CN105690389A - 一种通用型多自由度机器人测试平台及控制方法 - Google Patents

一种通用型多自由度机器人测试平台及控制方法 Download PDF

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陈宗雨
夏风
贺东升
杨合跃
周浙天
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0095—Means or methods for testing manipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1671—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by simulation, either to verify existing program or to create and verify new program, CAD/CAM oriented, graphic oriented programming systems

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Abstract

本发明涉及一种通用型多自由度机器人测试平台，包括机械平台和电气控制部分，其特征在于，所述电气控制部分包括示教系统、运动控制系统和伺服系统；所述示教系统用于向所述运动控制系统发出指令；所述机械平台用于安装伺服系统中的多个伺服电机；所述运动控制系统用于控制位于机械平台上的多个伺服电机转动进而实现模拟机器人运动的测试作用。本发明还涉及上述测试平台的控制方法。本发明能够在安全的条件下对新的机器人算法进行验证，有效避免财产损失和人员伤亡。

Description

一种通用型多自由度机器人测试平台及控制方法
技术领域
本发明涉及机器人测试技术领域，特别是涉及一种通用型多自由度机器人测试平台及控制方法。
背景技术
随着工业4.0和中国制造2025时代的到来，机器人作为其中最重要的一环愈发重要。机器人是智能制造装备产业的重要组成部分，机器人产业的发展，不仅能促进各工业行业的自动化水平的提高，同时也能产生良好的技术溢出效应，带动整个工业行业的转型升级。同时在机器人研发测试过程中，为了避免不成熟的算法，程序对机器人本体造成飞车，对机器人研发测试人员造成伤亡等现象，需要一种通用型六自由度机器人测试平台来对算法进行验证，验证完毕后在导入到机器人上进行运行，有效的避免财产损失和人员伤亡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种通用型多自由度机器人测试平台及控制方法，能够在安全的条件下对新的机器人算法进行验证，有效避免财产损失和人员伤亡。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种通用型多自由度机器人测试平台，包括机械平台和电气控制部分，所述电气控制部分包括示教系统、运动控制系统和伺服系统；所述示教系统用于向所述运动控制系统发出指令；所述机械平台用于安装伺服系统中的多个伺服电机；所述运动控制系统用于控制位于机械平台上的多个伺服电机转动进而实现模拟机器人运动的测试作用。
所述伺服系统的伺服电机通过编码器反馈当前位置和速度信息给运动控制系统，使得整个运动控制系统形成闭环，运动控制系统能实时读取电机所处的位置和速度，并根据电机所处的位置和速度得出伺服电机的速度曲线，从而对伺服电机进行PID调节整定。
所述伺服电机采用多圈绝对值编码器。
所述示教系统、运动控制系统和伺服系统通过EtherCAT总线进行连接。
所述机械平台包括纵梁和横梁，所述横梁上安装有所述纵梁；所述纵梁上安装有用于安装伺服电机的法兰安装板；所述横梁下方设有带锁万向轮。
所述横梁宽度的三分之一处安装有所述纵梁。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种上述的通用型多自由度机器人测试平台的控制方法，包括以下步骤：
(1)示教系统通过EtherCAT总线下发指令给运动控制系统；
(2)运动控制系统根据收到的指令对伺服系统中的伺服电机进行控制并发送运动指令；
(3)伺服电机通过编码器反馈当前位置和速度信息给运动控制系统，使得整个运动控制系统形成闭环，运动控制系统能实时读取伺服电机所处的位置和速度；
(4)运动控制系统根据伺服电机的位置和速度得出伺服电机的速度曲线，从而对伺服电机进行PID调节整定。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过机器人控制系统及内部算法控制机械平台上的多个伺服电机转动，进而实现模拟机器人运动的测试作用。机械平台是以带锁万向轮方式承载机械平台，实现可移动可锁定，使用时十分灵活。其中伺服电机通过多圈绝对值编码器反馈当前位置和速度信息给运动控制器，使得整个控制系统形成闭环，控制器能实时读取电机所处的位置和速度及总线上的其他信息，从而能够实现精确控制。
电气控制部分为分布式控制方法，通过“示教系统—运动控制器—伺服系统”电气架构来实现机器人的电气平台，通过示教系统和运动控制系统上的三维仿真软件可实时观察当前机器人所处的位置和姿态，既完成了机器人模拟仿真功能有效防止了意外情况发生对机械本体造成的损失。
附图说明
图1是本发明的系统框架图；
图2是本发明中机械平台的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种通用型多自由度机器人测试平台，如图1所示，包括机械平台和电气控制部分，所述电气控制部分包括示教系统、运动控制系统和伺服系统；所述示教系统用于向所述运动控制系统发出指令；所述机械平台用于安装伺服系统中的多个伺服电机；所述运动控制系统用于控制位于机械平台上的多个伺服电机转动进而实现模拟机器人运动的测试作用。
所述伺服系统的伺服电机通过编码器反馈当前位置和速度信息给运动控制系统，使得整个运动控制系统形成闭环，运动控制系统能实时读取电机所处的位置和速度，并根据电机所处的位置和速度得出伺服电机的速度曲线，从而对伺服电机进行PID调节整定。
其中，示教系统为人机交互界面，用户通过在界面上进行编程和指令输入来下发指令给运控控制系统；运动控制系统通过调用内部算法和程序，发送运动指令给伺服系统的伺服电机；伺服电机通过绝对值编码器实时反馈当前位置和速度信息给控制器，形成闭环控制。整个控制系统采用EtherCAT总线进行通信和控制，通过读取伺服电机的实时位置和速度信息，以软件示波器方式显示在示教系统中，可以直观的读取当前机器人状态和信息。
如图2所示，该机械平台有带锁万向轮2承载，可以方便的进行移动和固定。整个机械平台包括横梁3和纵梁4，纵梁4安装在横梁3上，横梁3和纵梁4均选择铝型材作为基本材料，其中，纵梁4的安装位置为横梁3宽度的三分之一处，以保证整个机械系统重心的稳定。可更换式电机法兰安装板1用于安装伺服系统中的伺服电机，该法兰安装板1安装在纵梁4上，可以随意根据电机法兰大小进行安装和更换，使得该测试平台更具有通用性。

Claims (7)

1.一种通用型多自由度机器人测试平台，包括机械平台和电气控制部分，其特征在于，所述电气控制部分包括示教系统、运动控制系统和伺服系统；所述示教系统用于向所述运动控制系统发出指令；所述机械平台用于安装伺服系统中的多个伺服电机；所述运动控制系统用于控制位于机械平台上的多个伺服电机转动进而实现模拟机器人运动的测试作用。
2.根据权利要求1所述的通用型多自由度机器人测试平台，其特征在于，所述伺服系统的伺服电机通过编码器反馈当前位置和速度信息给运动控制系统，使得整个运动控制系统形成闭环，运动控制系统能实时读取电机所处的位置和速度，并根据电机所处的位置和速度得出伺服电机的速度曲线，从而对伺服电机进行PID调节整定。
3.根据权利要求2所述的通用型多自由度机器人测试平台，其特征在于，所述伺服电机采用多圈绝对值编码器。
4.根据权利要求1所述的通用型多自由度机器人测试平台，其特征在于，所述示教系统、运动控制系统和伺服系统通过EtherCAT总线进行连接。
5.根据权利要求1所述的通用型多自由度机器人测试平台，其特征在于，所述机械平台包括纵梁和横梁，所述横梁上安装有所述纵梁；所述纵梁上安装有用于安装伺服电机的法兰安装板；所述横梁下方设有带锁万向轮。
6.根据权利要求5所述的通用型多自由度机器人测试平台，其特征在于，所述横梁宽度的三分之一处安装有所述纵梁。
7.一种如权利要求1-6中任一所述的通用型多自由度机器人测试平台的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)示教系统通过EtherCAT总线下发指令给运动控制系统；
(2)运动控制系统根据收到的指令对伺服系统中的伺服电机进行控制并发送运动指令；
(3)伺服电机通过编码器反馈当前位置和速度信息给运动控制系统，使得整个运动控制系统形成闭环，运动控制系统能实时读取伺服电机所处的位置和速度；
(4)运动控制系统根据伺服电机的位置和速度得出伺服电机的速度曲线，从而对伺服电机进行PID调节整定。
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