CN109129459A - 双臂机器人 - Google Patents

Abstract

一种双臂机器人，包括机器人本体以及控制所述机器人本体运作的控制部分。所述机器人本体设有两个机器人手臂以及安装于所述两个机器人手臂内的若干一体化驱动控制模组。每个所述机器人手臂内设有至少一个所述一体化驱动控制模组。所述控制部分设有一个主控制器及两个控制模块，每个所述控制模块对应控制一个所述机器人手臂，每个所述控制模块与所述至少一个一体化驱动控制模组信号连接，所述主控制器发送同步信号和控制信号至所述控制模块，所述控制模块将同步信号和控制信号转化后再通过CAN总线发送至每个所述机器人手臂的所述至少一个一体化驱动控制模组内，所述至少一个一体化驱动控制模组控制对应的所述两个机器人手臂单独运动或者同步运动。

Description

双臂机器人

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其涉及应用于冲压机床的双臂机器人。

背景技术

机器人在工业中代替人做某些单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业，完成对人体有害物料的搬运或工艺操作，完成上下料工艺。

随着现在工业的快速发展，以汽车行业为例，车外型愈求美观流线，汽车外板件的冲压生产线也向高速化、高品质、自动化、柔性化方向发展。传统冲压生产过程中的手工操作、人工送料的生产方式已无法满足该行业的需要。在冲压生产中采用工业机器人代替人工操作，构成自动化生产单元或组成全自动化生产线，是进行高速、高效、高质量冲压生产的一种有效方法。

机器人冲压生产线在国外已运用多年，但在国内很少，特别是集合总线控制、网络数字通信等国际先进技术的机器人冲压生产线目前在国内还没有。当前国内冲压生产线应用的机器人多为独自工作的单臂机器人，这样的机器人只适应于特定的产品和工作环境，并且依赖于所提供的专用设备和工夹具，一般地单臂机器人只适合于刚性工件的操作，并受制于环境。随着现代工业的发展和科学技术的进步，对于许多任务而言单臂操作是不够的。为了适应任务的复杂性、智能性的不断提高以及系统柔顺性的要求而扩展为双手协调控制，即由两个单臂机器人相互协调、相互配合的去完成某种作业，组成双臂机器人。双手协调控制系统不可能是两个单手机器人的简单组合，除了它们各自共同目标的控制实现外，它们相互间的协调控制以及对环境的适应性就成为组合的关键。

有鉴于此，有必要提供一种双臂机器人以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双臂能够协同运作的双臂机器人。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种双臂机器人，包括机器人本体以及控制所述机器人本体运作的控制部分，所述机器人本体设有两个机器人手臂、带动所述机器人手臂运作的传动机构、驱动所述传动机构运动的驱动电机以及控制所述驱动电机运转的若干一体化驱动控制模组，每个所述机器人手臂内设有至少一个所述一体化驱动控制模组，所述控制部分设有一个主控制器及与所述主控制器信号连接的两个控制模块，每个所述控制模块对应控制一个所述机器人手臂，每个所述控制模块与所述至少一个一体化驱动控制模组信号连接，所述主控制器发送同步信号和控制信号至所述控制模块，所述控制模块将同步信号和控制信号转化后再通过CAN总线发送至每个所述机器人手臂的所述至少一个一体化驱动控制模组内，所述至少一个一体化驱动控制模组控制对应的所述两个机器人手臂单独运动或者同步运动。

作为本发明的进一步改进，所述双臂机器人还设有为所述控制部分提供异常信号的传感部分，所述传感部分包括视觉感知单元、接受所述视觉感知单元图像信息的图像信息处理单元以及接受所述图像信息处理单元处理结论的视觉系统控制单元，所述视觉系统控制单元根据判别结果向所述主控制器传输异常信号，所述主控制器对异常信号进行处理产生异常控制信号和报警信号，将异常信号和报警信号传送至每个所述控制模块，所述控制模块发送停机指令至每个所述至少一个一体化驱动控制模组内以控制每个所述机器人手臂停止动作。

作为本发明的进一步改进，所述主控制器通过网络与每个所述控制模块进行通讯。

作为本发明的进一步改进，每个所述机器人手臂设有基座、安装在所述基座上并且依次连接的臂部、手腕和末端操作器、以及与所述基座、臂部、手腕及末端操作器一一对应的所述若干一体化驱动控制模组，所述主控制器发出的所述控制信号和同步信号通过所述每个所述控制模块传输至每个所述一体化驱动控制模组，所述臂部、手腕和所述末端操作器由各自对应的所述一体化驱动控制模组控制进行动作。

作为本发明的进一步改进，所述臂部包括大臂及与所述大臂活动连接的小臂，所述小臂中空设有腔体，所述若干一体化驱动控制模组包括设于所述腔体内的第一、第二、第三一体化驱动控制模组。

作为本发明的进一步改进，所述第一一体化驱动控制模组控制所述末端操作器沿所述大臂与所述小臂连接的轴向方向移动，所述第二一体化驱动控制模组控制所述手腕绕所述轴向方向旋转，所述第三一体化驱动控制模组控制所述小臂绕大臂与小臂连接轴水平旋转。

作为本发明的进一步改进，所述大臂通过连接轴活动连接在所述基座上，所述若干一体化驱动控制模组还包括设于所述基座内的第四一体化驱动控制模组，所述第四一体化驱动控制模组控制所述大臂绕所述连接轴水平旋转。

作为本发明的进一步改进，每个所述一体化驱动控制模组包括减速机、高速步进电机、编码器以及驱动控制器组成。

作为本发明的进一步改进，所述控制模块通过控制所述若干一体化驱动控制模组对所述双臂机器人的任意一个所述机器人手臂、手腕、末端操作器进行单独控制或者组合控制。

本发明的有益效果是：本发明双臂机器人通过设置一个主控制器，并且在每个机器人手臂上设置与所述主控制器信号连接的控制单元以及与控制单元通过CAN总线信号连接的至少一个一体化驱动控制模组，采用基于总线的分布式控制，从而使得所述一个主控制器分别控制两个机器人手臂，通过对应设置的控制单元以及一体化驱动控制模组可以对两个机器人手臂进行单独或者组合控制，从而实现双臂机器人的协同运作，并且所述双臂机器人的两个机器人手臂可以根据生产需求调节位置，而无需改造机器人结构。

附图说明

图1为本发明双臂机器人的机器人手臂的结构示意图。

图2为本发明双臂机器人的机器人手臂的逻辑控制图。

图3为本发明双臂机器人结构框图。

附图标记：100-双臂机器人；1-机器人本体；11-平面关节型机器人手臂；111-基座；112-臂部；1121-大臂；1122-小臂；1123-腔体；113-手腕；114-末端操作器；2-控制部分；21-主控制器；22-控制模块；221-第一一体化驱动控制模组；222-第二一体化驱动控制模组；223-第三一体化驱动控制模组；224-第四一体化驱动控制模组；2211-步进电机；2212-减速机；2213-编码器；2214-驱动控制器。

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。

本发明揭示了一种双臂机器人100，包括机器人本体1、控制所述机器人本体1运作的控制部分2以及为所述控制部分2提供信号指示的传感部分(未图示)。所述控制部分2设有一个主控制器21和用以分别控制双臂机器人100的两个机器人手臂的两个控制模块22，所述主控制器21与两个控制模块22之间分别通过网络进行通讯，从而实现对所述控制模块22的控制。

所述机器人本体1包括两个平面关节型机器人手臂11以及用以固定两个所述机器人手臂11的台架(未图示)。每个所述机器人手臂11设有基座111、安装所述基座111上并依次连接的臂部112、手腕113、安装在所述手腕113上的末端操作器114、带动所述臂部112、手腕113以及所述末端操作器114运作的传动机构(未图示)、驱动所述传动机构运动的驱动电机(未图示)以及控制所述驱动电机运转的若干一体化驱动控制模组。

所述基座111固定于所述台架(未图示)上，所述台架固定在地面或者墙壁上，并且所述台架相较地面或者墙面不能移动。所述臂部112包括通过连接轴活动固定在所述基座111上的大臂1121及与所述大臂1121通过连接轴活动连接的小臂1122。所述末端操作器114用以抓取并运送冲压原材料及冲压完成件以实现冲压机床上下料工艺。所述小臂1122为具有腔体1123的中空结构，所述驱动电机和所述传动机构均设置在所述小臂1122的所述腔体1123内。如此设置，避免了传统机器人受到电气管线对于机械手臂的缠绕，从而可以实现机械手臂无限制的旋转。

在本发明中，每个所述机器人手臂11共设有以菊花链路式连接的四个所述一体化驱动控制模组，采用基于总线的分布式控制方式实现对各一体化运动控制模组进行运动控制。每个所述一体化驱动控制模组包括高速步进电机2211、减速机2212、编码器2213以及驱动控制器2214。所述驱动控制器2214用来控制所述高速步进电机2211的工作状态。其中，所述小臂1122内设有三个所述一体化驱动控制模组，所述基座111内设有一个所述一体化驱动控制模组。所述三个所述一体化驱动控制模组分别为用于控制所述末端操作器114沿轴向方向移动的第一一体化驱动控制模组221、用于控制手腕113旋转的第二一体化驱动控制模组222以及用于控制所述小臂1122以小臂1122与大臂1121连接轴为圆心水平旋转的第三一体化驱动控制模组223。所述基座111内设有用以控制所述大臂1121以大臂1121与所述基座111连接轴为圆心水平旋转的第四一体化驱动控制模组224。在本实施方式中，所述控制模块22与所述第一、第二、第三、第四一体化驱动控制模组221、222、223、224之间通过四线制总线连接，通过基于总线的分布式控制方式进行相应控制，所述四线制总线包括两根电源线和两个CAN信号线。所述主控制器21与各控制模块22之间通过网络实现通讯。当用户发送控制指令给所述主控制器21时，所述主控制器21对接受到的控制指令进行处理后对下属各控制模块22发送同步信号和控制信号，各控制模块22将同步信号和控制信号进行转化，转化为CAN报文结构，通过CAN总线分别发送至每个所述机器人手臂11的第一、第二、第三及第四一体化驱动控制模组221、222、223、224上，控制指令传送至每个驱动控制器2214内，由驱动电机转动带动传动机构动作，从而实现对所述机器人手臂11的运动控制。这样的控制方式可以对任意一个机器人手臂11、手腕113或者末端操作器114进行单独控制和组合控制，从而实现双臂机器人100两个机器人手臂11的协同运作。。

另外，所述末端操作器114和所述机器人手臂11之间的无相对运动的实现也跟上述协同动作一致。所述机器人手臂11运动时，所述末端操作器114对应的第一一体化驱动控制模组221中的电机不转动，所述机器人手臂11对应的所述第二、第三、第四一体化驱动控制模组222、223、224的电机在控制指令作用下进行动作，带动传动机构，从而臂部112做出相应的动作，而末端操作器114固定在所述手腕113上，所述手腕113与所述臂部112相连，所以末端操作器114跟随所述机器人臂部112运动。

所述传感部分的作用是检测，包括来料检测和工作环境检测以确保安全，同时，所述双臂机器人100的两个机器人手臂11的协同运动也需要结合所述传感部分反馈的信号。所述传感部分是通过摄像机和计算机组成的。所述传感部分包括视觉感知单元、图像信息处理单元以及视觉系统控制单元，分别对应完成图像获取、图像处理和图像理解三个工作过程。

在每个平面关节型机器人100上安装摄像头，所述摄像头即为所述视觉感知单元，所述视觉感知单元在每个所述平面关节型机器人手臂11工作过程中能够实时拍摄环境照片，获取环境图像信息，然后传送给计算机内的图像信息处理单元进行处理；所述图像信息处理单元经过对图像的灰度分布、亮度以及颜色等信息进行各种运算处理，从中提取出目标对象的相关特征，达到对目标对象的测量、识别和NG判定，所述图像信息处理单元完成图像处理后，将其判定结论提供给视觉系统控制单元；所述视觉系统控制单元根据判别结果控制现场设备，实现对目标对象进行相应的控制操作，即为图像理解。例如，当视觉系统检测到冲压工作台上出现正常生产环境以外的物体，如多余冲压件、零件、设备或工人手指等，将异常信号传输至所述视觉系统控制单元，所述视觉系统控制单元再将信号发送至所述控制部分2的主控制器21，所述主控制器21对异常信号进行处理后产生异常控制信号和报警信号后再发送至所述双臂机器人100的控制模块22上，并传送至每个所述一体化驱动控制模组221内的驱动控制器2214，同时发送警报信号，所述驱动控制器2214收到控制指令从而控制所述高速步进电机2211停止转动来实现臂部112和末端操作器114的停止动作，从而达成停机报警功能。

在本发明中，所述机器视觉系统内设定有两所述机器人手臂11之间的安全距离，每个所述机器人手臂11在运动的过程中，每个所述机器人手臂11通过读取对方的机器人坐标确定，通过修改机器人坐标可以控制两个机器人手臂移动位置，确保它们不会相撞。另外，所述双臂机器人100的两个机器人手臂11并不是固定不动的，所述双臂机器人的两个机器人手臂11可以根据生产需求调节位置，而无需改造机器人结构。例如，当双臂机器人100的操作范围因为共建尺寸的变化需要调整时，只需要移动机器人手臂11的基座111重新固定，无需改造机器人结构，如此设置，使得所述双臂机器人的使用更加灵活，适用性更好！在其他实施方式中，如果需要多个双臂机器人和冲压机床组合时，所述多个双臂机器人同样需要一个主控制器21，，所述主控制器21与所述各个控制模块22经过网络通讯，再通过CAN信号线与各双臂机器人100的各个一体化驱动控制模组相连实现通讯和控制，同样可实现多个双臂机器人100的动作协调，形成自动化生产线。

综上所述，本发明双臂机器人100通过增加设置传感部分，通过传感部分的视觉感知单元、图像信息处理单元以及视觉系统控制单元的相互配合，使得所述双臂机器人100的控制部分2能够准确接受所述视觉系统控制单元传送的异常信号，通过控制部分2对异常信号的处理，将异常控制信号和报警信号传送至每个机器人手臂11，从而实现停止机器人手臂11运动的报警功能提高了双臂机器人的安全性。

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 (9)

1.一种双臂机器人，包括机器人本体以及控制所述机器人本体运作的控制部分，所述机器人本体设有两个机器人手臂、带动所述机器人手臂运作的传动机构、驱动所述传动机构运动的驱动电机以及控制所述驱动电机运转的若干一体化驱动控制模组，其特征在于：每个所述机器人手臂内设有至少一个所述一体化驱动控制模组，所述控制部分设有一个主控制器及与所述主控制器信号连接的两个控制模块，每个所述控制模块对应控制一个所述机器人手臂，每个所述控制模块与所述至少一个一体化驱动控制模组信号连接，所述主控制器发送同步信号和控制信号至所述控制模块，所述控制模块将同步信号和控制信号转化后再通过CAN总线发送至每个所述机器人手臂的所述至少一个一体化驱动控制模组内，所述至少一个一体化驱动控制模组控制对应的所述两个机器人手臂单独运动或者同步运动。

2.根据权利要求1所述的双臂机器人，其特征在于：所述双臂机器人还设有为所述控制部分提供异常信号的传感部分，所述传感部分包括视觉感知单元、接受所述视觉感知单元图像信息的图像信息处理单元以及接受所述图像信息处理单元处理结论的视觉系统控制单元，所述视觉系统控制单元根据判别结果向所述主控制器传输异常信号，所述主控制器对异常信号进行处理产生异常控制信号和报警信号，将异常信号和报警信号传送至每个所述控制模块，所述控制模块发送停机指令至每个所述至少一个一体化驱动控制模组内以控制每个所述机器人手臂停止动作。

3.根据权利要求1所述的双臂机器人，其特征在于：所述主控制器通过网络与每个所述控制模块进行通讯。

4.根据权利要求1所述的双臂机器人，其特征在于：每个所述机器人手臂设有基座、安装在所述基座上并且依次连接的臂部、手腕和末端操作器、以及与所述基座、臂部、手腕及末端操作器一一对应的所述若干一体化驱动控制模组，所述主控制器发出的所述控制信号和同步信号通过所述每个所述控制模块传输至每个所述一体化驱动控制模组，所述臂部、手腕和所述末端操作器由各自对应的所述一体化驱动控制模组控制进行动作。

5.根据权利要求4所述的双臂机器人，其特征在于：所述臂部包括大臂及与所述大臂活动连接的小臂，所述小臂中空设有腔体，所述若干一体化驱动控制模组包括设于所述腔体内的第一、第二、第三一体化驱动控制模组。

6.根据权利要求5所述的双臂机器人，其特征在于：所述第一一体化驱动控制模组控制所述末端操作器沿所述大臂与所述小臂连接的轴向方向移动，所述第二一体化驱动控制模组控制所述手腕绕所述轴向方向旋转，所述第三一体化驱动控制模组控制所述小臂绕大臂与小臂连接轴水平旋转。

7.根据权利要求5所述的双臂机器人，其特征在于：所述大臂通过连接轴活动连接在所述基座上，所述若干一体化驱动控制模组还包括设于所述基座内的第四一体化驱动控制模组，所述第四一体化驱动控制模组控制所述大臂绕所述连接轴水平旋转。

8.根据权利要求1所述的双臂机器人，其特征在于：每个所述一体化驱动控制模组包括减速机、高速步进电机、编码器以及驱动控制器组成。

9.根据权利要求4所述的双臂机器人，其特征在于：所述控制模块通过控制所述若干一体化驱动控制模组对所述双臂机器人的任意一个所述机器人手臂、手腕、末端操作器进行单独控制或者组合控制。