CN105881504B - 一种具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，包括运动控制器，所述运动控制器通过总线控制多个伺服驱动器和电机；所述伺服驱动器和电机均采用位置控制模式；所述运动控制器包括位置接收单元、点表生成单元和位置控制单元；所述位置接收单元用于接收所述电机的编码器反馈的位置信号；所述点表生成单元用于将所述位置信号换算成坐标点并根据坐标点生成点表；所述位置控制单元根据生成的点表完成对电机位置的闭环控制，使得Delta机器人的目标位置与实际位置保持一致，从而实现牵引视教的功能。本发明提高Delta机器人的现场适应性。

Description

一种具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，特别是涉及一种具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统。
背景技术
Delta机器人属于高速、轻载的并联机器人，一般通过示教编程或视觉系统捕捉目标物体，由三个或四个并联的伺服轴确定抓具中心(TCP)的空间位置，实现目标物体的运输，加工等操作。
一般的Delta机器人控制系统是由控制器、伺服系统、视觉跟踪系统和输送带跟踪系统组成，但是其控制系统的各部件的拓扑连接方式千差万别，其内部核心控制算法和跟踪算法也是不一样的，因此通用性不高。特别是在轨迹规划方面，各个机器人厂家的轨迹规划方式也各不相同且目前市场上的Delta机器人所能提供的轨迹单一且无法实现不规则轨迹规划，没有很好的现场适应性。
现有技术CN 103645725A公开了一种机器人示教轨迹规划方法和系统，涉及工业过程中的机器人示教领域，其包括：在对机器人进行示教过程中，采集示教轨迹的空间关键点；根据示教轨迹的空间关键点，用多结点样条插值函数以及最小二乘拟合方法，得到示教轨迹曲线。虽然该方法提高了轨迹控制的精度，但是其现场适应性仍然较差，所提供的轨迹仍然比较单一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，提高Delta机器人的现场适应性，可以实现不规则轨迹规划。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，包括运动控制器，所述运动控制器通过总线控制多个伺服驱动器和电机；所述伺服驱动器和电机均采用位置控制模式；所述运动控制器包括位置接收单元、点表生成单元和位置控制单元；所述位置接收单元用于接收所述电机的编码器反馈的位置信号；所述点表生成单元用于将所述位置信号换算成坐标点并根据坐标点生成点表；所述位置控制单元根据生成的点表完成对电机位置的闭环控制，使得Delta机器人的目标位置与实际位置保持一致，从而实现牵引视教的功能。
所述运动控制器包括两个以太网口，其中一个以太网口通过Ethercat/CANopen协议连接多个伺服驱动器和电机，另一个以太网口通过Modbus TCP协议连接人机界面。
所述运动控制器还包括路径规划模板单元；所述路径规划模板单元利用数学计算提供默认轨迹路径规划模板。
所述默认轨迹路径规划模板包括圆顶门型轨迹模板、直角门型轨迹模板和蛙跳轨迹模板。
所述位置接收单元在运动控制器松开电机的抱闸时通过人工牵引Delta机器人的机械臂运动的方式接收电机的编码器反馈的位置信号。
所述编码器为多圈绝对值编码器。
所述伺服驱动器和电机采用一体式结构。
所述运动控制器通过差分方式进行数据传输。
所述伺服驱动器预留直流母线供电接口，且与整流逆变单元相连。
所述运动控制器集成第三方工具和路由器功能，通过运动控制器能够直接调试连接在运动控制器上的伺服驱动器的参数。
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：
1.电机通过自动记忆轨迹点的方式生成一张点表，通过调用此点表来实现牵引视教功能，从而大大提高了Delta机器人轨迹对各种应用场合的适应性。
2.通过在运动控制器内部进行编程，提供三种默认轨迹模板“圆顶门型”、“直角门型”、“蛙跳”，且提供直观的参数输入方式，丰富了轨迹种类，提高了应用场合的适应性。
3.电机的控制采用总线通讯的方式，突破了传统脉冲方式的最高脉冲频率对最高速度和最大精度的限制，在保证高精度的情况度下实现高速度，控制器与电机之间使用EtherCAT/CANopen进行通讯，其布线更方便，维护成本更低，传输速度更快，一个控制周期控制在2ms以内，精度更高。控制系统可以轻松读取伺服驱动器中的所有参数，更加方便进行各种控制操作。
4.运动控制器集成驱动器第三方工具，通过控制器能够直接调试连接在控制器上的伺服驱动器的参数，无需来回去切换驱动器的通讯线，即可实现驱动器参数的调整；控制器也可做为连接到驱动器的路由，可以不用接任何的调试线，用驱动器自带的软件进行调试，这种方式可以减少调试难度。
5.驱动器电机一体化电机系统采用共直流母线技术和驱动器电机一体化技术，节省了电机和驱动器之间的连线，使整个系统更节能，布线更省，降低了干扰。
6.远程IO采用总线方式进行扩展，也可以大大减少线缆的长度。
附图说明
图1是本发明的系统整体框图；
图2是本发明中控制器的框图；
图3是本发明的控制流程图。
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具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，如图1所示，包括运动控制器、多个伺服驱动器、电机、I/O扩展模块和视觉跟踪系统。本发明的运动控制器通过Ehtercat/CANopen总线控制多个伺服驱动器、电机、I/O扩展模块和视觉系统。四个电机采用位置模式进行控制，运动控制器通过现场总线实时获取位置控制数据，并根据得到的数据控制电机运动，同时人机界面进行数据的设定和监控，并可以通过人机界面进行系统的远程诊断和控制。
如图2所示，所述运动控制器包括位置接收单元、点表生成单元和位置控制单元；所述位置接收单元用于接收所述电机的编码器反馈的位置信号；所述点表生成单元用于将所述位置信号换算成坐标点并根据坐标点生成点表；所述位置控制单元根据生成的点表完成对电机位置的闭环控制，使得Delta机器人的目标位置与实际位置保持一致，从而实现牵引视教的功能。其中，所述位置接收单元在运动控制器松开电机的抱闸时通过人工牵引Delta机器人的机械臂运动的方式接收电机的编码器反馈的位置信号，也就是说，位置接收单元在使用运动控制器松开伺服电机的抱闸时人工牵引Delta机器人的机械臂运动同时获取电机编码器位置数据。
其中，编码器可以采用多圈绝对值编码器，多圈绝对值编码器由于测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必找零点，也无需通过外部信号进行回零，只需要将某一中间位置作为起始点就可以自行找到电机零位，如此大大简化了安装调试过程，使用十分方便。
所述运动控制器还包括路径规划模板单元；所述路径规划模板单元利用数学计算提供默认轨迹路径规划模板。所述默认轨迹路径规划模板包括圆顶门型轨迹模板、直角门型轨迹模板和蛙跳轨迹模板。
系统中采用的运动控制器是Robox的uRMC2，该控制器本身集成有两个以太网口，两个以太网口都可以支持标准的Ethercat/CANopen协议和Modbus TCP协议，其中一个以太网口用来连接4个伺服驱动器和电机，并走Ethercat/CANopen协议；另一个以太网口用来连接人机界面，走Modbus TCP协议。该控制器集成8路开关量输入，8路开关量输出，都是PNP类型。该控制器具有128K断电保持存储区，不通过特殊处理就可以安全保存参数。该控制器采用飞思卡尔Power PC MPC5200处理器，1.2G双核，外形尺寸230x77x85mm，64Mbyte DRAM，128Kbyte CMOS，可以水平和垂直安装。该系统采用的人机界面是Robox的RHMI15，15寸，65536色的TFT真彩液晶屏，铝合金外壳。
除上述控制器外，系统还可以采用其他厂家的控制器，可以实现同样的功能，如倍福的CP6522。该控制器主板集成4个RS422串口，1个RS232串口，8个USB2.0，不间断电源UPS，带10/100BASE-T接口的双以太网适配器。该控制器前面板是15英寸显示器，分辯率为1024*1024。该控制器带数字键盘和PLC专用功能键盘。该控制器采用Intel Core 2.0GHz处理器，521MB DDR2RAM内存(可扩展2GB)和160GB SATA硬盘。
所述运动控制器还集成驱动器第三方工具，通过运动控制器能够直接调试连接在控制器上的伺服驱动器的参数，这样调试起来更加方便，不需要来回去切换驱动器的通讯线，可以轻松实现驱动器参数的调整，控制器也可作为连接到驱动器的路由器，可以不用接任何的调试线，用驱动器自带的软件进行调试，这种方式可以减少调试难度。因不同公司驱动器的调试线可能不同，工程师在调试不同的驱动器时可能要去找不同的线，这样无形中增加了调试难度，而我们的控制器只需通讯线连接电机进行调试。
另外，本发明中运动控制器的数据传输方式可以采用差分方式进行，例如可以采用双绞线作为传输介质，发送端的两路信号必须分别使用一对双绞线进行信号传输，发送端的两路信号传输幅值相等相位相反的信号，运动控制器的接收单元对接收的两路信号做减法运算，这样就获得幅值翻倍的信号，如果两路信号都受到了同样的干扰信号，由于接收单元对两路信号做减法运算，因此干扰信号被基本抵消，从而使得整个系统的抗干扰能力得到加强。
伺服驱动器预留了直流母线供电接口，所有的驱动器不需要单独采用380V电源供电，所有驱动器的能量可以共享，在有的驱动器减速的时候，会发电产生能量，这个能量可以用来给加速或者匀速的驱动器使用，达到节能的目的。另外，所有的伺服驱动器可以连接到一个整流逆变单元，把整台设备制动时发生的能量反馈到电网。由于这台设备是频繁正反转的，有高达20KW的制动电阻用于消耗能量，采用逆变电源回馈电网后，可以节约20％以上的能量。伺服驱动器和电机采用一体式结构，其节省了电机和驱动器之间的连线，使整个系统更节能，布线更省，降低了干扰。
牵引视教功能如图2所示，在视教器上点击开启牵引视教功能，使用运动控制器松开伺服电机的抱闸，人工牵引Delta机器人的机械臂运动同时获取电机编码器位置数据自动生成一张点表并保存在运动控制器中，通过调用点表来实现牵引视教的功能。
不难发现，本发明通过自动记忆轨迹点的方式生成一张点表，通过调用此点表来实现牵引视教功能，从而大大提高了Delta机器人轨迹对各种应用场合的适应性，并且提供默认轨迹模板，丰富了轨迹种类，提高了应用场合的适应性。本发明采用差分方式进行数据传输使得抗干扰能力得到加强，而脉冲和模拟量方式的干扰一直是一个很难解决的问题。本发明采用EtherCAT/CANopen总线进行控制，控制系统可以轻松读取伺服驱动器中的所有参数，更加方便进行各种控制操作。另外本发明采用一体式驱动的电机产品，节省了电机和驱动器之间的连线，节省成本，降低了干扰。另外，远程IO采用总线方式进行扩展，也可以大大减少线缆的长度。

Claims (9)

1.一种具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，包括运动控制器，其特征在于，所述运动控制器通过总线控制多个伺服驱动器和电机；所述伺服驱动器和电机均采用位置控制模式；所述运动控制器包括位置接收单元、点表生成单元和位置控制单元；所述位置接收单元用于接收所述电机的编码器反馈的位置信号；所述点表生成单元用于将所述位置信号换算成坐标点并根据坐标点生成点表；所述位置控制单元根据生成的点表完成对电机位置的闭环控制，使得Delta机器人的目标位置与实际位置保持一致，从而实现牵引视教的功能；所述运动控制器集成第三方工具和路由器功能，通过运动控制器能够直接调试连接在运动控制器上的伺服驱动器的参数。
2.根据权利要求1所述的具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，其特征在于，所述运动控制器包括两个以太网口，其中一个以太网口通过Ethercat/CANopen协议连接多个伺服驱动器和电机，另一个以太网口通过Modbus TCP协议连接人机界面。
3.根据权利要求1所述的具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，其特征在于，所述运动控制器还包括路径规划模板单元；所述路径规划模板单元利用数学计算提供默认轨迹路径规划模板。
4.根据权利要求3所述的具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，其特征在于，所述默认轨迹路径规划模板包括圆顶门型轨迹模板、直角门型轨迹模板和蛙跳轨迹模板。
5.根据权利要求1所述的具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，其特征在于，所述位置接收单元在运动控制器松开电机的抱闸时通过人工牵引Delta机器人的机械臂运动的方式接收电机的编码器反馈的位置信号。
6.根据权利要求1所述的具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，其特征在于，所述编码器为多圈绝对值编码器。
7.根据权利要求1所述的具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器和电机采用一体式结构。
8.根据权利要求1所述的具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，其特征在于，所述运动控制器通过差分方式进行数据传输。
9.根据权利要求1所述的具有牵引视教功能的Delta机器人控制系统，其特征在于，所述伺服驱动器预留直流母线供电接口，且与整流逆变单元相连。
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