CN105773602A - 一种码垛机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种码垛机器人控制系统，包括上位工控机和底层控制器，上位工控机和底层控制器之间通过串行通讯连接，底层控制器包括:轨迹规划模块，对机器人手臂运动进行计算，并根据计算结果规划码垛机器人手臂的运行轨迹,具体的用于实时读取所述手臂编码器的脉冲量，并与给定位置进行比较，并对比较的偏差进行PID校正，从而规划码垛机器人手臂的运行轨迹，确定码垛机器人手臂的目标位置；伺服控制模块，根据轨迹规划模块所规划的结果驱动码垛机器人手臂的运行轨迹；逻辑控制模块，用于控制码垛机器人的抓手及夹板的开合，用以解决现有技术中系统控制不够灵活，针对不同的码垛情况不能及时调整，以致码垛效果不佳的问题。

Description

一种码垛机器人控制系统

技术领域

本发明属于机器人控制技术领域，特别涉及一种码垛机器人控制系统。

背景技术

自从二十世纪六十年代以来，码垛机器人在发达国家已经获得广泛应用，而我国主要依靠大量的搬运工人作业，近年来，随着国内劳动力成本的上升和产业结构升级调整，使用码垛机器人比聘用工人更加经济高效，因此码垛机器人的推广具有重要的经济价值和社会价值。

工业码垛机器人属于典型的特殊环境下作业的工业机器人，能够在粉尘污染场合使用，能够替代人工实现货物的空间高速码垛和智能搬运作业，对企业提高生产效率、增长经济效益、保证产品质量、改善劳动条件、优化作业布局贡献巨大，其应用的数量和质量标志着企业生产自动化的先进水平。控制系统是工业码垛机器人最为重要的组成部分,对机器人码垛功能的实现及作业性能的保障起着至关重要的作用,直接决定着机器人的运动精度及工作效果。通过调查发现，目前的码垛机器人控制系统，存在着系统控制不够灵活，针对不同的码垛情况(如物品品种和垛形)不能及时调整，以致码垛效果不佳的问题。

因此，现在亟需一种码垛机器人控制系统，不仅能够充分考虑在码垛过程中的各种情况，而且能够针对不同的情况进行相应调整，控制灵活。

发明内容

本发明提出一种码垛机器人控制系统，解决了现有技术中码垛机器人系统控制不够灵活，针对不同的码垛情况(如物品品种和垛形)不能及时调整，以致码垛效果不佳的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明码垛机器人控制系统提供一种码垛机器人控制系统，包括上位工控机和底层控制器，上位工控机和底层控制器之间通过串行通讯连接，底层控制器包括：

轨迹规划模块，用于对机器人手臂运动进行计算，并根据计算结果规划码垛机器人手臂的运行轨迹；

伺服控制模块，根据所述轨迹规划模块所规划的结果驱动所述码垛机器人手臂的运行轨迹；

逻辑控制模块，用于控制码垛机器人的抓手气缸及夹板气缸的开合，从而控制码垛机器人的抓手及气缸的开合。

作为一种优选的实施方式，轨迹规划模块，用于实时读取所述手臂编码器的脉冲量，并与给定位置进行比较，并对比较的偏差进行PID校正，从而规划码垛机器人手臂的运行轨迹，确定码垛机器人手臂的目标位置。

作为一种优选的实施方式，轨迹规划模块包括PMAC多轴运动控制卡和PMAC信号转接盘，PMAC多轴运动控制卡内部使用了一片DSP数字信号处理芯片，它的速度、分辨率、带宽等指标远优于一般的控制器，PMAC多轴运动控制卡给系统集成者和最终用户提供了更大的柔性。

作为一种优选的实施方式，伺服控制模块包括4个伺服驱动器以及分别受4个伺服驱动器控制的4码盘电机，4个码盘电机分别控制码垛机器人的腰部关节、水平关节、垂直关节以及腕部关节的运行轨迹，从而实现对机器人腰部关节、水平关节、垂直关节以及腕部关节的控制，即可以单独控制每个关节，也可以进行耦合控制，伺服控制周期在单轴可达60μs，二轴联动即可达到110μs，其连接现场总线的高速环网，直接进行生产线的联动控制。

作为一种优选的实施方式，逻辑控制模块包括逻辑控制器、抓手气缸和夹板气缸，逻辑控制器控制抓手气缸从而控制码垛机器人的抓手的开合，通过夹板气缸控制码垛机器人的夹板气缸的开合，通过码垛机器人抓手及夹板的开合，配合码垛机器人手臂的运行轨迹及目标位置，实现码垛货物的搬运及码垛。

作为一种优选的实施方式，逻辑控制器与所述抓手气缸之间、逻辑控制器及所述夹板气缸之间分别设有电磁阀，可以进一步通过电磁阀分别控制抓手气缸的开合民族服装夹板气缸的开合，为了保证效果，所述电磁阀采用二位五通电磁阀，当气动系统变得更为复杂时，就需要气动阀更大的适应性，二位五通电磁阀就提供了这种灵活性。

作为一种优选的实施方式，PMAC多轴运动控制卡为4轴运动控制卡。

作为一种优选的实施方式，底层控制器还包括示教模块和示教支援模块，底层控制器的示教模块和示教支援模块，用于根据上位工控机示教模块的示教，自主重复实现预设作业。

作为一种优选的实施方式，底层控制器还包括I/O扩展卡，I/O扩展卡主要处理码垛机器人周边外围设备的控制。

作为一种优选的实施方式，I/O扩展卡设有手抓气动吸盘及监控器。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：码垛机器人在进行码垛时，本码垛机器人控制系统可以随时根据上位工控机的命令完成不同的作业，其运作是根据码垛程序中运动命令的位置数据来完成，根据作业要求，机器人所处理的物品种类超过30种，每种物品的尺寸都有差别，而且垛形可以选择，只需通过参数设定模块向码垛机器人输入一定的参数，如码垛物品的形状、码垛垛形的选择以及描述这些垛形的形状尺寸等，码垛机器人就可以据此选择相应的模块进行搬运，此外还可以向码垛机器人示教物品初放点的位姿，然后据此参数描述码垛空间和物品间的码垛模型，计算出各运动目标位置变量值进行码垛，从而实现作业。另外本码垛机器人控制系统为开放式通用机器人控制系统，其主要在标准语文环境下进行开始，可以进行移植，并且容易修改、重构及扩充，并能够提供用户接口和程序接口，而采用面向对象的模块化工程设计方法，方便使用者进行操作，提高用户使用体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明码垛机器人控制系统方框示意图；

图2为本发明码垛机器人控制系统的轨迹规划模块方框图；

图3为本发明码垛机器人控制系统的伺服控制模块方框图；

图4为本发明码垛机器人控制系统的逻辑控制模块方框图；

图5为本发明码垛机器人控制系统的上位工控机的方框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示为本发明码垛机器人控制系统的方框示意图，本发明码垛机器人控制系统提供一种码垛机器人控制系统，包括上位工控机和底层控制器，上位工控机和底层控制器之间通过串行通讯连接，底层控制器包括：

轨迹规划模块，用于对机器人手臂运动进行计算，并根据计算结果规划码垛机器人手臂的运行轨迹；

伺服控制模块，根据所述轨迹规划模块所规划的结果驱动所述码垛机器人手臂的运行轨迹；

逻辑控制模块，用于配合码垛机器人手臂的运行轨迹控制码垛机器人的抓手及夹板的开合。

请参照图2所示的本实施例码垛机器人控制系统的轨迹规划模块方框图，轨迹规划模块包括轨迹规划模块包括PMAC多轴运动控制卡和PMAC信号转接盘，所述PMAC信号转接盘上设有码盘，本实施例中PMAC多轴运动控制卡采用4轴运动控制卡，可以是PMACPCILite，PMAC2PCILite，PMAC2A-PC/104及Clipper中的任意一种，其采用DSP控制器，它的速度、分辨率、带宽等指标远优于一般的控制器,用于实时读取所述手臂编码器的脉冲量，并与给定位置进行比较，并对比较的偏差进行PID校正，从而规划码垛机器人手臂的运行轨迹，确定码垛机器人手臂的目标位置。

请参照图3所示的本实施例码垛机器人控制系统的伺服控制模块方框图，伺服控制模块包括4个伺服驱动器以及分别受4个伺服驱动器控制的4个码盘电机，4个伺服驱动器配合PMAC信号转接盘上的码盘实现码盘电机的控制，4个码盘电机分别控制码垛机器人的腰部关节、水平关节、垂直关节以及腕部关节的运行轨迹，腰部关节可以实现腰部的旋转，水平关节可以实现水平方向上的位移，垂直关节可以实现垂直方向上的移动控制，腕部关节可以控制抓手的翻转等运动,伺服驱动器还可以设有伺服接口(未示出)，伺服接口有模拟式和数字式两种，能接入模拟数据及数字数据。

请参照图4所示的本实施例码垛机器人控制系统的逻辑控制模块方框图，逻辑控制模块包括逻辑控制器、抓手气缸和夹板气缸，逻辑控制器控制抓手气缸从而控制码垛机器人的抓手的开合，通过夹板气缸控制码垛机器人的夹板气缸的开合，从而配合码垛机器人手臂的运行轨迹及目标位置，实现码垛货物的搬运及码垛，具体的，逻辑控制器与所述抓手气缸之间、逻辑控制器及所述夹板气缸之间分别设有电磁阀，更具体的，电磁阀可以采用二通五位电磁阀，可以进一步通过电磁阀分别控制抓手气缸的开合民族服装夹板气缸的开合，由于抓手气缸和夹板气缸只需要实现简单的开或者合的控制，逻辑简单，能够避免误操作，当然在不同情况下电磁阀的种类可以替换。

请参照图5所示的本实施例码垛机器人控制系统的上位工控机的方框图，包括控制模块，所述控制模块分别接有初始化模块、示教模块、文件管理模块、参数设定模块、再现模块、监控模块；所述初始化模块用于将控制系统进行初始化控制；所述参数设定模块用于对系统的各种控制参数进行设定，并通过串行通讯的方式传输到底层控制器，所述底层控制器根据设定参数进行相应码垛操作；所述监控模块包括通讯模块、出错处理模块和I/O模块，用于实时监控系统运作状况，并通过出错处理模块对出现错误的操作进行处理，I/O模块为输入输出模块，通过该I/O模块输入输出控制系统信息；所述文件管理模块用于管理上位控制工控机工作过程中所需或者产生的文件；所述示教模块可以确定码垛机器人特定的预期作业，码垛机器人本身凭记忆操作,再现模块控制机器人不断重复再现运作，所述示教模块还设置有编辑模块，可以对码垛机器人的预期作业进行编辑，使码垛机器人能够适用不同的作业要求，上位工控机各个模块之间彼此相互独立，可以分别执行并通过控制模块相互调用。

其工作原理是：码垛机器人在进行码垛时，本码垛机器人控制系统可以随时根据上位工控机的命令完成不同的作业，其运作是根据码垛程序中运动命令的位置数据来完成，根据作业要求，机器人所处理的物品种类超过30种，每种物品的尺寸都有差别，而且垛形可以选择，通过参数设定模块向码垛机器人输入一定的参数，如码垛物品的形状、码垛垛形的选择以及描述这些垛形的形状尺寸等，码垛机器人据此选择相应的模块进行搬运，此外还可以向码垛机器人示教物品初放点的位姿，然后据此参数描述码垛空间和物品间的码垛模型，计算出各运动目标位置变量值进行码垛，从而实现作业。另外本码垛机器人控制系统为开放式通用机器人控制系统，其主要在标准语文环境下进行开始，可以进行移植，并且容易修改、重构及扩充，并能够提供用户接口和程序接口，而采用面向对象的模块化工程设计方法，方便使用者进行操作，提高用户使用体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种码垛机器人控制系统，包括上位工控机和底层控制器，所述上位工控机和底层控制器之间通过串行通讯连接，其特征在于，所述底层控制器包括：

轨迹规划模块，对机器人手臂运动进行计算，并根据计算结果规划码垛机器人手臂的运行轨迹；

伺服控制模块，根据所述轨迹规划模块所规划的结果驱动所述码垛机器人手臂的运行轨迹；

逻辑控制模块，用于控制码垛机器人的抓手及夹板的开合。

2.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其特征在于，所述轨迹规划模块，用于实时读取码垛机器人手臂编码器的脉冲量，并与给定位置进行比较，并对比较的偏差进行PID校正，从而规划码垛机器人手臂的运行轨迹，确定码垛人手臂的目标位置。

3.根据权利要求1所述的码垛机器人控制系统，其特征在于，所述伺服控制模块包括4个伺服驱动器以及分别受4个伺服驱动器控制的4码盘电机，所述4个码盘电机分别控制码垛机器人的腰部关节、水平关节、垂直关节以及腕部关节的运行轨迹。

4.根据权利要求1所述的机器人控制系统，其特征在于，所述逻辑控制模块包括逻辑控制器、抓手气缸和夹板气缸，所述逻辑控制器控制所述抓手气缸控制所述抓手的开合，通过所述夹板气缸控制所述夹板气缸的开合。

5.根据权利要求4所述的机器人控制系统，其特征在于，所述逻辑控制器与所述抓手气缸之间、所述逻辑控制器及所述夹板气缸之间分别设有电磁阀。

6.根据权利要求1所述的码垛机器人控制系统，其特征在于，所述轨迹规划模块包括PMAC多轴运动控制卡和PMAC信号转接盘。

7.根据权利要求6所述的码垛机器人控制系统，其特征在于，所述PMAC多轴运动控制卡为4轴运动控制卡。

8.根据权利要求1所述的码垛机器人控制系统，其特征在于，所述底层控制器还包括示教模块和示教支援模块。

9.根据权利要求1所述的码垛机器人控制系统，其特征在于，所述底层控制器还包括I/O扩展卡。

10.根据权利要求9所述的码垛机器人控制系统，其特征在于，所述I/O扩展卡设有手抓气动吸盘及监控器。