CN103978324A - 一种双核五轴焊接机器人控制系统 - Google Patents

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骆敏舟
郭发勇
凌松
周平
李涛
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/414—Structure of the control system, e.g. common controller or multiprocessor systems, interface to servo, programmable interface controller

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Abstract

本发明提供一种双核五轴焊接机器人控制系统，由示教器单元、传感器单元、运动控制单元组成；该示教器单元包括第一数字信号处理器，以及与该第一数字信号处理器相连的显示输入设备、存储器、第一通信接口；该运动控制单元包括第二数字信号处理器，以及与该第二数字信号处理器相连的正交解码计数器、第二通讯接口以及用于将控制信号和驱动信号隔离开的隔离电路，且该第二通讯接口与该第一通讯接口相连；该传感器单元包括与该第二数字处理器相连的温度传感器以及湿度传感器。该双核五轴焊接机器人控制系统控制精度高，焊接质量可靠，操作简易，成本低，可广泛应用于机械、汽车、冶金、建筑等多种行业的自动化焊接。

Description

一种双核五轴焊接机器人控制系统
技术领域
本发明涉及自动化领域，特别涉及一种双核五轴焊接机器人控制系统。
背景技术
目前很多焊接行业中小型企业在生产过程依然采用人工焊接的作业方式，较高的人工成本和低效率会直接影响这些企业的生存。目前机器人自动化焊接采用的高端设备成本过高，且使用和操作需要专门的技术人员经过培训方可完成，再加上人员的流动性和人力成本的提高，这些将令企业无法承受。
专门针对中小型企业的自动化焊接设备，需要解决成本过高和示教操作复杂的问题。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
为克服现有技术的问题，本发明提供一种双核五轴焊接机器人控制系统，由示教器单元、传感器单元、运动控制单元组成；该示教器单元包括第一数字信号处理器，以及与该第一数字信号处理器相连的显示输入设备、存储器、第一通信接口；该运动控制单元包括第二数字信号处理器，以及与该第二数字信号处理器相连的正交解码计数器、第二通讯接口以及用于将控制信号和驱动信号隔离开的隔离电路，且该第二通讯接口与该第一通讯接口相连；该传感器单元包括与该第二数字处理器相连的温度传感器以及湿度传感器。
根据本发明的一个实施例，还包括电源单元，该电源单元由交流-直流电源和直流-直流电源组成。
根据本发明的一个实施例，还包括外控开关，用于控制焊枪的开关以及外部焊接辅助开关信号量。
根据本发明的一个实施例，该第一通信接口与该第二通信接口包含CAN总线接口，该第一通信接口与该第二通信接口通过CAN总线相连。
根据本发明的一个实施例，该第一通信接口还包含RS485总线接口；该第二通信接口还包含RS232总线接口、RS485总线接口。
根据本发明的一个实施例，该显示输入设备包括液晶屏以及键盘。
根据本发明的一个实施例，该存储器采用SRAM存储芯片和FLASH存储芯片。
根据本发明的一个实施例，该第一数字信号处理器用于进行机器人轨迹规划算法计算；该第二数字信号处理器通过该隔离电路控制五个轴的电机和离合器，在多轴运动控制过程中经过插补计算输出相应频率的PWM和步进方向，通过该正交解码计数器获取机械臂各轴的角度信息，实现焊枪速度和位置的控制。
根据本发明的一个实施例，该正交解码计数器采用三片电机码盘解码芯片。
根据本发明的一个实施例，该隔离电路还用于控制电机和输出齿轮之间的离合器。
本发明相比现有技术突出的优点是：
1、控制精度高，焊接质量可靠：记录了采集的焊接轨迹，经过不同的插补算法可进行自动化的焊接控制。
2、操作简易，低成本：步进电机可以完全满足低速焊接的要求，本发明的控制对象正是价格低廉的步进电机或者由步进电机组成的简易伺服，可较大降低机器人设计时的本体成本，且无需配备和设计昂贵、体积较大的控制柜。
3、针对五轴焊接机器人，可广泛应用于机械、汽车、冶金、建筑等多种行业的自动化焊接，具有较广阔的应用前景。
通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为本发明实施例的双核五轴焊接机器人控制系统的结构示意图。
图2为本发明实施例的双核五轴焊接机器人控制系统的外观示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明提供一种双核五轴焊接机器人控制系统，由示教器单元10、传感器单元30、运动控制单元20组成；该示教器单元10包括第一数字信号处理器11，以及与第一数字信号处理器11相连的显示输入设备、存储器14、第一通信接口15；该运动控制单元20包括第二数字信号处理器21，以及与该第二数字信号处理器21相连的正交解码计数器24、第二通讯接口25以及用于将控制信号和驱动信号隔离开的隔离电路22，且该第二通讯接口25与该第一通讯接口15相连；该传感器单元30包括与第二数字处理器21相连的温度传感器32以及湿度传感器33。其中该显示输入设备包括液晶屏12以及键盘13。
在本实施例中，该第一数字信号处理器15用于进行机器人轨迹规划算法计算；更具体的包括负责人机交互，驱动液晶屏，控制键盘，控制存储器存储机器人参数和生成轨迹，通过CAN总线控制运动控制单元。
该第二数字信号处理器25通过该隔离电路22控制五个轴的电机和离合器，在多轴运动控制过程中经过插补计算输出相应频率的PWM和步进方向，通过该正交解码计数器获取机械臂各轴的角度信息，实现焊枪速度和位置的控制。
该第一通信接口包含CAN总线接口16、RS485总线接口；该第二通信接口包含CAN总线接口26、RS232总线接口27、RS485总线接口28，而该第一通信接口15与该第二通信接口25通过CAN总线相连。
该存储器14采用SRAM存储芯片和FLASH存储芯片，SRAM存储芯片用于存储当前机器人系统各项参数和正在使用的焊接轨迹，FLASH存储芯片用于存储机器人固有参数和已经存储的多条焊接轨迹。
该正交解码计数器24采用三片电机码盘解码芯片，每片控制两个轴的增量码盘计数，由DSP提取脉冲数转化成机械臂关节的角度值。该隔离电路22采用光耦芯片HCPL-0531作为隔离器件和电平转换器将控制信号和驱动信号隔离开，还用于控制电机和输出齿轮之间的离合器。
此外，还包括电源单元40，该电源单元40由交流-直流电源42和直流-直流电源41组成。还包括外控开关23，用于控制焊枪的开关以及外部焊接辅助开关信号量，外控开关电路是由DSP控制CMOS管的开、断控制多路继电器。虽然图中未显示，还可以包括上位机，上位机可以通过RS232进行一对一或者通过RS485进行一对多的控制。
在具体实施时，示教器单元10的第一数字信号处理器11通过液晶屏12和键盘13输入完成人机交互功能，与运动控制单元20通过CAN总线通讯获知机器人各个电机的位姿情况，方便示教操作和运动信息反馈。示教方式可由用户设定断开离合器，手动推动机械臂并调整焊枪位姿，运动控制单元20中的第二数字信号处理器通过控制正交解码计数器获取焊接过程中的点位信息，经过CAN总线将机械臂各个关节的角度信息反馈给示教器单元，用户选择插补方式和焊接参数设定实现焊接速度和轨迹等的存储。示教器单元10中的第一通信接口15预留数字化焊机485通讯接口，在获知通讯协议的情况下可以与焊机通讯提高焊接工艺和质量。
本发明提供的双核五轴焊接机器人控制系统，其示教器单元在人机交互示教时提供便捷的示教方式，即与控制运动控制单元的通讯获取用户指定点位的信息采集并进行插补运算和存储。运动控制单元接收示教器单元的示教指令或运动控制指令并进行电机控制和信息反馈。且示教器单元和运动控制单元通讯方式采用标准的工业总线。这种焊接机器人控制系统可以在满足焊接要求的情况下降低系统成本并满足不同用户的示教操作需求，填补了市场空白，具有较广阔的应用前景。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，由示教器单元、传感器单元、运动控制单元组成；所述示教器单元包括第一数字信号处理器，以及与所述第一数字信号处理器相连的显示输入设备、存储器、第一通信接口；所述运动控制单元包括第二数字信号处理器，以及与所述第二数字信号处理器相连的正交解码计数器、第二通讯接口以及用于将控制信号和驱动信号隔离开的隔离电路，且所述第二通讯接口与所述第一通讯接口相连；所述传感器单元包括与所述第二数字处理器相连的温度传感器以及湿度传感器。
2.根据权利要求1所述的双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，还包括电源单元，所述电源单元由交流-直流电源和直流-直流电源组成。
3.根据权利要求1所述的双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，还包括外控开关，用于控制焊枪的开关以及外部焊接辅助开关信号量。
4.根据权利要求1所述的双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，所述第一通信接口与所述第二通信接口包含CAN总线接口，所述第一通信接口与所述第二通信接口通过CAN总线相连。
5.根据权利要求4所述的双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，所述第一通信接口还包含RS485总线接口；所述第二通信接口还包含RS232总线接口、RS485总线接口。
6.根据权利要求1所述的双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，所述显示输入设备包括液晶屏以及键盘。
7.根据权利要求1所述的双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，所述存储器采用SRAM存储芯片和FLASH存储芯片。
8.根据权利要求1所述的双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，所述第一数字信号处理器用于进行机器人轨迹规划算法计算；所述第二数字信号处理器通过所述隔离电路控制五个轴的电机和离合器，在多轴运动控制过程中经过插补计算输出相应频率的PWM和步进方向，通过所述正交解码计数器获取机械臂各轴的角度信息，实现焊枪速度和位置的控制。
9.根据权利要求1所述的双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，所述正交解码计数器采用三片电机码盘解码芯片。
10.根据权利要求1所述的双核五轴焊接机器人控制系统，其特征在于，所述隔离电路还用于控制电机和输出齿轮之间的离合器。
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