CN104526696B - 一种新型四轴机器人控制系统 - Google Patents

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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop

Abstract

本发明公开了一种新型四轴机器人控制系统，上位机将输入的参数转化为机器人关节上的伺服电机的运行数据发送给DSP模块，DSP模块将伺服电机的运行数据转化为伺服驱动器的驱动信息发送给CPLD模块，CPLD模块精确发出脉冲数给伺服驱动器带动机器人关节运动从而完成各个动作，编码器实时记录伺服电机运行的实际位置数据发送给stm32模块，stm32模块对接收到的数据计算后发送给DSP模块，DSP模块根据接收到的伺服电机运行的实际位置数据与伺服电机的运行数据进行比较，对伺服电机的运动误差进行补偿，形成闭环控制系统。本发明的有益效果是提供了一种能控制机器人四轴的系统，使得机器人运动灵活，能实现多种功能。

Description

一种新型四轴机器人控制系统
技术领域
本发明属于机器人技术领域，涉及一种新型四轴机器人控制系统。
背景技术
在芯片检测、电路板贴片加工、装配等行业中，主要工作都是在重复的进行着多个单一的动作，采用机器人代替人工操作可以提高生产效率，改善产品质量，降低生产成本；在这些行业中，所重复的动作一般具有区域性(即在多个区域间来回运动)，目标运动点较多，对位置精度、重复精度、速度等都有很高的要求；采用通用机器人实现这些动作，不易编写程序，一般需要专业技术人员才能完成；针对具有区域性动作要求的行业，设计一款不用操作者编程即可实现机器人控制的系统是很有市场前景的。
通用型四轴机器人控制系统一般是上位机+运动控制系统的模式，由上位机、运动控制系统、伺服驱动器、伺服电机、编码器组成；操作者在上位机上编写应用程序程，实现机器人的运动控制；此类机器人功能强大，通用性好，同时也存在着诸多问题。存在的主要问题有：上位机由编程界面和算法组成。操作者需要采用VAL等机器人语言在编程界面中编写应用程序。虽然机器人语言命令简单，清晰易懂，但对于一些特殊运动也是难以描述的。
运动控制系统主要是接收上位机的应用程序控制各关节电机运动。硬件设计主要有运动控制卡、DSP+FPGA、DSP+CPLD、DSP+PLC等形式，这些设计均能满足使用要求。由于是通用型机器人，为了满足多功能要求，在软件和硬件上投入都非常大，且资源分配多元化。对于如芯片检测行业的特殊用户来说，仅仅是使用机器人的一个或者多个功能，而且对这些功能有着较高的要求，通用型机器人的运动控制系统便不能满足使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型四轴机器人控制系统，解决了目前通用型机器人的运动控制系统较简单，不能满足机器人多功能的问题。
本发明所采用的技术方案是包括上位机、运动控制系统、伺服驱动器、伺服电机、编码器；其中，运动控制系统由DSP模块、CPLD模块、stm32模块、输入输出模块、电源模块组成；
上位机中输入参数，上位机将输入的参数转化为机器人关节上的伺服电机的运行数据，上位机将伺服电机的运行数据发送给DSP模块，DSP模块将伺服电机的运行数据转化为伺服驱动器的驱动信息发送给CPLD模块，CPLD模块根据驱动信息，精确发出脉冲数给伺服驱动器，伺服驱动器接收CPLD模块发出的脉冲驱动伺服电机运动，伺服电机带动机器人关节运动从而完成各个动作，实现机器人的各种功能，编码器实时记录伺服电机运行的实际位置数据，stm32模块读取编码器记录的伺服电机运行的实际位置数据，stm32模块对接收到的数据进行计算，并将计算结果发送给DSP模块，DSP模块根据接收到的伺服电机运行的实际位置数据与伺服电机的运行数据进行比较，对伺服电机的运动误差进行补偿，形成闭环控制系统，实现实时控制调整运动状态的目的。
进一步，所述DSP模块通过输入输出模块接收外部的其他设备信号，从而控制伺服电机的启停等功能；或者通过输入输出模块向外部的其他设备发送信号。
进一步，所述DSP模块将伺服电机运行的实际位置数据和输入输出模块接收到的其他设备发送的信息发送给上位机，在上位机上进行显示。
进一步，所述CPLD模块连接的伺服驱动器数量为四个，通过高速GPIO口连接。
本发明的有益效果是提供了一种能控制机器人四轴的系统，使得机器人运动灵活，能实现多种功能。
附图说明
图1是本发明一种新型四轴机器人控制系统示意图；
图2是本发明控制信息传递线路框图；
图3是本发明上位机操作流程框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明是一种实现PTP运动控制(点位控制)的控制系统；如图1所示，本发明系统包括上位机、运动控制系统、伺服驱动器、伺服电机、编码器；其中，运动控制系统由DSP(数字信号处理器)模块、CPLD模块(Complex Programmable Logic Device)即复杂可编程逻辑器件、stm32模块(ARM Cortex-M3内核)、输入输出模块、电源模块组成；运动控制系统根据上位机输送来的运动信息实现机器人的控制。
如图2所示的控制信息传递，在上位机中设定参数，如目标点坐标、点运动路径、运动块坐标和块运动路径，上位机将输入的参数转化为机器人关节上的伺服电机的运行数据，伺服电机的运行数据包括电机角速度、循环次数、重复次数等，上位机将伺服电机的运行数据发送给DSP模块，DSP模块将伺服电机的运行数据转化为伺服驱动器的驱动信息(脉冲数、脉冲频率等)发送给CPLD模块，CPLD模块根据驱动信息，精确发出脉冲数给伺服驱动器，伺服驱动器接收CPLD模块发出的脉冲驱动伺服电机运动，伺服电机带动机器人关节运动从而完成各个动作，实现机器人的各种功能。同时，编码器实时记录伺服电机运行的实际位置数据，stm32模块读取编码器记录的伺服电机运行的实际位置数据，stm32模块对接收到的数据进行计算，并将计算结果发送给DSP模块，DSP模块根据接收到的伺服电机运行的实际位置数据与伺服电机的运行数据进行比较，对伺服电机的运动误差进行补偿，形成闭环控制系统，实现实时控制调整运动状态的目的。
运动控制系统的DSP模块还可通过输入输出模块接收外部的其他设备信号，如芯片检测信号(良品或者不良品)、启动信号、停止信号等，从而控制伺服电机的启停等功能，还可通过输入输出模块向其他设备发送信号，如运动完成信号、运行错误信号等。
运动控制系统的DSP模块将伺服电机运行的实际位置数据和输入输出模块接收到的其他设备发送的信息发送给上位机，在上位机上进行显示，方便操作人员进一步操作。电源模块为运动控制系统的DSP模块、CPLD模块、Stm32模块提供恒定电压；DSP模块与上位机通过RS232通信，DSP模块与CPLD模块通过CAN通信，DSP模块与stm32模块通过RS232通信；输入输出模块采用光耦隔离的DSP模块的GPIO口，其作用是与其他设备连接，输入GPIO口用于接收其他设备信息，输出GPIO口用于向其他设备发送控制信息；CPLD模块连接的伺服驱动器数量为四个，通过高速GPIO口连接；
本发明支持四轴机器人进行点运动和块运动两种运动模式；上位机操作流程如图3所示，控制所述的点运动需要用户对目标点信息输入界面和运动路径信息输入界面进行操作；所述的块运动需要用户对运动块信息输入界面和块运动路径信息输入界面进行操作；输入信息，将目标点信息转化为机器人四个关节电机的角位置和角速度，并将信息保存为文本形式；上位机将保存的文本下载至运动控制系统的DSP模块中。
本发明的优点有：本发明控制系统方法简单，能控制机器人四轴实时精确运行，并对机器人的运动进行实时对比控制，，使得机器人运动灵活，能实现多种功能。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种新型四轴机器人控制系统，其特征在于：包括上位机、运动控制系统、伺服驱动器、伺服电机、编码器；其中，运动控制系统由DSP模块、CPLD模块、stm32模块、输入输出模块、电源模块组成；
上位机中输入参数，上位机将输入的参数转化为机器人关节上的伺服电机的运行数据，上位机将伺服电机的运行数据发送给DSP模块，DSP模块将伺服电机的运行数据转化为伺服驱动器的驱动信息发送给CPLD模块，CPLD模块根据驱动信息，精确发出脉冲数给伺服驱动器，伺服驱动器接收CPLD模块发出的脉冲驱动伺服电机运动，伺服电机带动机器人关节运动从而完成各个动作，实现机器人的各种功能，编码器实时记录伺服电机运行的实际位置数据，stm32模块读取编码器记录的伺服电机运行的实际位置数据，stm32模块对接收到的数据进行计算，并将计算结果发送给DSP模块，DSP模块根据接收到的伺服电机运行的实际位置数据与伺服电机的运行数据进行比较，对伺服电机的运动误差进行补偿，形成闭环控制系统，实现实时控制调整运动状态的目的；
所述DSP模块通过输入输出模块接收外部的其他设备信号，从而控制伺服电机的启停功能；或者通过输入输出模块向外部的其他设备发送信号；
2.按照权利要求1所述一种新型四轴机器人控制系统，其特征在于：所述DSP模块将伺服电机运行的实际位置数据和输入输出模块接收到的其他设备发送的信息发送给上位机，在上位机上进行显示。
3.按照权利要求1所述一种新型四轴机器人控制系统，其特征在于：所述CPLD模块连接的伺服驱动器数量为四个，通过高速GPIO口连接。
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