CN105643628A - 直角坐标机器人的运动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直角坐标机器人的运动控制系统，包括：电源、工控机、运动控制卡、七个交流伺服电机驱动器、七个交流伺服电机、转台控制板、触摸屏和焊接机的电流电压控制板；电源为工控机、运动控制卡、七个交流伺服电机驱动器、转台控制板和电流电压控制板供电；工控机通过RS232接口访问触摸屏，通过15芯视频线将视频信号传输给触摸屏，通过485接口访问七个交流伺服电机驱动器，通过以太网接口与运动控制卡进行交互，运动控制卡还与七个交流伺服电机驱动器连接；七个交流伺服电机驱动器分别一一对应的与七个交流伺服电机连接。利用本发明能够对七个轴的直角坐标机器人进行控制。

Description

直角坐标机器人的运动控制系统

技术领域

本发明涉及机器人控制系统技术领域，更为具体地，涉及一种直角坐标机器人的运动控制系统。

背景技术

直角坐标机器人一般都是5轴联动的，5轴联动的自由度就有欠缺，有些焊接零件较为复杂，特别是空间螺旋线和零件的背面焊接时的应用，很多地方都不能到达，或者说有些轨迹还需要夹具的旋转配合才能完成。这时需要重新设计一种7轴的直角坐标机器人。

因此，需要一种与7轴直角坐标机器人对应的运动控制系统。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种直角坐标机器人的运动控制系统，以解决上述背景技术中指出的问题。

本发明提供一种直角坐标机器人的运动控制系统，包括：电源、工控机、运动控制卡、七个交流伺服电机驱动器、七个交流伺服电机、转台控制板、触摸屏和焊接机的电流电压控制板；其中，

电源为工控机、运动控制卡、七个交流伺服电机驱动器、转台控制板和电流电压控制板供电；

工控机通过RS232接口访问触摸屏，通过15芯视频线将视频信号传输给触摸屏，通过以太网接口与运动控制卡进行交互，运动控制卡还与七个交流伺服电机驱动器连接；

七个交流伺服电机驱动器分别一一对应的与七个交流伺服电机连接，七个交流伺服电机均为增量式的交流伺服电机；

转台控制板包括AC9V、+5V、DIR、CP、0V、SGND、1#daowei、2#daowei、1#qingqiu、2#qingqiu、+24V和+24v端子；其中，AC9V端子为转台控制板的主控芯片供电；+5V和0V端子为转台步进电机驱动器脉冲的激励电源；+24v端子为转台控制板的输入/输出接口，SGND和+24V端子为IO公共电源，与运动控制卡电源线连接；1#daowei和2#daowei端子为转台控制板的输出信号，分别为1#，2#工位的到位信号，1#工位或2#工位到位后，对应于1#工位或2#工位的接口输出有效信号给运动控制卡；1#qingqiu和2#qingqiu端子为转台制板的输入信号，该输入信号由工控机发送给运动控制卡，再由运动控制卡发送给所述转台控制板；

电流电压控制板包括AC9V、+24V、8、4、2、1接口，AC9V接口为电流电压控制板的译码电路供电，+24V接口为8接口、4接口、2接口、1接口的电源公共接口，8接口、4接口、2接口、1接口为编码的输入端。

利用本发明提供的直角坐标机器人的运动控制系统，能够精确地控制各个交流伺服电机的运动，从而控制各个轴的运动。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为本发明实施例的直角坐标机器人的运动控制系统的原理图；

图2为本发明实施例的转台控制板的印版图；

图3为本发明实施例的电流电压控制板的等效电路图。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

图1示出了本发明实施例的直角坐标机器人的运动控制系统的原理。

如图1所示，本发明实施例提供的直角坐标机器人的运动控制系统包括六大部分，分别为电源部分、工控机与触摸屏部分、转台控制板部分、运动控制部分、电流电压控制板部分和交流伺服电机驱动部分，下面分别对这六部分进行详细说明。

一、电源部分

电源为工控机、运动控制卡、交流伺服电机驱动器、转台控制板和电流电压控制板供电，该电源为380V的三相电，且该电源接入一个380v/220V的隔离变压器，其主要起到抗干扰和遏流的作用。而焊接机的电源是直接设置在动力点上的。

二、工控机与触摸屏部分

工控机为凌华MXE-1300型号的工业控制计算机，其主要负责整个设备的控制，轨迹的运算等功能。是整个系统的核心。工控机通过RS232接口访问触摸屏上的按键按下与否；通过15芯视频线传输给触摸屏视频信号，通过以太网接口对运动控制卡进行交互(包括运动指令，插补指令，IO接口的交互等等)。

触摸屏有2个功能，1.是显示系统信息。2.系统操作的复杂控制。包括：程序的编辑，保存删除以及调用；参数的设定，修改；手自动的转化；轴号切换等等。

三、转台控制板部分

图2示出了转台控制板的印版图。如图2所示，转台控制板主控芯片为STC89C51型号的单片机，该单片机左侧的AC9V端子是为主控芯片供电，该单片机右侧的+5V和0V端子为转台步进电机驱动器脉冲的激励电源。右侧的DIR端子为控制转盘电机的方向信号，右侧的CP端子为步进电机的运动脉冲信号。主控芯片产生的dir和cp信号通过6N137高速光耦送到DIR和CP端子，再控制转台步进电机的旋转。右侧的+24v端子是转台控制板的输入输出接口，右侧的SGND和+24V端子为IO公共电源，与运动控制卡的电源线连接。右侧的1#daowei和2#daowei端子为转台控制板的输出信号，分别为1#，2#工位的到位信号，哪个工位到位后，哪个接口就输出有效信号给运动控制卡，工控机读取运动控制卡的IO端子信号，便知道现在是哪个工位到位了。右侧的1#qingqiu和2#qingqiu端子为转台控制板的输入信号，此信号由工控机发送给运动控制卡，再由运动控制卡发送给转台控制板。作用为工位请求，1#qingqiu有效时，表示上位机要求工位切换到1#工位去，转台控制板便输出DIR、CP信号控制转台步进电机旋转到1#工位停止，同时输出1#工位到位信号(1#daowei)。2#qingqiu同理。当1#qingqiu和2#qingqiu同时有效时，就代表转台急停。在Chuangqiangout、+24V、chuangqianin、XC2#、XC1#和0V端子中，+24V，0V为闯枪保护信号和限位开关的输入电源。chuangqiangin为闯枪保护的输入信号，chuangqiangout为闯枪保护的输出信号。此两个信号用TP521-4光耦合器进行隔离，目的是抗干扰。闯枪保护输出信号送至运动控制卡，由运动控制卡告知给工控机。XC2#，XC1#为转台工位的行程开关，当转台转至XC2#(2#工位)开关位置时，转台控制板命令转台电机减速到很低转速后继续同方向旋转一定脉冲，使转台挤压到该工位的机械限位上后停止转动。那么转台在工位处的锁紧就是靠电机自身锁紧力进行锁紧的。这样可简化很多的机械定位机构。锁紧后发出2#工位到位信号。XC1#同理可得。

四、运动控制部分

运动控制卡为IMC3XX2E8轴运动控制卡，有各种插补控制，定位控制，速度控制，加减速度，运动2次平滑处理和丰富的IO接口错误报警信号访问功能。对于交流伺服电机驱动器来说，运动控制卡主要提供方向和运动脉冲信号(CP+，CP-为运动脉冲信号，DIR+,DIR-为方向信号)，同时监控其报警信号(ALM)。在开机上电后，要找回上一次关机时的坐标(机械坐标系)，保证每次运行的软件坐标系一致，无需重新编程就可使用，因此，此系统中有机械原点回零功能。

在界面上按下回零后，回零轴号顺序为：先Z轴回零(为了回零过程的安全)，然后X，Y，C，S，J1，J2轴同时回零。回零过程以X轴回零进行说明。X轴先向一个方向快运动，寻找X原点开关信号，当得到此信号后，电机立即慢速反转，运动控制卡再寻找电机的Z脉冲(交流伺服电机编码器一圈只有一个的Z信号，精度为1/2500度)信号。发现此信号有效时，交流伺服电机立即停止，系统此时将此点设定为X轴坐标系的原点。如果X轴运动到极限位置都没发现原点开关信号，那么交流伺服电机将反转，不停的去寻找原点信号。其余各轴同理。

在运动的过程中，无论什么状态，各轴的速度都可适时调整。

五、电流电压控制板部分

在实际现场焊接过程中，每条焊缝对焊接电流电压的需求都有不同要求。一般使用的都是标准的数字焊接机，数字焊接机的焊接电流电压只需通过用RS232或RS485通讯进行设定即可，电路简单实现方便。但数字焊接机价格较贵，以315焊接机为例市场价都在8000—12000元之间。如果选用普通的电子脉冲焊接机，虽然价格较便宜(3200—4500元之间)但电流电压是靠电位器手动设定的，不利于控制的需求。电位器控制必然输入信号是为模拟信号，而计算机输出都为数字信号，因此，为了普通焊接机的应用势必将数字信号变为模拟信号输出才能满足需求。图3示出了本发明电流电压控制板的原理。电流电压控制板为16细分电流电压控制板，具有一个主控芯片，该主控芯片为89C51型号的单片机，用于主机应答。A，B信号为8421码输入选择信号，通过译码电路输出三路选中信号，分别选中不同的光耦合器回路(使用光耦合器目的在于抗干扰，焊接机是一个很强的干扰源)。在光耦合器输出端，每两个交叉方向对接构成一组模拟开关(每个模拟开关就如同一个机械开关一样)，从而选中由R1、R2、R3、R4构成的串联电阻回路的一个分压输出。所以整个电路就同等于电位器的作用。

将两块电流电压控制板安装到普通的电子脉冲焊接机中，分别代替其电流电压两个电位器，就将焊接机改为数字焊接机。在实际应用中非常可靠适用。

六、交流伺服电机驱动部分

七个交流伺服电机全部为增量式的交流伺服电机，七个交流伺服电机一一对应的安装在七个轴的位置，且，每个交流伺服电机连接一个交流伺服电机驱动器，交流伺服电机驱动器为台湾iG系列驱动器。控制7个轴的运动。所有交流伺服电机的控制脉冲信号都来自运动运动控制卡，工控机将需要的运动轨迹数据算好后下发给运动控制卡进行执行。

需要说明的是，为了Z轴掉电后，机械机构不会自行下滑，设置在Z轴的交流伺服电机为抱闸式的交流伺服电机。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种直角坐标机器人的运动控制系统，包括：电源、工控机、运动控制卡、七个交流伺服电机驱动器、七个交流伺服电机、转台控制板、触摸屏和焊接机的电流电压控制板；其中，

所述电源为所述工控机、所述运动控制卡、所述七个交流伺服电机驱动器、所述转台控制板和所述电流电压控制板供电；

所述工控机通过RS232接口访问所述触摸屏，通过15芯视频线将视频信号传输给所述触摸屏，通过以太网接口与所述运动控制卡进行交互，所述运动控制卡还与所述七个交流伺服电机驱动器连接；

所述七个交流伺服电机驱动器分别一一对应的与所述七个交流伺服电机连接，所述七个交流伺服电机为增量式的交流伺服电机；

所述转台控制板包括AC9V、+5V、DIR、CP、0V、SGND、1#daowei、2#daowei、1#qingqiu、2#qingqiu、+24V和+24v端子；其中，所述AC9V端子为所述转台控制板的主控芯片供电；所述+5V和所述0V端子为转台步进电机驱动器脉冲的激励电源；所述+24v端子为所述转台控制板的输入/输出接口，所述SGND和+24V端子为IO公共电源，与所述运动控制卡电源线连接；所述1#daowei和2#daowei端子为所述转台控制板的输出信号，分别为1#，2#工位的到位信号，1#工位或2#工位到位后，对应于1#工位或2#工位的接口输出有效信号给所述运动控制卡；所述1#qingqiu和2#qingqiu端子为所述转台制板的输入信号，该输入信号由所述工控机发送给所述运动控制卡，再由所述运动控制卡发送给所述转台控制板；

所述电流电压控制板包括AC9V、+24V、16、8、4、2、1接口，所述AC9V接口为所述电流电压控制板的译码电路供电，所述+24V接口为所述16接口、所述8接口、所述4接口、所述1接口的电源公共接口，所述16接口、所述8接口、所述4接口、所述1接口为编码的输入端。

2.如权利要求1所述的直角坐标机器人的运动控制系统，其中，

对应于Z轴的交流伺服电机为抱闸式的交流伺服电机。

3.如权利要求2所述的直角坐标机器人的运动控制系统，其中，

所述转台控制板的主控芯片为STC89C51型号；

所述运动控制卡为IMC3XX2E8型号；

所述工控机为MXE-1300型号。