CN102658549A - 具有plc功能的六轴工业机器人控制系统 - Google Patents

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蔡锦达
孙福佳
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Abstract

本发明涉及一种具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统，示教控制和PLC控制通过LCD和触摸屏显示模块将指令输入ARM微处理器，操纵杆模块和快捷按钮直接将指令输入ARM微处理器，I/O接口模块接机器人执行器的输入和输出信号端，ARM微处理器与存储模块进行数据存储和调用，ARM微处理器处理数据、计算轨迹后通过通讯模块将控制信号发给机器人执行控制单元。将PLC系统与机器人示教控制系统集成为一体，可运用各种算法，提高电机控制的性能。操作更加方便，简单，实现对机器人的自动控制。通过PLC实现不同条件对机器人不同程序的调用与控制，实现同一台机器人完成不同工作的柔性化控制。系统整体结构新颖，设计小巧便捷。

Description

具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统
技术领域
本发明涉及一种机器人控制技术，特别涉及一种具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统。
背景技术
传统的工业机器人控制系统，采用示教器+主控制器(一般为工控机)的方案，其示教器通常与主控制器分开，分别由不同的处理器执行，主控制器一般由工控机完成，成本高，体积大，同时由于工控机的价格昂贵、可靠性低，使其很难满足工业现场的需求。采用PLC控制I/O输入输出，能很好的实现对机器人及其外围设备的自动控制，对气动、电动或混合驱动系统具有较好的通用性，可靠性高、故障率低，但是若单独采用PLC产品，成本高，同时若需要监控I/O状态，还需另外配置显示设备（如触摸屏显示器）。
发明内容
本发明是针对工业机器人主控制器成本高、体积大的问题，提出了一种具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统，示教器与主控制器一体化设计，运用一个嵌入式微处理器完成机器人的编程，数据处理，管理文件，监控状态等功能，并且使控制系统具有PLC编程的功能，特提供了一种示教器与主控制器集成于一体的并且具有PLC功能的工业机器人控制系统。
本发明的技术方案为：一种具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统，包括ARM微处理器，存储模块，通讯模块，LCD和触摸屏显示模块，I/O接口模块，操纵杆模块，快捷按钮，示教控制和PLC控制通过LCD和触摸屏显示模块将指令输入ARM微处理器，操纵杆模块和快捷按钮直接将指令输入ARM微处理器，I/O接口模块接机器人执行器的输入和输出信号端，ARM微处理器与存储模块进行数据存储和调用，ARM微处理器处理数据、计算轨迹后通过通讯模块将控制信号发给机器人执行控制单元。
所述ARM微处理器采用ARM作为处理器的主控芯片，处理器软件采用WINCE嵌入式系统作为核心，用户程序包括操作界面，文件管理程序，通讯程序，示教系统，轨迹算法程序，PLC编辑程序和PLC解码程序。
本发明的有益效果在于：本发明具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统，将PLC系统与机器人示教控制系统集成为一体，可运用各种算法，提高电机控制的性能。可以采用PLC的梯形图和指令清单作为控制机器人及其外围设备的编程语言，使操作更加方便，简单，实现对机器人的自动控制。通过PLC实现不同条件时对机器人不同程序的调用与控制，实现同一台机器人完成不同工作的柔性化控制。PLC梯形图语言简洁、直观的图形符号及注释信息，使对工业机器人的控制更加直观明了，操作和使用也更加方便。系统整体结构新颖，设计小巧便捷。
附图说明
图1为本发明具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统架构图；
图2为本发明具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统软件架构图；
图3为本发明具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统示教流程图；
图4为本发明具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统中PLC系统I/O接口图；
图5为本发明具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统PLC功能流程图。
具体实施方式
如图1~2具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统架构图和软件架构图，系统包括：由ARM9微处理器，存储模块，通讯模块，LCD和触摸屏显示模块，I/O接口模块，操纵杆模块，快捷按钮组成的硬件部分和由WINCE嵌入式系统内核，基于硬件的驱动程序，用户程序组成的软件部分。
工业机器人控制系统以ARM9处理芯片为核心。ARM9作为控制系统主控芯片，负责整个系统的控制、人机交互以及多机通讯、轨迹算法，示教控制，PLC控制等，可运用各种算法，提高控制电机的性能。
机器人控制系统的触摸显示屏是对机器人控制的输入输出设备，它不仅能实现人机交互的输入功能，同时具有人机交互显示输出的功能，完成操作者输入信息的显示和机器人运行状态以及提示信息的显示。通过控制系统对示教动作进行定义，实现控制算法，并进行运动规划，通过串口将示教数据发送给多轴运动控制卡，运动控制卡进行运动控制。可以通过操纵杆直接进行示教控制，也可以进行在线编程。快捷按钮用作热键使用，操作者可以在软件中根据自己的需要对快捷按钮进行功能设置，用来给操作者操作时带来方便。
控制系统软件采用WINCE嵌入式系统为核心，用户程序包括操作界面，文件管理程序，通讯程序，示教系统，轨迹算法程序，PLC编辑程序和PLC解码程序。
示教系统软件实现对机器人的示教编程，同时具有存储功能，操作的程序能保存在存储器中，并在需要时可以调用。如图3所示控制系统示教流程，在触摸屏上，打开示教指令编辑软件，打开或新建一个示教文件，选择运动模式、速度模式，指定起点、终点、运行时间、抓手动作等。然后处理器将进行运动学逆解，计算出机器人各个关节的电机需要旋转的角度，然后根据插入的提升点和下方点进行轨迹规划，计算轨迹方程，对轨迹定间隔插值，求出需要发送的控制序列点，若计算完毕，各序列点将通过串口发送给运动控制卡，各个关节的电机动作，运行作业。运动控制卡的核心为DSP，用作电机控制，根据接收到的示教器指示做出多轴控制对各个关节进行驱动，并接收编码器反馈信号实时检测电机位置。
用户通过PLC编辑软件可以输入PLC梯形图或指令清单，编译之后生成的机器语言可以被机器人执行。PLC处理采集并控制机器人及外围设备信号。对工业机器人来说，最基本的I/O信号端口就是末端执行器的开与关的控制，但是机器人的作业现场往往还有其他的数字信号和模拟信号要控制。实际上，除了现有的I/O端口，复杂大型的作业还要扩展I/O才能满足控制的需要。PLC在这时控制I/O端口，显得极为方便。一般来说，末端执行器的动力来源独立于机器人，有来自电机、气动的还有来自液压元件的。末端执行器的控制可以利用I/O接口板来实现，用PLC编程调用这些口，从而实现对末端执行器的控制。在I/O上的端口要与PLC程序中定义的名称要一一对应。输入输出信号的特征取决于编程和接线定义的具体情况。
机器人多用在自动工位上，由外围设备控制程序启动和运行，实现自动控制，这时就可以通过PLC实现不同条件时对机器人不同程序的调用与控制，实现同一台机器人完成不同工作的柔性化控制。PLC要指令焊接机器人进行何种工件规格的焊接，进行工件1还是工件2的焊接等，并将相应的焊接状态在操作终端中显示出来。为了实现这些控制指令，我们利用机器人控制系统中的“工作选择”端口，进行不同“工作”的定义，每个“工作”代表一个自定义的控制指令。通过“工作选择”端口的输入端子的不同组合，可以定义不同的“工作”号，不同的“工作”号对应不同的控制指令。如图4所示PLC系统I/O接口图，如利用“工作选择”的LineA IN5~IN7的信号组合来表示不同的“工作”，每个“工作”对应不同的工位及工件规格的焊接指令。当IN5和IN7为ON时，表示要进行左工位第3种工件规格的焊接，如下表所示。
Figure 2012101429706100002DEST_PATH_IMAGE001
同理，可以利用“工作选择”Line B的输出口来定义自己的状态信息。如利用Line B的OUT3~OUT5的组合来定义“正在焊接”、“焊接完成”、“正在焊接工件1”及“正在焊接工件2”等状态信息。Line B的输出口与PLC的输入口连接，PLC通过这些输入信号的状态，就可以判别这些自定义的状态，再送到操作终端显示出来。
如图5所示，PLC功能流程。在触摸屏上，打开PLC编辑软件，打开或新建一个PLC控制程序，编辑PLC梯形图或指令清单。编辑完成之后，进行编译，将梯形图或指令清单生成机器语言。通过I/O口发送到I/O控制板上，对机器人及其外围设备进行控制。PLC可以完成对诸如报警状态显示，工件夹紧，反馈传感器测量值等输入输出口的控制。

Claims (2)

1.一种具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统，包括ARM微处理器，存储模块，通讯模块，LCD和触摸屏显示模块，I/O接口模块，操纵杆模块，快捷按钮，其特征在于，示教控制和PLC控制通过LCD和触摸屏显示模块将指令输入ARM微处理器，操纵杆模块和快捷按钮直接将指令输入ARM微处理器，I/O接口模块接机器人执行器的输入和输出信号端，ARM微处理器与存储模块进行数据存储和调用，ARM微处理器处理数据、计算轨迹后通过通讯模块将控制信号发给机器人执行控制单元。
2.根据权利要求1所述具有PLC功能的六轴工业机器人控制系统，其特征在于，所述ARM微处理器采用ARM作为处理器的主控芯片，处理器软件采用WINCE嵌入式系统作为核心，用户程序包括操作界面，文件管理程序，通讯程序，示教系统，轨迹算法程序，PLC编辑程序和PLC解码程序。
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