CN108665781A - 一种工业伺服机器人实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业伺服机器人实验平台，包括上位机、状态感知系统、运动控制系统、电机驱动与控制系统、SCARA机器人和电源系统，所述状态感知系统用于检测物体的位置；所述运动控制系统接受上位机发送的指令，再结合状态感知系统发送的状态信息，输出电机的运动序列到电机驱动与控制系统；所述电机驱动与控制系统首先将运动控制系统送过来的电机运动序列通过矢量控制算法转换成六路开关元件的开关信号，然后将该PWM波送到驱动电路，经过驱动电路的功率元件进行放大驱动SCARA机器人中的电机工作；所述电源系统为整个实验平台提供工作电压。本发明各系统之间较独立，各环节可单独调试，便于学生上手，同时也可以培养学生多方面的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验平台，尤其涉及一种工业伺服机器人实验平台。
背景技术
随着学科渗透和交叉的发展，迫切需要建立以跨学科、多交叉和综合性为特点的实验教学平台，整合具有学科关联性和实验教学互补性的实验室资源，通过专业之间硬件资源的共享，有助于发现和开发具有学科特长互补特性的实验教学内容，让有限的各专业实验教学资源发挥最大的规模效益。而且通过师资力量等教学软件的交流，有助于共同研究和探讨创新性、层次性和综合性实验教学内容及改进实验教学方式和效果。通过将各个学科有限的实验教学资源进行整合优化，探索和设计具有跨学科、层次化的综合性实验平台，最大限度共享和调度学科之间的软硬件实验资源，引导学生综合应用学科交叉知识和实验技能,并将科研实践的开展和管理方式移植到综合性实验项目的设计和实施上，达到激发学生的创新意识和合作精神，提高学生解决复杂工程问题的能力，促进创新型宽口径人才的培养和推进实验教学改革探索的目的。
工业伺服机器人实验平台完全符合上述特点，一方面其综合了电机控制、DSP编程、驱动电路设计、运动轨迹控制、通信协议设计、UI设计、图像识别处理、机械结构设计等多方面的知识与技能，能够锻炼学生的综合调试能力；另一方面工业伺服机器人的应用场合众多，学生基于实验平台可构造不同的应用场景，实现不同的功能，利于激发学生的探索热情以及创新意识。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种工业伺服机器人的实验平台。
本发明所采用的技术方案如下：一种工业伺服机器人实验平台，包括上位机、状态感知系统、运动控制系统、电机驱动与控制系统、SCARA机器人和电源系统，
所述状态感知系统用于检测物体的位置；
所述运动控制系统接受上位机发送的指令，再结合状态感知系统发送的状态信息，输出电机的运动序列到电机驱动与控制系统；
所述电机驱动与控制系统首先将运动控制系统送过来的电机运动序列通过矢量控制算法转换成六路开关元件的开关信号(PWM波)，然后将该PWM波送到驱动电路，经过驱动电路的功率元件进行放大驱动SCARA机器人中的电机工作；
所述电源系统为整个实验平台提供工作电压。
进一步的，所述上位机是整个平台的人机交互系统，采用“PC+LABVIEW”的方式实现，最终功能实现的指令与机器人状态均通过该系统实现。
进一步的，所述状态感知系统包括光学镜头、COMS摄像头、工控机，光学镜头安装在COMS摄像头上，COMS摄像头与工控机电连接，摄像头获取图像信息并送到工控机，工控机基于识别算法完成识别并将物件坐标送到运动控制系统。
进一步的，所述电源系统提供220V交流电、15V直流电、5V直流电和3.3V直流电。
进一步的，所述上位机与运动控制系统之间通过SCI接口进行通信。
SCARA机器人是具体功能的终端实现，在最后一个臂的末端根据应用场合的不同可加装吸盘、螺丝刀等功能部件。
本发明具有的有益效果是：
1、各系统之间较独立，各环节可单独调试，便于学生上手，同时也可以培养学生多方面的能力。
2、平台功能开放，便于二次开发，利于培养学生的创新意识。通过修改运动控制的代码即可实现不同的应用功能。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种工业伺服机器人实验平台，包括上位机、状态感知系统、运动控制系统、电机驱动与控制系统、SCARA机器人和电源系统，
所述状态感知系统用于检测物体的位置；
具体的，所述状态感知系统包括光学镜头、COMS摄像头、工控机，光学镜头安装在COMS摄像头上，COMS摄像头与工控机电连接，摄像头获取图像信息并送到工控机，工控机基于识别算法完成识别并将物件坐标送到运动控制系统。
所述运动控制系统接受上位机发送的指令，再结合状态感知系统发送的状态信息，输出电机的运动序列到电机驱动与控制系统；所述运动控制系统采用固高的运动控制器，当然不限于此。
所述电机驱动与控制系统首先将运动控制系统送过来的电机运动序列通过矢量控制算法转换成六路开关元件的开关信号(PWM波)，然后将该PWM波送到驱动电路，经过驱动电路的功率元件进行放大驱动SCARA机器人中的电机工作；
所述电源系统为整个实验平台提供工作电压。
进一步的，所述上位机是整个平台的人机交互系统，采用“PC+LABVIEW”的方式实现，最终功能实现的指令与机器人状态均通过该系统实现。
进一步的，所述电源系统提供220V交流电、15V直流电、5V直流电和3.3V直流电。
进一步的，所述上位机与运动控制系统之间通过SCI接口进行通信。
SCARA机器人是具体功能的终端实现，在最后一个臂的末端根据应用场合的不同可加装吸盘、螺丝刀等功能部件。
下面描述本发明的工作原理：首先用户从上位机输入控制指令，如“选择功能码垛”、“停止”、“加速”等指令，该指令SCI接口输入到运动控制系统，运动控制系统在受到控制指令之后，根据当前应用场景的不同，选择性地接受从状态感知系统送来的数据，然后通过内置的运动控制算法(为固高的运动控制器中内置的算法，即根据机械臂的运动路线计算出电机的目标位置、转速等参数)计算出电机的运动序列，并送到电机驱动与控制系统。电机驱动与控制系统主要是一块嵌入电机矢量控制策略的DSP，当输入运动控制系统给出的运动系列时，矢量控制算法可根据内置的位置环、速度环和电流环来计算此时的输出信号用于控制驱动电路的6路开关元件(PWM波)。电机的驱动系统接受电机控制系统给出的PWM信号并将其放大，输入到电机，驱动电机正常工作，同时电机的状态(电流、转速、转子位置)也通过控制系统的传感器反馈回控制系统形成闭环控制。电机的旋转带动SCARA机器人进行相关动作的实现，完成预设的功能。
作为一个实验平台，与工业现场的机器人所具有的全封闭性不同，本发明所提出的工业伺服机器人实验平台是全开放的，图像识别代码、通信源码、上位机系统的设计、运动控制算法、电机控制策略的实现、电机驱动电路设计等工作均提供开放接口，学生可自行设计并输入到实验平台中进行调试。
Claims (5)
1.一种工业伺服机器人实验平台，其特征在于：包括上位机、状态感知系统、运动控制系统、电机驱动与控制系统、SCARA机器人和电源系统，
所述状态感知系统用于检测物体的位置；
所述运动控制系统接受上位机发送的指令，再结合状态感知系统发送的状态信息，输出电机的运动序列到电机驱动与控制系统；
所述电机驱动与控制系统首先将运动控制系统送过来的电机运动序列通过矢量控制算法转换成六路开关元件的开关信号(PWM波)，然后将该PWM波送到驱动电路，经过驱动电路的功率元件进行放大驱动SCARA机器人中的电机工作；
所述电源系统为整个实验平台提供工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种工业伺服机器人实验平台，其特征在于：所述上位机是整个平台的人机交互系统，采用“PC+LABVIEW”的方式实现。
3.根据权利要求1所述的一种工业伺服机器人实验平台，其特征在于：所述状态感知系统包括光学镜头、COMS摄像头、工控机，光学镜头安装在COMS摄像头上，COMS摄像头与工控机电连接，摄像头获取图像信息并送到工控机，工控机基于识别算法完成识别并将物件坐标送到运动控制系统。
4.根据权利要求1所述的一种工业伺服机器人实验平台，其特征在于：所述电源系统提供220V交流电、15V直流电、5V直流电和3.3V直流电。
5.根据权利要求1所述的一种工业伺服机器人实验平台，其特征在于：所述上位机与运动控制系统之间通过SCI接口进行通信。
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| CN201810431398.2A CN108665781A (zh) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | 一种工业伺服机器人实验平台 |
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