CN104908041B - 一种串联六轴工业机器人控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串联六轴工业机器人控制装置及方法，所述控制装置包括变位机分组配置模块、变位机位姿标定模块、变位机协调运动模块、变位机指令译码模块和图形显示模块；变位机分组配置模块和变位机位姿标定模块分别与图形显示模块连接，变位机位姿标定模块与变位机分组配置模块连接，变位机分组配置模块、变位机位姿标定模块、变位机指令译码模块分别与变位机协调运动模块连接；变位机协调运动模块通过工业以太网GSK‑Link总线与伺服驱动装置实现相互通信，伺服驱动装置与串联六轴工业机器人、至少一个变位机连接。本发明使得串联六轴工业机器人在焊接、搬运、喷涂等工艺方面应用中，能够实现工艺流程简化、缩短工艺装配时间、提高生产效率等优点。

Description

一种串联六轴工业机器人控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种工业机器人控制装置及方法，尤其是一种串联六轴工业机器人控制装置及方法，属于工业机器人控制领域。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器，它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，其中串联六自由度(六轴)工业机器人在焊接、搬运、喷涂等工艺方面得到了广泛应用。目前，串联六自由度工业机器人在工艺方面应用时，常常需要用到变位机来协调工业机器人完成应用要求。

但由于现有的串联六自由度工业机器人控制系统，往往只提供外加一个单轴变位机或者一个双轴变位机来协调工业机器人的运动控制，使得在工艺应用中，也只可采取一个串联六自由度工业机器人外加一个单轴变位机或一个双轴变位机来进行工艺应用，从而造成生产效率低，工艺装配耗时长等问题，且由于工艺往往存在多道工序，多道工序在单工位上进行工艺应用，易造成单工位工艺装配设计复杂等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种串联六轴工业机器人控制装置，该装置可以灵活地配置多工位变位机，使得串联六轴工业机器人在焊接、搬运、喷涂等工艺方面应用中，能够实现工艺流程简化、缩短工艺装配时间、提高生产效率等优点。

本发明的另一目的在于提供一种串联六轴工业机器人控制装置的控制方法。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种串联六轴工业机器人控制装置，所述控制装置包括变位机分组配置模块、变位机位姿标定模块、变位机协调运动模块、变位机指令译码模块和图形显示模块；所述变位机分组配置模块和变位机位姿标定模块分别与图形显示模块连接，所述变位机位姿标定模块与变位机分组配置模块连接，所述变位机分组配置模块、变位机位姿标定模块、变位机指令译码模块分别与变位机协调运动模块连接；

所述变位机协调运动模块通过工业以太网GSK-Link总线与伺服驱动装置实现相互通信，所述伺服驱动装置与串联六轴工业机器人、至少一个变位机连接，其中所述伺服驱动装置包括串联六轴工业机器人伺服驱动器和变位机伺服驱动器。

优选的，所述变位机分组配置模块，其分组配置的顺序与分组对应的变位机伺服驱动器接入工业以太网GSK-Link总线的顺序有关，且根据变位机伺服驱动器所连接的变位机的轴数，依次进行参数配置；

所述变位机位姿标定模块，采用串联六轴工业机器人依次对所连接的变位机进行位姿标定，若变位机为单轴变位机，则采用三点法标定，若变位机为双轴变位机，则采用五点法标定，并将标定所得数据通过图形显示模块配置；

所述变位机指令译码模块，对指令进行译码，提取指令中的变位机轴信息，并将其发送给变位机协调运动模块；

所述变位机协调运动模块，根据变位机分组配置提供的信息和变位机位姿标定提供的信息，按变位机指令要求，通过伺服驱动装置控制串联六轴工业机器人与变位机协调运动。

优选的，所述控制装置可控制的多工位外部轴总数和≤四轴；

1)若多工位外部轴总数和为四轴，则变位机分组配置模块按如下组合为变位机配置分组：

1.1)两个单轴工位和一个双轴工位，即两个单轴变位机和一个双轴变位机，共配置三个分组；

1.2)两个双轴工位，即两个双轴变位机，共配置两个分组；

1.3)四个单轴工位，即四个单轴变位机，共配置四个分组；

2)若多工位外部轴总数和为三轴，则变位机分组配置模块按如下两种方式中的任一种为变位机配置分组：

2.1)一个单轴工位和一个双轴工位，即一个单轴变位机和一个双轴变位机，共配置两个分组；

2.2)三个单轴工位，即三个单轴变位机，共配置三个分组；

3)若多工位外部轴总数和为两轴，则变位机分组配置模块按如下两种方式中的任一种为变位机配置分组：

3.1)一个双轴工位，即一个双轴变位机，共配置一个分组；

3.2)两个单轴工位，即两个单轴变位机，共配置两个分组；

4)若多工位外部轴总数和为一轴，则变位机分组配置模块按如下组合为变位机配置分组：

4.1)一个单轴工位，即一个单轴变位机，共配置一个分组。

优选的，所述控制装置内部包含三个CPU，分别为第一ARM9芯片构成的第一CPU、第二ARM9芯片构成的第二CPU以及DSP6713芯片构成的第三CPU，所述图形显示模块在第一CPU内实现，所述变位机分组配置模块、变位机位姿标定模块和变位机指令译码模块在第二CPU内实现，所述变位机协调运动模块在第三CPU内实现；所述第一CPU与第二CPU之间采用FPGA总线进行通信，所述第二CPU与第三CPU之间采用共享内存方式进行通信。

具体的，所述变位机轴信息包括分组ID、轴角度、联动或非联动、轴运动有效或轴运动无效信息。

具体的，所述协调运动包括关节运动、直线运动和圆弧运动，共三类运动方式。

本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于上述串联六轴工业机器人控制装置的控制方法，包括以下步骤：

S1、变位机协调运动模块通过工业以太网GSK-Link总线将串联六轴工业机器人伺服驱动器按序连接；

S2、变位机协调运动模块通过工业以太网GSK-Link总线连接工位1～工位N的变位机伺服驱动器，其中N的取值范围是1～4；

S3、在图形显示模块的变位机分组配置界面，按步骤S2的连接情况，利用变位机分组配置模块配置分组数目，以及每个分组的轴数；

S4、变位机位姿标定模块采用串联六轴工业机器人对当前所选分组的变位机进行位姿标定；

S5、判断所有分组的变位机是否位姿标定完毕，若是，进入步骤S6；若否，返回步骤S4；

S6、根据工艺需求，通过图形显示模块的控制装置界面选中某工位的分组，进行串联六轴工业机器人与该工位关联的变位机示教编程；

S7、判断示教编程是否满足工艺需求，若是，进入步骤S8；若否，返回步骤S6；

S8、再现启动运行程序，变位机指令译码模块对指令进行译码，提取指令中的变位机轴信息，并将其发送给变位机协调运动模块，变位机协调运动模块通过伺服驱动装置控制工业机器人和变位机协调运动，进行工艺验证。

优选的，所述步骤S3配置的分组数目与步骤S2中的连接工位数目相同，所述步骤S3配置的每个分组的轴数与步骤S2中的对应工位的轴数相同。

优选的，步骤S6中，所述示教编程产生的指令，包括串联六轴工业机器人的六轴关节数据、所有多工位对应的变位机按序的分组轴数据、当前选用的工位对应的变位机分组号以及当前选用的工位对应的变位机指令速度。

优选的，步骤S6中，所述示教编程产生的指令对步骤S8的影响如下：

若当前选用的工位对应的变位机指令速度设置为0时，则在步骤S8时，空间运动将采取串联六轴工业机器人与变位机联动的方式；若当前选用的工位对应的变位机指令速度设置非0时，空间运动将采取串联六轴工业机器人与变位机非联动的方式。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

本发明装置及方法通过变位机分组配置模块和图形显示模块相配合，可以灵活地配置多工位变位机，并利用变位机指令译码模块和变位机协调运动模块，控制串联六轴工业机器人与变位机协调运动，使得串联六轴工业机器人在焊接、搬运、喷涂等工艺方面应用中，能够实现工艺流程简化、缩短工艺装配时间、提高生产效率等优点。

附图说明

图1为本发明实施例1的串联六轴工业机器人控制装置结构框图。

图2为本发明实施例1的串联六轴工业机器人控制装置内部组成框图。

图3为本发明实施例1的串联六轴工业机器人控制装置的一个应用示例结构图。

图4为本发明实施例1的串联六轴工业机器人控制装置的控制流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例的串联六轴工业机器人控制装置包括变位机分组配置模块101、变位机位姿标定模块102、变位机协调运动模块103、变位机指令译码模块104和图形显示模块105；所述变位机分组配置模块101和变位机位姿标定模块102分别与图形显示模块105连接，所述变位机位姿标定模块102与变位机分组配置模块101连接，所述变位机分组配置模块101、变位机位姿标定模块102、变位机指令译码模块104分别与变位机协调运动模块103连接；

如图2所示，本实施例的串联六轴工业机器人控制装置内部包含三个CPU，分别为第一ARM9芯片构成的第一CPU 21、第二ARM9芯片构成的第二CPU 22以及DSP6713芯片构成的第三CPU 23，所述图形显示模块105在第一CPU 21内实现，所述变位机分组配置模块101、变位机位姿标定模块102和变位机指令译码模块104在第二CPU 22内实现，所述变位机协调运动模块103在第三CPU 23内实现；所述第一CPU21与第二CPU 22之间采用FPGA总线进行通信，所述第二CPU 22与第三CPU 23之间采用共享内存方式进行通信。

设本实施例的串联六轴工业机器人107外加有N个分组的变位机，N个分组的变位机分别为分组1对应工位的变位机108、分组2对应工位的变位机109…分组N对应工位的变位机110，所述变位机协调运动模块103通过工业以太网GSK-Link总线与伺服驱动装置106实现相互通信，所述伺服驱动装置106与串联六轴工业机器人107、分组1对应工位的变位机108、分组2对应工位的变位机109…分组N对应工位的变位机110连接；其中所述伺服驱动装置106包括串联六轴工业机器人伺服驱动器和变位机伺服驱动器，也就是说串联六轴工业机器人伺服驱动器与串联六轴工业机器人107对应，变位机伺服驱动器与分组1对应工位的变位机108、分组2对应工位的变位机109…分组N对应工位的变位机110对应。

所述变位机分组配置模块101，其分组配置的顺序与分组对应的变位机伺服驱动器接入工业以太网GSK-Link总线的顺序有关，且根据变位机伺服驱动器所连接的变位机的轴数，依次进行参数配置。

所述变位机位姿标定模块102，采用串联六轴工业机器人依次对所连接的变位机进行位姿标定，若变位机为单轴变位机，则采用三点法标定，若变位机为双轴变位机，则采用五点法标定，并将标定所得数据通过图形显示模块105配置。

所述变位机指令译码模块103，对指令进行译码，提取指令中的变位机轴信息，并将其发送给变位机协调运动模块104，其中变位机轴信息包括分组ID、轴角度、联动或非联动、轴运动有效或轴运动无效信息。

所述变位机协调运动模块104，根据分组指令，通过伺服驱动装置106控制串联六轴工业机器人与变位机协调运动，其中协调运动包括关节运动、直线运动和圆弧运动，共三类运动方式。

图3是本实施例的一个应用示例，串联六轴工业机器人1外加有一个双轴变位机和两个单轴变位机，分别为双轴变位机2、第一单轴变位机3和第二单轴变位机4，可见多工位外部轴总数和为四轴，伺服驱动器连接三个工位，串联六轴工业机器人控制装置5通过伺服驱动装置6与串联六轴工业机器人1、双轴变位机2、第一单轴变位机3、第二单轴变位机4连接，若伺服驱动装置6的连接顺序为串联六轴工业机器人1、双轴变位机2、第一单轴变位机3、第二单轴变位机4，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为3，配置分组1对应的轴数为2，分组2对应的轴数为1，分组3对应的轴数为1；若伺服驱动装置6的连接顺序为串联六轴工业机器人1、第一单轴变位机3、双轴变位机2、第二单轴变位机4，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为3，配置分组1对应的轴数为1，分组2对应的轴数为2，分组3对应的轴数为1；若伺服驱动装置6的连接顺序为串联六轴工业机器人1、第一单轴变位机3、第二单轴变位机4、双轴变位机2，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为3，配置分组1对应的轴数为1，分组2对应的轴数为1，分组3对应的轴数为2。

如图4所示，本实施例的串联六轴工业机器人控制装置的控制过程，包括以下步骤：

S1、所述控制装置通过工业以太网GSK-Link总线将串联六轴工业机器人伺服驱动器按序连接；

S2、所述控制装置通过工业以太网GSK-Link总线连接工位1～工位N的变位机伺服驱动器，其中N的取值范围是1～4(如果按照图2的示例，则N的取值为4)；

S3、在图形显示模块的变位机分组配置界面，按步骤S2的连接情况，利用变位机分组配置模块配置分组数目，以及每个分组的轴数；

S4、变位机位姿标定模块采用串联六轴工业机器人对当前所选分组的变位机进行位姿标定；

S5、判断所有分组的变位机是否位姿标定完毕，若是，进入步骤S6；若否，返回步骤S4；

S6、根据工艺需求，通过图形显示模块的控制装置界面选中某工位的分组，进行串联六轴工业机器人与该工位关联的变位机示教编程；

所述示教编程产生的指令，包括串联六轴工业机器人的六轴关节数据、所有多工位对应的变位机按序的分组轴数据、当前选用的工位对应的变位机分组号以及当前选用的工位对应的变位机指令速度。

S7、判断示教编程是否满足工艺需求，若是，进入步骤S8；若否，返回步骤S6；

S8、再现启动运行程序，变位机指令译码模块对指令进行译码，提取指令中的变位机轴信息，并将其发送给变位机协调运动模块，变位机协调运动模块通过伺服驱动装置控制工业机器人和变位机协调运动，进行工艺验证。

所述步骤S3配置的分组数目与步骤S2中的连接工位数相一致，所述步骤S3配置的每个分组的轴数与步骤S2中的对应工位关联。

步骤S6中，所述示教编程产生的指令对步骤S8的影响如下：

若当前选用的工位对应的变位机指令速度设置为0时，则在步骤S8时，空间运动将采取串联六轴工业机器人与变位机联动的方式；若当前选用的工位对应的变位机指令速度设置非0时，空间运动将采取串联六轴工业机器人与变位机非联动的方式。

实施例2：

本实施例的主要特点是：多工位外部轴总数和与实施例1的应用示例一样，都为四轴，串联六轴工业机器人外加有两个双轴变位机，伺服驱动器连接两个工位，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为2，配置分组1对应的轴数为2，分组2对应的轴数为2。其余同实施例1的应用示例。

实施例3：

本实施例的主要特点是：多工位外部轴总数和与实施例1的应用示例一样，都为四轴，串联六轴工业机器人外加有四个单轴变位机，伺服驱动器连接四个工位，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为4，配置分组1对应的轴数为1，分组2对应的轴数为1，分组3对应的轴数为1，分组4对应的轴数为1。其余同实施例1的应用示例。

实施例4：

本实施例的主要特点是：多工位外部轴总数和为三轴，串联六轴工业机器人外加有一个双轴变位机和一个单轴变位机，伺服驱动器连接两个工位，若伺服驱动装置的连接顺序为串联六轴工业机器人、双轴变位机、单轴变位机，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为2，配置分组1对应的轴数为2，分组2对应的轴数为1；若伺服驱动装置的连接顺序为串联六轴工业机器人、单轴变位机、双轴变位机，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为2，配置分组1对应的轴数为1，分组2对应的轴数为2。其余同实施例1的应用示例。

实施例5：

本实施例的主要特点是：多工位外部轴总数和为三轴，串联六轴工业机器人外加有三个单轴变位机，伺服驱动器连接三个工位，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为3，配置分组1对应的轴数为1，分组2对应的轴数为1，分组3对应的轴数为1。其余同实施例1的应用示例。

实施例6：

本实施例的主要特点是：多工位外部轴总数和为两轴，串联六轴工业机器人外加有一个双轴变位机，伺服驱动器连接一个工位，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为1，配置分组1对应的轴数为2。其余同实施例1的应用示例。

实施例7：

本实施例的主要特点是：多工位外部轴总数和为两轴，串联六轴工业机器人外加有两个单轴变位机，伺服驱动器连接两个工位，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为2，配置分组1对应的轴数为1，分组2对应的轴数为1。其余同实施例1的应用示例。

实施例8：

本实施例的主要特点是：多工位外部轴总数和为一轴，串联六轴工业机器人外加有一个单轴变位机，伺服驱动器连接一个工位，那么变位机分组配置模块，配置分组的数目为1，配置分组1对应的轴数为1。其余同实施例1的应用示例。

综上所述，本发明装置及方法可以灵活地配置多工位变位机，使得串联六轴工业机器人在焊接、搬运、喷涂等工艺方面应用中，能够实现工艺流程简化、缩短工艺装配时间、提高生产效率等优点。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种串联六轴工业机器人控制装置，其特征在于：所述控制装置包括变位机分组配置模块、变位机位姿标定模块、变位机协调运动模块、变位机指令译码模块和图形显示模块；所述变位机分组配置模块和变位机位姿标定模块分别与图形显示模块连接，所述变位机位姿标定模块与变位机分组配置模块连接，所述变位机分组配置模块、变位机位姿标定模块、变位机指令译码模块分别与变位机协调运动模块连接；

所述变位机协调运动模块通过工业以太网GSK-Link总线与伺服驱动装置实现相互通信，所述伺服驱动装置与串联六轴工业机器人、至少一个变位机连接，其中所述伺服驱动装置包括串联六轴工业机器人伺服驱动器和变位机伺服驱动器。

2.根据权利要求1所述的一种串联六轴工业机器人控制装置，其特征在于：

所述变位机分组配置模块，其分组配置的顺序与分组对应的变位机伺服驱动器接入工业以太网GSK-Link总线的顺序有关，且根据变位机伺服驱动器所连接的变位机的轴数，依次进行参数配置；

所述变位机位姿标定模块，采用串联六轴工业机器人依次对所连接的变位机进行位姿标定，并将标定所得数据通过图形显示模块配置，若变位机为单轴变位机，则采用三点法标定，若变位机为双轴变位机，则采用五点法标定；

所述变位机指令译码模块，对指令进行译码，提取指令中的变位机轴信息，并将其发送给变位机协调运动模块；

所述变位机协调运动模块，根据变位机分组配置提供的信息和变位机位姿标定提供的信息，按变位机指令要求，通过伺服驱动装置控制串联六轴工业机器人与变位机协调运动。

3.根据权利要求2所述的一种串联六轴工业机器人控制装置，其特征在于：所述控制装置可控制的多工位外部轴总数和≤四轴；

1)若多工位外部轴总数和为四轴，则变位机分组配置模块按如下组合为变位机配置分组：

1.1)两个单轴工位和一个双轴工位，即两个单轴变位机和一个双轴变位机，共配置三个分组；

1.2)两个双轴工位，即两个双轴变位机，共配置两个分组；

1.3)四个单轴工位，即四个单轴变位机，共配置四个分组；

2)若多工位外部轴总数和为三轴，则变位机分组配置模块按如下两种方式中的任一种为变位机配置分组：

2.1)一个单轴工位和一个双轴工位，即一个单轴变位机和一个双轴变位机，共配置两个分组；

2.2)三个单轴工位，即三个单轴变位机，共配置三个分组；

3)若多工位外部轴总数和为两轴，则变位机分组配置模块按如下两种方式中的任一种为变位机配置分组：

3.1)一个双轴工位，即一个双轴变位机，共配置一个分组；

3.2)两个单轴工位，即两个单轴变位机，共配置两个分组；

4)若多工位外部轴总数和为一轴，则变位机分组配置模块按如下组合为变位机配置分组：

4.1)一个单轴工位，即一个单轴变位机，共配置一个分组。

4.根据权利要求1或2所述的一种串联六轴工业机器人控制装置，其特征在于：所述控制装置内部包含三个CPU，分别为第一ARM9芯片构成的第一CPU、第二ARM9芯片构成的第二CPU以及DSP6713芯片构成的第三CPU，所述图形显示模块在第一CPU内实现，所述变位机分组配置模块、变位机位姿标定模块和变位机指令译码模块在第二CPU内实现，所述变位机协调运动模块在第三CPU内实现；所述第一CPU与第二CPU之间采用FPGA总线进行通信，所述第二CPU与第三CPU之间采用共享内存方式进行通信。

5.根据权利要求2所述的一种串联六轴工业机器人控制装置，其特征在于：所述变位机轴信息包括分组ID、轴角度、联动或非联动、轴运动有效或轴运动无效信息。

6.根据权利要求2所述的一种串联六轴工业机器人控制装置，其特征在于：所述协调运动包括关节运动、直线运动和圆弧运动，共三类运动方式。

7.一种基于权利要求1所述串联六轴工业机器人控制装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、变位机协调运动模块通过工业以太网GSK-Link总线将串联六轴工业机器人伺服驱动器按序连接；

S2、变位机协调运动模块通过工业以太网GSK-Link总线连接工位1～工位N的变位机伺服驱动器，其中N的取值范围是1～4；

S3、在图形显示模块的变位机分组配置界面，按步骤S2的连接情况，利用变位机分组配置模块配置分组数目，以及每个分组的轴数；

S4、变位机位姿标定模块采用串联六轴工业机器人对当前所选分组的变位机进行位姿标定；

S5、判断所有分组的变位机是否位姿标定完毕，若是，进入步骤S6；若否，返回步骤S4；

S6、根据工艺需求，通过图形显示模块的控制装置界面选中某工位的分组，进行串联六轴工业机器人与该工位关联的变位机示教编程；

S7、判断示教编程是否满足工艺需求，若是，进入步骤S8；若否，返回步骤S6；

S8、再现启动运行程序，变位机指令译码模块对指令进行译码，提取指令中的变位机轴信息，并将其发送给变位机协调运动模块，变位机协调运动模块通过伺服驱动装置控制工业机器人和变位机协调运动，进行工艺验证。

8.根据权利要求7所述的一种串联六轴工业机器人控制装置的控制方法，其特征在于：所述步骤S3配置的分组数目与步骤S2中的连接工位数目相同，所述步骤S3配置的每个分组的轴数与步骤S2中的对应工位的轴数相同。

9.根据权利要求7所述的一种串联六轴工业机器人控制装置的控制方法，其特征在于：步骤S6中，所述示教编程产生的指令，包括串联六轴工业机器人的六轴关节数据、所有多工位对应的变位机按顺序的分组轴数据、当前选用的工位对应的变位机分组号以及当前选用的工位对应的变位机指令速度。

10.根据权利要求7所述的一种串联六轴工业机器人控制装置的控制方法，其特征在于：步骤S6中，所述示教编程产生的指令对步骤S8的影响如下：

若当前选用的工位对应的变位机指令速度设置为0时，则在步骤S8时，空间运动将采取串联六轴工业机器人与变位机联动的方式；若当前选用的工位对应的变位机指令速度设置非0时，空间运动将采取串联六轴工业机器人与变位机非联动的方式。