状态监测，当出现故障时做相应的处理；
PC，通过网线与多轴运动控制器进行程序的上传与下载，并能对多轴运动控制器在线程序调试和运行演示；
人机交互界面，用于与多轴运动控制器通讯，是人与多轴运动控制器交互的窗口，通过人机界面对整个机器人***的运动参数设置，并做点位示教，最终达到预想的动作结果；
控制单元，用于接收多轴运动控制器的控制信息，并将控制信号传递给伺服驱动器及电机单元；
伺服驱动器及伺服电机单元，是整个控制***的执行元件，包括伺服驱动器和伺服电机单元，伺服电机单元包括伺服电机，伺服电机经减速器与机器关节人相连；伺服驱动器根据多轴运动控制器下达的指令对伺服电机控制，并且实时采集伺服电机的编码器反馈的数据，对伺服电机的运行实现闭环控制。
多轴运动控制器还能够与手持器通信。
当机器人的自由度增加时，可以根据需要选择相应的运动控制器，并且扩展相应的伺服驱动器，硬件上的扩展方便简单，只是针对不同的机器人自由度，更改不同的软件运行程序。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (2)
1.一种四自由度重载关节机器人控制***，其特征是，包括：
多轴运动控制器，集合了运动控制、I/O信号处理和通讯接口，I/O信号处理和通讯接口位于转接板上，多轴运动控制器用于接收人机界面设置的参数，并对各伺服驱动器发送控制指令，对机器人的各轴关节做运动控制，同时，多轴运动控制器能够实时采集机器人各限位开关以及各种信号传感器的信息，对机器人的运行状态监测，当出现故障时做相应的处理；
PC，通过网线与多轴运动控制器进行程序的上传与下载，并能对多轴运动控制器在线程序调试和运行演示；
人机交互界面，用于与多轴运动控制器通讯，是人与多轴运动控制器交互的窗口，通过人机界面对整个机器人***的运动参数设置，并做点位示教，最终达到预想的动作结果；
控制单元，用于接收多轴运动控制器的控制信息，并将控制信号传递给伺服驱动器及电机单元；
伺服驱动器及伺服电机单元，是整个控制***的执行元件，包括伺服驱动器和伺服电机单元，伺服电机单元包括伺服电机，伺服电机经减速器与机器关节人相连；伺服驱动器根据多轴运动控制器下达的指令对伺服电机控制，并且实时采集伺服电机的编码器反馈的数据，对伺服电机的运行实现闭环控制。
2.如权利要求1所述的控制***，其特征是，所述多轴运动控制器还能够与手持器通信。
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