CN103935771B - 一种码垛工业机器人的电控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种码垛工业机器人的电控系统,其特征在于:所述的电控系统采用PC-BASE构架形式进行搭建,即机柜中设有电源模块、辅助电源模块分别连接工控机和伺服驱动器,工控机与伺服驱动器进行双向通信;所述的工控机内部设有码垛寄存器模块、变加速PID寄存器模块以及内部运动控制模块。由于采用上述的结构,本发明采用”PC-BASE”构架形式,结构精简,节能降耗,可扩展机器人运动变加速时间和PID功能,这样可节省码垛、卸跺时间,具有很好的稳定性,性价比很高。

Description

一种码垛工业机器人的电控系统
技术领域
[0001] 本发明涉及码垛工业机器人,特别涉及一种码垛工业机器人的电控系统。
背景技术
[0002] 工业码垛机器人属于典型的机电一体化高科技产品,对企业提高生产效率,增长 经济效益、保证产品质量,改善劳动条件、优化作业布局贡献巨大,其应用的数量和质量标 志企业生产自动化的先进水平。控制系统是工业码垛机器人最为重要的组成部分,对机器 人码垛功能的实现及作业性能的保障起着至关重要的的作用,直接决定着机器人的运动精 度及工作效果。
[0003] 目前在用的工业码垛机器人采用"工控机+板卡控制器+驱动器"形式的控制系 统,虽然操作简单,但是稳定性能和可靠性都相当较低。无法满足现代工业生产的需求。
[0004] 针对上述问题,为码垛工业机器人提供一种新型的电控系统,使得码垛机器人可 以进彳丁功能扩展,并且近一步提尚系统稳定性。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是,提供一种码垛工业机器人的电控系统,使其可以 根据需要进行功能扩展,并且近一步提高系统稳定性。
[0006] 为达到上述目的,本发明的技术方案是,一种码垛工业机器人的电控系统,其特征 在于:所述的电控系统采用PC-BASE构架形式进行搭建,即机柜中设有电源模块、辅助电源 模块分别连接工控机和伺服驱动器,工控机与伺服驱动器进行双向通信;所述的工控机内 部设有码垛寄存器模块、变加速PID寄存器模块以及内部运动控制模块。
[0007] 所述的工控机为码垛寄存器模块计算出所有码垛点位置,并把位置传输给内部运 动控制模块;变加速PID寄存器模块根据内部运动控制模块反馈的位置调用不同PID参数、 速度和加速度给内部运动控制模块,内部运动控制模块一边接受伺服驱动器所反馈的当前 位置,一边传输下一周期需要的位置、速度、加速度和PID参数给伺服驱动器,伺服驱动器5 驱动电机6工作。
[0008] 所述的电控系统首先根据用户设置的码垛模式、初始点位置和码垛参数算出后续 点的位置,并且根据输入的机器人参数,算出码垛点有无超出工作范围;码垛点计算得出 后,需要在码垛时,通过界面指令逐个发出。
[0009] 所述的电控系统首先测试机器人在各种位置的PID参数和运行轨迹速度、加速 度,然后存储到变加速PID寄存器模块;内部运动控制模块实时检测在各种位置下,自适应 调整PID参数、加速度;根据用户设计的码垛运行轨迹和伺服驱动器返回的伺服驱动位置、 速度参数,内部运动控制模块会选取最优的PID和速度、加速度参数给伺服驱动器,控制伺 服运动。
[0010] 所述的机柜上设有操作面板连接电源模块。
[0011] 所述的机柜内设有散热片和风扇。
[0012] 一种码垛工业机器人的电控系统,由于采用上述的结构,本发明采用" PC-BASE"构 架形式,结构精简,节能降耗,可扩展机器人运动变加速时间和PID功能,这样可节省码垛、 卸跺时间,具有很好的稳定性,性价比很高,适于工业现场应用,码垛功能通过位置参数设 定模块可以进行寄存器参数、动作模式以及位置数据的设定、位置测试等,从而使该模块的 运行准备和工作调试变得简便。
附图说明
[0013] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明;
[0014] 图1为本发明一种码垛工业机器人的电控系统结构示意图;
[0015] 图2为本发明一种码垛工业机器人的电控系统的原理图;
[0016] 图3为本发明一种码垛工业机器人的电控系的码垛软件流程图;
[0017] 图4为本发明一种码垛工业机器人的电控系统变加速PID软件流程图;
[0018] 在图1-2中,1、工控机;2、码垛寄存器模块;3、变加速PID寄存器模块;4、内部运 动控制模块;5、伺服驱动器;6、电机;7、操作面板;8、电源模块;9、辅助电源模块;10、散热 片;11、风扇;12、机柜。
具体实施方式
[0019] 如图1-2所示,本发明采用PC-BASE构架形式进行搭建,即机柜12中设有电源模 块8、辅助电源模块9分别连接工控机1和伺服驱动器5,工控机1与伺服驱动器5进行双 向通信;所述的工控机1内部设有码垛寄存器模块2、变加速PID寄存器模块3以及内部运 动控制模块4。机柜12上设有操作面板7连接电源模块8。机柜12内设有散热片10和风 扇Ilo
[0020] 其中操作面板7为接通或断开控制单元的电源电压,给电机上电,去电功能;散热 片10对工控机、驱动器和各电器元件起到散热效果;风扇11为电控采用双循环通风效果, 给电柜内部散热;工控机1采用内置英特尔双核处理器的高性能、高可靠性的贝加莱工业 计算机APC820,集分析运算和运动控制于一体。APC820是针对各种恶劣环境而设计的,设 计中不带内部电缆,为实现最高等级的抗震性和操作安全性提供了保障;电源模块8提供 伺服驱动器5直流电源,通过连接器给伺服驱动器5提供电源实现共直流母线电压;辅助电 源模块9输出24V直流电源,给辅助设备电路供电的馈线或整流模块;伺服驱动器5为电机 伺服控制单元。依据功率,配置模块可控制1或2个轴电机。
[0021] 工控机1为码垛寄存器模块2计算出所有码垛点位置,并把位置传输给内部运动 控制模块4 ;变加速PID寄存器模块3根据内部运动控制模块4反馈的位置调用不同PID参 数、速度和加速度给内部运动控制模块4,内部运动控制模块4 一边接受伺服驱动器5所反 馈的当前位置,一边传输下一周期需要的位置、速度、加速度和PID参数给伺服驱动器5,伺 服驱动器5驱动电机6工作。
[0022] 如图3所示,码垛功能实现方法为:
[0023] (1)码垛模式设置
[0024] 码垛模式:在工具坐标下或世界坐标系下,根据用户示教点的位姿和后续点码垛 顺序所确立的模式,该模式有15种,根据坐标系方向分为:Z,Y,X,ZX,ZY,YX,XZ,YZ,XY,ZYX ,ZXY,YZX,YXZ,XZY,XYZ,每种分别对应码垛序号
[0025] (2)初始点设置
[0026] 码垛模式中先示教码垛过渡点和第一个码垛点,后续点过渡点和码垛点根据初始 点的位姿和参数的设置而得出
[0027] (3)码垛参数设置
[0028] 码垛的各实体位姿根据设置的参数算出,参数中包括码垛实体各方向上的层数和 各方向上码垛实体之间距离
[0029] (4)码垛点计算
[0030] 根据初始点位置,码垛模式和参数设置,算出后续点的位置,以下列举一种码垛 模式计算方法
[0031] 如果用户选择ZYX码垛模式,算法如下
[0032] for ax=0;! :xx for ay=(): I :vy for az=0:1 :zz p(i J )=ίρ.χ+αχΫόχ;
[0033] p{i,2)=tp.y+ay*dy; p(i,3)=tp.z+az"dz; i=i-M; end s(j,l)=ts.x+ax*dx; s(j,2)=ts.y-ray*dy; s(j,3)=ts.z; j=j+U end end
[0034] (5)码垛点测试
[0035] 根据输入的参数和设置的码垛模式检查算出的码垛点有无超出工作范围
[0036] (6)码垛算法在B&R平台实现
[0037] 码垛点计算得出后,需要在运行时,通过界面指令逐个发出,通过贝加莱翻译器, 编写"start pallet'指令,来逐个发出码垛点和过渡点。算法如下:
[0038] for ii=l: I :i vv=fix(ii/(zz+l ))+1; if mod{ii,(zz+1 ))==0 w=w-1; end pt( I. I )=s(w.]); pt(l,2)-s(w,2.); pt(],3)=s(w,3);
[0039] pt(2,l )=p(ii,l); pt(2,2)=p(ii,2); pt(2,3)=p(ii,3); end
[0040] 如图4所示,电控系统首先根据用户设置的码垛模式、初始点位置和码垛参数算 出后续点的位置,并且根据输入的机器人参数,算出码垛点有无超出工作范围;码垛点计算 得出后,需要在码垛时,通过界面指令逐个发出。电控系统首先测试机器人在各种位置的 PID参数和运行轨迹速度、加速度,然后存储到变加速PID寄存器模块3 ;内部运动控制模块 单元4实时检测在各种位置下,自适应调整PID参数、加速度;根据用户设计的码垛运行轨 迹和伺服驱动器5返回的伺服驱动位置、速度参数,内部运动控制模块4会选取最优的PID 和速度、加速度参数给伺服驱动器5,控制伺服运动。
[0041] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式 的限制,只要采用了本发明技术方案进行的各种改进,或未经改进直接应用于其它场合的, 均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1. 一种码垛工业机器人的电控系统,其特征在于:所述的电控系统采用PC-BASE构架 形式进行搭建,即机柜(12)中设有电源模块(8)、辅助电源模块(9)分别连接工控机(1) 和伺服驱动器(5),工控机(1)与伺服驱动器(5)进行双向通信;所述的工控机(1)内部设 有码垛寄存器模块(2)、变加速PID寄存器模块(3)以及内部运动控制模块(4);所述的工 控机(1)为码垛寄存器模块(2)计算出所有码垛点位置,并把位置传输给内部运动控制模 块(4);变加速PID寄存器模块(3)根据内部运动控制模块(4)反馈的位置调用不同PID 参数、速度和加速度给内部运动控制模块(4),内部运动控制模块(4) 一边接受伺服驱动器 (5)所反馈的当前位置,一边传输下一周期需要的位置、速度、加速度和PID参数给伺服驱 动器(5),伺服驱动器(5)驱动电机(6)工作。
2. 根据权利要求1所述的一种码垛工业机器人的电控系统,其特征在于:所述的电控 系统首先根据用户设置的码垛模式、初始点位置和码垛参数算出后续点的位置,并且根据 输入的机器人参数,算出码垛点有无超出工作范围;码垛点计算得出后,需要在码垛时,通 过界面指令逐个发出。
3. 根据权利要求1所述的一种码垛工业机器人的电控系统,其特征在于:所述的电控 系统首先测试机器人在各种位置的PID参数和运行轨迹速度、加速度,然后存储到变加速 PID寄存器模块(3);内部运动控制模块(4)实时检测在各种位置下,自适应调整PID参数、 加速度;根据用户设计的码垛运行轨迹和伺服驱动器(5)返回的伺服驱动位置、速度参数, 内部运动控制模块(4)会选取最优的PID和速度、加速度参数给伺服驱动器(5),控制伺服 运动。
4. 根据权利要求1所述的一种码垛工业机器人的电控系统,其特征在于:所述的机柜 (12)上设有操作面板(7)连接电源模块(8)。
5. 根据权利要求1所述的一种码垛工业机器人的电控系统,其特征在于:所述的机柜 (12)内设有散热片(10)和风扇(11)。
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