CN106695845A - 机器人电控系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人电控系统的控制方法，该机器人具有执行机构和驱动所述执行机构动作的驱动模组，所述驱动模组设置有至少两个且串行连接。本发明的机器人电控系统的控制方法主要利用用户接口控制器将预先调试好的运行程序下载并保存，待用户执行指令发出后，用户接口控制器即可将运行程序分段分别发送给对应的驱动模组，实现各驱动模组的顺序执行，操作简单且任何稍有软件使用知识的人员都可编程控制使用机器人，具有低成本、易维护、易使用等优点。

Description

机器人电控系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种机器人电控系统的控制方法，属于智能机械设备领域。

背景技术

随着电子、食品、医药等领域产品对生产效率和质量要求的不断提高，也就对产品生产线上的自动化传输设备提出了更高的要求。随着微电子和计算机技术的发展，机器人渐渐成为了自动化传输设备的一种重要形式，它能代替人工在不同生产线间对产品高速、平稳、洁净的拾取和分级设置，不仅可操作性强，而且工作效率较高。

但，目前大多数的机器人都采用中央式控制方式，具体而言，即每个电机都通过10根左右的导线连接到机器人体外的电气控制柜中，由电气控制柜中的中央控制器（一般为工控PC机加上运动控制卡以及4个功率电机驱动器）产生相应的大电流对机器人本体上的电机进行驱动控制。因此，控制系统复杂而庞大，电气控制柜的体积通常与机器人本体体积相当或者甚至更大。

同时，每家厂商由于采用的工控机以及控制方式不尽相同，因此，每个工控机都配备自有的控制面板和编程语言，这对用户和中间的系统集成商来说，对不同厂家的机器人都需要学习掌握不同的控制界面和编程控制语言，这无疑增加了使用和学习上的复杂性和困难。

有鉴于此，有必要对现有机器人的控制方式予以改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人电控系统的控制方法，该控制方法简单、易操作，任何稍有软件使用知识的人员都可编程控制使用机器人。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种机器人电控系统的控制方法，该机器人包括执行机构和驱动所述执行机构动作的驱动模组，所述驱动模组设置有至少两个且串行连接，所述控制方法主要包括以下步骤：

S1、用户接口控制器接收用户指令；

S2、用户接口控制器根据接收到的用户指令将预先保存的运行程序分段分别发给各驱动模组；

S3、各驱动模组按照运行程序中的时序依次执行各自的运行程序；

S4、用户接口控制器检测是否有剩余段运行程序待执行，若是，则进入步骤S2，若否，则结束。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为：用户接口控制器根据接收到的用户指令将预先保存的运行程序分段分别发给各驱动模组，同时用户接口控制器还提供时间校准信号给各驱动模组。

作为本发明的进一步改进，所述电控系统为分布式控制系统，各驱动模组及用户接口控制器之间通过4根导线串行连接，且该4根导线包括2根电源线和2根差分通讯总线。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为：用户接口控制器根据接收到的用户指令将预先保存的运行程序通过差分通讯总线分段分别发给各驱动模组，同时用户接口控制器还通过差分通讯总线提供时间校准信号给各驱动模组。

作为本发明的进一步改进，所述用户指令通过数字输入/输出的触发方式输送至用户接口控制器。

作为本发明的进一步改进，所述用户接口控制器电性连接机器人与用户个人终端，且用户接口控制器与用户个人终端之间呈有线或无线连接。

作为本发明的进一步改进，所述用户接口控制器呈嵌入式安装在机器人内。

作为本发明的进一步改进，所述机器人为Delta并联机器人，所述驱动模组设置有四个，分别为三个用于驱动Delta并联机器人在三维方向平动的第一驱动模组和一个用于驱动Delta并联机器人一维旋转的第二驱动模组。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S2具体为：用户接口控制器根据接收到的用户指令将预先保存的运行程序分段并分别发给各第一驱动模组和第二驱动模组。

作为本发明的进一步改进，所述机器人为SCARA型机器人。

本发明的有益效果是：本发明的机器人电控系统的控制方法利用用户接口控制器将预先调试好的运行程序下载并保存，待用户执行指令发出后，用户接口控制器即可将运行程序分段分别发送给对应的驱动模组，实现各驱动模组的顺序执行，操作简单且任何稍有软件使用知识的人员都可编程控制使用机器人，具有低成本、易维护、易使用等优点。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式Delta并联机器人的立体结构示意图。

图2是图1所示Delta并联机器人的分解示意图。

图3是图1所示Delta并联机器人的剖面示意图。

图4是图1所示Delta并联机器人的电控系统结构示意图。

图5是图4所示电控系统的控制方法流程图。

图中：Ⅰ-固定平台 Ⅱ-执行机构 Ⅲ-运动平台 1-基座固定板 2-基座固定筒 4-第二驱动模组 5-三叶板 6-第二护罩 7-第一驱动模组 8-第一护罩 9-风扇 10-主动臂 11-关节轴承 12-拉杆 13-中轴管 14-滚珠花键 15-万向节 16-轴箍 17-拉杆支架 18-工具固定板 19-安装座 20-工件抓取工具 21-用户接口控制器 22-盖板 24-用户个人终端 25-从动臂 26-内支撑柱 27-转动轴 28-轴承压板 51-叶片 52-通孔 53-第一螺纹孔 54-第二螺纹孔 55-凹槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明所揭示的控制方法主要应用于机器人的电控系统，且主要应用在Delta并联机器人和SCARA型机器人的电控系统上。以下说明书部分将以Delta并联机器人为例，对本发明的控制方法进行详细说明，但不应以此为限。

请参阅图1至图3所示，所述Delta并联机器人具有三维平动和一维转动四个自由度，能够实现对轻小物料的快速分拣、封装、插装等操作，具有结构紧凑、整体性好、刚性强、运行稳定、低成本等优点。

所述Delta并联机器人包括：固定平台Ⅰ、运动平台Ⅲ、连接所述固定平台Ⅰ与运动平台Ⅲ的执行机构Ⅱ及驱动所述执行机构Ⅱ运动的驱动模组。所述驱动模组设置有四个，分别为三个用于驱动所述执行机构Ⅱ动作以带动所述运动平台Ⅲ在三维方向平动的第一驱动模组7和一个用以带动所述运动平台Ⅲ一维旋转的第二驱动模组4。所述执行机构Ⅱ包括主动臂10和从动臂25，且所述主动臂10的一端与所述第一驱动模组7的输出轴相连、另一端与所述从动臂25的上端相连，所述从动臂25的下端与所述运动平台Ⅲ相连。所述执行机构Ⅱ还包括位于所述固定平台Ⅰ与所述运动平台Ⅲ之间并带动所述运动平台Ⅲ一维旋转的中轴。

所述固定平台Ⅰ包括基座固定板1、固定安装所述第一驱动模组7的三叶板5及位于所述基座固定板1与三叶板5之间的基座固定筒2。所述Delta并联机器人还包括用于控制所述第一驱动模组7和第二驱动模组4工作的电控系统，所述电控系统包括用户接口控制器21和电气通讯面板（未图示）。所述用户接口控制器21负责协调流程和用户界面，所述电气通讯面板上集成了网口、输入I/O接口、输出I/O接口、蓝牙模块、电源接口等，以与用户个人终端24进行有线或无线连接。

本实施例中，所述第二驱动模组4、用户接口控制器21和电气通讯面板均收容在所述基座固定筒2内，且用户接口控制器21呈嵌入式收容在所述基座固定筒2内。这样的设计目的是：一方面便于用户接口控制器21同时对第一驱动模组7和第二驱动模组4实施控制，减少路线排布，结构紧凑；另一方面，便于所述第二驱动模组4驱动所述中轴，从而带动所述运动平台Ⅲ一维旋转。

所述基座固定筒2安装在所述基座固定板1的下方，并位于基座固定板1与三叶板5之间。所述基座固定筒2的上下两端各开设有6个螺纹孔，以供螺钉穿过螺纹孔将基座固定筒2分别与所述基座固定板1和三叶板5相固定连接。所述基座固定筒2的侧边开设有矩形的开口（未图示），以供安装所述电气通讯面板。

所述主动臂10、从动臂25及第一驱动模组7分别设置有三个，且前述三个主动臂10、从动臂25及第一驱动模组7对应组成三个执行机构组，每个执行机构组围绕所述固定平台Ⅰ和运动平台Ⅲ的周向彼此相隔120度均匀分布。所述三叶板5具有均匀分布的三个叶片51，三个所述第一驱动模组7分别固定安装在所述三叶板5的三个叶片51的下方，每个所述第一驱动模组7的远离所述主动臂10的一侧设置有风扇9，以在第一驱动模组7工作时对第一驱动模组7进行散热，所述风扇9与所述第一驱动模组7的外侧罩设有第一护罩8。

所述第二驱动模组4的外侧罩设有第二护罩6，且该第二护罩6与所述三叶板5相固定连接。所述三叶板5的中心位置处开设有一个圆形的通孔52，该通孔52用于放置第二驱动模组4。在所述通孔52的外围一圈设置有沿圆形轨迹分布的6个第一螺纹孔53，以供螺钉穿过该6个第一螺纹孔53将第二护罩6与三叶板5固定连接。在前述6个第一螺纹孔53的外侧一定距离处，还设置有沿圆形轨迹分布的6个第二螺纹孔54，以供螺钉穿过该6个第二螺纹孔54将基座固定筒2与三叶板5固定连接。所述三叶板5的三个叶片51上均设置有自通孔52朝向叶片51外侧延伸的凹槽55，该凹槽55用于放置第一驱动模组7的电线。

所述中轴包括内部中空设置的中轴管13和与所述中轴管13相连且一端收容在所述中轴管13内的滚珠花键14。所述中轴管13由碳纤维材料制成，且所述中轴管13的上端设置有轴箍16、下端与所述运动平台Ⅲ通过万向节15相连；所述滚珠花键14的下端通过所述轴箍16收容在所述中轴管13内、上端与所述第二驱动模组4通过万向节15相连。所述中轴管13下端的万向节15与所述滚珠花键14上端的万向节15可保证所述中轴在Delta并联机器人运动范围内实现轴向伸缩和径向旋转功能，且利用碳纤维材料制作中轴管13，可使得中轴管13轴向强度和模量提高，从而增加了操作中的精度和效率。

由于所述中轴管13与所述滚珠花键14相组合之后可实现轴向伸缩和径向旋转，因而，所述三叶板5的中心点与运动平台Ⅲ中心点之间的距离设置为700mm~1050mm；当然，该距离也可根据Delta并联机器人的实际尺寸作相应调整，于此不予限制。另外，所述中轴管13的轴心线到三个所述从动臂25的中心线的距离相等，以此保证Delta并联机器人能够稳定的旋转，提高稳定性。

所述驱动模组由减速机、步进电机、编码器、模块化含驱动运动控制器组成，其内包含所有运动控制和步进伺服精准运行所必需的硬件和软件，可接受并储存用户编程。该种高性能的模块化含驱动运动控制器可以自主执行运动轨迹规划控制并能够产生足够的电流驱动步进电机达到3000转每分钟以上速度。当然，在其他实施例中，该步进电机也可由其它类型的电机替代，不失其通用性。

所述主动臂10与所述第一驱动模组7的减速机相连接，从而第一驱动模组7的动力输出可通过减速机传送至所述主动臂10，继而带动所述主动臂10上下摆动。所述主动臂10呈环状设置，且其宽度自所述第一驱动模组7的输出轴一侧朝向从动臂25一侧逐渐缩小，由此以减轻主动臂10的重量，继而减少第一驱动模组7的负载。所述主动臂10的中空部位设置有两个内支撑柱26，以增强主动臂10的刚性。所述主动臂10的靠近第一驱动模组7输出轴的一侧设置有盖板22，而靠近从动臂25的一侧设置有转动轴27，且该转动轴27的两端向外突伸。

所述从动臂25包括相互平行设置的两条拉杆12及设置在该两条拉杆12两端的关节轴承11，且每条拉杆12的其中一端的关节轴承11与所述主动臂10的转动轴27相配合连接、另一端的关节轴承11与所述运动平台Ⅲ相配合连接。本实施例中，三个所述主动臂10上自第一驱动模组7输出轴的圆心到与主动臂10自由端相连的关节轴承11的圆心之间的距离相等，当然，该距离可根据实际需要进行调整。

所述运动平台Ⅲ包括用于固定中轴管13底端的万向节15的轴承压板28、位于轴承压板28的下方并与所述从动臂25下端的关节轴承11相连接以固定拉杆12的拉杆支架17、位于所述拉杆支架17的下方用以安装工件抓取工具20的安装座19及位于所述拉杆支架17与所述安装座19之间以固定所述安装座19的工具固定板18。所述轴承压板28镶嵌在所述拉杆支架17中，所述工件抓取工具20可以是吸盘、气动抓手、电动抓手等抓取工具，也可以是点焊、点胶、切割等工具，以用来抓取或吸附轻小物体，具体来说，本实施例中，所述工件抓取工具20为吸盘。本实施例中，所述主动臂10的转动轴27与所述从动臂25上端的关节轴承11转动连接，所述从动臂25下端的关节轴承11与所述拉杆支架17固定连接，从而在第一驱动模组7驱动所述主动臂10上下摆动时，所述主动臂10可带动所述从动臂25沿三维方向运动，进而带动所述运动平台Ⅲ沿三维方向平动。

在三个所述主动臂10均处于水平位置时，假设所述工件抓取工具20所处的水平面为基准面，在此基准面上以工件抓取工具20此时所在点为圆心，工件抓取工具20在该基准面上可走的离圆心最远的距离作为半径，那么工件抓取工具20在该基准面上所形成的运动轨迹就是一个圆；而随着中轴管13与滚珠花键14的轴向伸缩，工件抓取工具20在基准面上所形成的运动轨迹的直径也会随之减小，由此可见，Delta并联机器人的运动平台Ⅲ的运动轨迹大体呈漏斗状。

请参阅图4所示，Delta并联机器人的电控系统采用了分布式控制系统（DCS），该分布式控制系统将三个第一驱动模组7、一个第二驱动模组4及用户接口控制器21之间通过4根导线串行连接，且该4根导线包括2根电源线和2根差分通讯总线，从而免去了传统机器人的电气控制柜和控制面板，取代了传统的直流伺服电机加中央控制器的方式，极大简化了接线方式。差分通讯总线协议包括但不限于CAN总线、485总线、422总线等。

另外，用户接口控制器21还可经由以太网、WIFI或者蓝牙等多种通讯方式与用户个人终端24进行有线或无线连接，实现用户个人终端24与Delta并联机器人的电性连接；再者，除了可通过传统的工控机进行编程控制，用户还可在智能移动终端（如个人平板，手机等）上通过用户接口控制器21直接对Delta并联机器人进行编程或调试。

请参阅图5所示，Delta并联机器人的电控系统的控制方法，主要包括以下步骤：

用户自行操作部分：

A、用户使用安装在用户自有的个人终端24上的软件或者云端，通过用户接口控制器21对Delta并联机器人进行编程或调试；

B、编程或调试完成后，将执行机构Ⅱ的轨迹控制程序（即运行程序）预先下载到用户接口控制器21内并保存；

C、Delta并联机器人开始工作运行时，用户发出指令至用户接口控制器21。

并联机器人自行控制部分：

S1、用户接口控制器21接收用户指令；

S2、用户接口控制器21根据接收到的用户指令将预先保存的运行程序（即轨迹控制程序）分段分别通过差分通讯总线发给各第一驱动模组7和第二驱动模组4；

S3、各第一驱动模组7和第二驱动模组4按照运行程序中的时序依次执行各自的运行程序；

S4、用户接口控制器21检测是否有剩余段运行程序待执行，若是，则进入步骤S2，若否，则结束。

当然，该控制方法还可进一步包括步骤S5、用户接口控制器21检测所有段运行程序是否已全部执行完毕，若否，则进入步骤S2，若是，则结束。

需要说明的是：将预先保存的运行程序分段，是因为每个驱动模组内部的缓存是有限的，假定每个驱动模组内部只能存500行程序，那么如果第一驱动模组7和/或第二驱动模组4的运行程序超过500行，则不可能将运行程序一次存入对应的缓存区内，故需要对该运行程序进行分段处理，以便将运行程序分次存入缓存区内。因此，在接到用户指令后，用户接口控制器21先将第一段运行程序分别发给各第一驱动模组7和第二驱动模组4（每个驱动模组各发490行，保持一定余量），经过一段时间后，用户接口控制器21再将第二段运行程序分别发给各第一驱动模组7和第二驱动模组4，如此循环直至所有段运行程序全部发送完毕。此处的“一段时间”是指执行490行运行程序所需要花费的大致时间。当然，分段的处理方法由具体的运行程序量来决定。

在上述步骤S2中，用户接口控制器21同时还通过差分通讯总线提供时间校准信号给各第一驱动模组7和第二驱动模组4，以保证各第一驱动模组7和第二驱动模组4在执行各自的运行程序过程中是基于同一时间基准的。

本实施方式中，用户指令通过数字输入/输出的触发方式发送至用户接口控制器21。

另外，三个第一驱动模组7、一个第二驱动模组4及用户接口控制器21均具有标准的4接线端口，从而在维护和修理时仅需要插拔几个相同的4线插头、以及装卸相应的固定螺丝，因此一个普通的机械修理人员足够完成所有的安装和维修。

相较于现有技术，本发明的机器人电控系统的控制方法，一方面，通过将三个第一驱动模组7、一个第二驱动模组4及用户接口控制器21之间用4根导线串行连接，从而免去了传统机器人的电气控制柜和控制面板，取代了传统的直流伺服电机加中央控制器的方式，极大的简化了接线方式，提高了可靠性；另一方面，可通过用户接口控制器21在个人终端24的软件编程和调试界面实现对机器人的编程或调试，使得任何稍有软件使用知识的人员即可编程控制使用机器人，具有低成本、易维护、易使用等优点。

由于本发明的机器人的电气接口和机械接口简单，没有电气控制柜，没有工控PC机，没有昂贵的运动控制卡，没有分体式的大功率电机驱动器，没有控制操作面板，主控制导线只有4根，因此成本降低了75%以上，结构紧凑，易于安装维护，可操作性强。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种机器人电控系统的控制方法，该机器人包括执行机构和驱动所述执行机构动作的驱动模组，所述驱动模组设置有至少两个且串行连接，其特征在于，所述控制方法主要包括以下步骤：

S1、用户接口控制器接收用户指令；

S2、用户接口控制器根据接收到的用户指令将预先保存的运行程序分段分别发给各驱动模组；

S3、各驱动模组按照运行程序中的时序依次执行各自的运行程序；

S4、用户接口控制器检测是否有剩余段运行程序待执行，若是，则进入步骤S2，若否，则结束。

2.根据权利要求1所述的机器人电控系统的控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：用户接口控制器根据接收到的用户指令将预先保存的运行程序分段分别发给各驱动模组，同时用户接口控制器还提供时间校准信号给各驱动模组。

3.根据权利要求2所述的机器人电控系统的控制方法，其特征在于：所述电控系统为分布式控制系统，各驱动模组及用户接口控制器之间通过4根导线串行连接，且该4根导线包括2根电源线和2根差分通讯总线。

4.根据权利要求3所述的机器人电控系统的控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：用户接口控制器根据接收到的用户指令将预先保存的运行程序通过差分通讯总线分段分别发给各驱动模组，同时用户接口控制器还通过差分通讯总线提供时间校准信号给各驱动模组。

5.根据权利要求1所述的机器人电控系统的控制方法，其特征在于：所述用户指令通过数字输入/输出的触发方式输送至用户接口控制器。

6.根据权利要求1所述的机器人电控系统的控制方法，其特征在于：所述用户接口控制器电性连接机器人与用户个人终端，且用户接口控制器与用户个人终端之间呈有线或无线连接。

7.根据权利要求1所述的机器人电控系统的控制方法，其特征在于：所述用户接口控制器呈嵌入式安装在机器人内。

8.根据权利要求1所述的机器人电控系统的控制方法，其特征在于：所述机器人为Delta并联机器人，所述驱动模组设置有四个，分别为三个用于驱动Delta并联机器人在三维方向平动的第一驱动模组和一个用于驱动Delta并联机器人一维旋转的第二驱动模组。

9.根据权利要求8所述的机器人电控系统的控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：用户接口控制器根据接收到的用户指令将预先保存的运行程序分段并分别发给各第一驱动模组和第二驱动模组。

10.根据权利要求1所述的机器人电控系统的控制方法，其特征在于：所述机器人为SCARA型机器人。