CN109531581A - 工业机器人控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人控制装置，包括驱动器、主控制器、示教器、输入输出模块和电源模块，所述主控制器分别与驱动器、示教器、输入输出模块和电源模块连接，用于实现译码、速度预处理、速度控制、插补运算、正逆解运算、位置控制运算和PLC功能，输入输出模块还分别与示教器和驱动器连接，主控制器、输入输出模块和电源模块集成在一块电路板上；电源模块包括直流电压、控制芯片、第一电容、第一MOS管、第三电容、第一电阻、第一三极管、第一电感、第二电阻、第二电容和电压输出端，直流电源与控制芯片连接。本发明产品体积较小、电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

Description

工业机器人控制装置

技术领域

本发明涉及工业机器人控制领域，特别涉及一种工业机器人控制装置。

背景技术

工业机器人控制器作为工业机器人的核心部件需要完成系统的运动控制、状态监测、安全控制和报警等功能。对于嵌入式计算机和运动控制模块组成的控制系统来讲，主要以嵌入式计算机作为主控制器，可选择是否搭载操作系统支持。采用一定的通信协议连接运动控制模块以运动控制模块来完成驱动伺服电机等功能。采用嵌入式工业PC搭载RTLinux操作系统，此方式的好处在于嵌入式工业PC具有通用性可以选择搭载任意的操作系统，典型的例如WinCE、嵌入式Linux和uc/os-II等。因为操作系统可以提供系统接口和支持功能，较裸机开发降低了软件开发难度；且其体积小巧和功耗低等特点，可以集成于不同的机箱当中，降低整体的设计成本和电气设计的布线成本。

然而，传统工业机器人控制器的供电部分使用的元器件较多，电路结构复杂，硬件成本较高，不方便维护。另外，由于传统工业机器人控制器的供电部分缺少相应的电路保护功能，例如：缺少防止信号干扰功能，造成电路的安全性和可靠性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种产品体积较小、电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高的工业机器人控制装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种工业机器人控制装置，包括驱动器、主控制器、示教器、输入输出模块和电源模块，所述主控制器分别与所述驱动器、示教器、输入输出模块和电源模块连接，用于实现译码、速度预处理、速度控制、插补运算、正逆解运算、位置控制运算和PLC功能，所述输入输出模块还分别与所述示教器和驱动器连接，所述主控制器、输入输出模块和电源模块集成在一块电路板上，所述主控制器作为主站，所述示教器、输入输出模块和驱动器作为从站，所述从站为公共地址，所述主站和从站之间采用一对多的通信模式，所述主站向所述从站下传数据时，所述主站在每个通信周期向所有从站发送一帧数据，数据长度为3n，n为从站数；所述从站分别按照协议规定位置从数据区去除本从站需要的数据；所述从站向所述主站实时反馈数据，每个所述从站在每个通信周期将自己实时反馈的数据按照协议添加到数据帧的指定位置上传给所述主站；

所述电源模块包括直流电压、控制芯片、第一电容、第一MOS管、第三电容、第一电阻、第一三极管、第一电感、第二电阻、第二电容和电压输出端，所述直流电源与所述控制芯片连接，所述控制芯片的电源端分别与所述第一电容的一端和第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的栅极分别与所述第一电容的另一端和第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极通过所述第一电阻与所述控制芯片的使能控制端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一MOS管的漏极通过所述第一电感分别与所述第二电阻的一端、第二电容的一端和电压输出端连接，所述第二电阻的另一端和第二电容的另一端均接地，所述第三电容的电容值为380pF。

在本发明所述的工业机器人控制装置中，所述电源模块还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述控制芯片的电源端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一MOS管的源极连接，所述第三电阻的阻值为39kΩ。

在本发明所述的工业机器人控制装置中，所述电源模块还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二电容的一端连接，所述第一二极管的阴极与所述电压输出端连接，所述第一二极管的型号为E-562。

在本发明所述的工业机器人控制装置中，所述电源模块还包括第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第一三极管的发射极连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第四电阻的阻值为42kΩ。

在本发明所述的工业机器人控制装置中，所述第一三极管为NPN型三极管。

在本发明所述的工业机器人控制装置中，所述第一MOS管为P沟道MOS管。

实施本发明的工业机器人控制装置，具有以下有益效果：由于设有驱动器、主控制器、示教器、输入输出模块和电源模块，主控制器、输入输出模块和电源模块集成在一块电路板上，这样可以节省空间，将产品体积做到较小；电源模块包括直流电压、控制芯片、第一电容、第一MOS管、第三电容、第一电阻、第一三极管、第一电感、第二电阻、第二电容和电压输出端，该电源模块与传统工业机器人控制器的供电部分相比，其使用的元器件较少，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本，另外，第三电容用于防止第一MOS管与第一三极管之间的干扰，因此产品体积较小、电路结构较为简单、成本较低、方便维护、电路的安全性和可靠性较高。

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为本发明工业机器人控制装置一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中电源模块的电路原理图。

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做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。

在本发明工业机器人控制装置实施例中，该工业机器人控制装置的结构示意图如图1所示。图1中，该工业机器人控制装置包括驱动器1、主控制器2、示教器3、输入输出模块4和电源模块5，主控制器2分别与驱动器1、示教器3、输入输出模块4和电源模块5连接，用于实现译码、速度预处理、速度控制、插补运算、正逆解运算、位置控制运算和PLC功能，输入输出模块4还分别与示教器3和驱动器1连接，驱动器1、主控制器2、示教器3和输入输出模块4串联形成一个封闭的控制环。主控制器2、输入输出模块4和电源模块5集成在一块电路板上，这样可以节省空间，将产品体积做到较小，而传统技术中是分散的，无法做到一块电路板上。

主控制器2作为主站，示教器3、输入输出模块4和驱动器1作为从站，从站为公共地址，主站和从站之间采用一对多的通信模式，主站向从站下传数据时，主站在每个通信周期向所有从站发送一帧数据，数据长度为3n，n为从站数；从站分别按照协议规定位置从数据区去除本从站需要的数据；从站向主站实时反馈数据，每个从站在每个通信周期将自己实时反馈的数据按照协议添加到数据帧的指定位置上传给主站。

该工业机器人控制装置的成本低，在实际使用中，可以完成工业机器人的示教、再现、译码、监控、在线帮助、整体调度、总线接口和远程控制等功能，同时可以实现工业机器人的轨迹规划、工业机器人正逆解、插补等算法功能。

图2为本实施例中电源模块的电路原理图，图2中，该电源模块5包括直流电压3.3V、控制芯片U1、第一电容C1、第一MOS管M1、第三电容C3、第一电阻R1、第一三极管Q1、第一电感L1、第二电阻R2、第二电容C2和电压输出端Vo，直流电源3.3V与控制芯片U1连接，控制芯片U1的电源端VCC分别与第一电容C2的一端和第一MOS管M1的源极连接，第一MOS管M1的栅极分别与第一电容C1的另一端和第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端与第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的基极通过第一电阻R1与控制芯片U1的使能控制端EN连接，第一三极管Q1的发射极接地，第一MOS管M1的漏极通过第一电感L1分别与第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端和电压输出端Vo连接，第二电阻R2的另一端和第二电容C2的另一端均接地。

该电源模块5与传统工业机器人控制器的供电部分相比，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，第三电容C3为耦合电容，用于防止第一MOS管M1与第一三极管Q1之间的干扰，因此电路的安全性和可靠性较高。值得一提的是，本实施例中，第三电容C3的电容值为380pF，当然，在实际应用中，第三电容C3的电容值可以根据具体情况进行相应调整，也就是第三电容C3的电容值可以根据具体情况进行相应增大或减小。

本实施例中，第一电感L1、第二电阻R2和第二电容C2构成阻容滤波电路，利用第一电感L1能有效滤除频率较大的交流杂波，利用第二电阻R2和第二电容C2能有效滤除频率较小的交流杂波并稳定输出电压，使得输出电压不受电压杂波影响，达到稳定输出电压的目的。

第一电容C1和第一MOS管M1构成电压处理电路，第一电阻R1和第一三极管Q1构成驱动电路。控制芯片U1采用现技术中的控制芯片，目的在于控制电压输出，不局限某一款具体型号的控制芯片。

该电源模块5的工作原理如下：直流电压3.3V从控制芯片U1的电压输入端进入到控制芯片U1中进行电压转换，然后控制芯片U1的使能控制端EN给出一个工作电压，然后第一三极管Q1的集电极输出一个控制电压，第一MOS管M1的栅极得到一个控制电压后，使得第一MOS管M1的漏极与源极之间的PN结导航，输出电压直接从控制芯片U1的电源端VCC经第一MOS管M1输出到阻容滤波电路中；阻容滤波电路对输出电压进行杂波滤除处理，最后从电压输出端Vo得到稳定的输出电压，从而达到滤除杂波并输出稳定电压的目的。

本实施例中，第一三极管Q1为NPN型三极管，第一MOS管M1为P沟道MOS管。当然，在实际应用中，第一三极管Q1可以为PNP型三极管，第一MOS管M1也可以为N沟道MOS管，但这时电路的结构也要相应发生变化。

本实施例中，该电源模块5还包括第三电阻R3，第三电阻R3的一端与控制芯片U1的电源端VCC连接，第三电阻R3的另一端与第一MOS管M1的源极连接。第三电阻R3为限流电阻，用于对第一MOS管M1的源极电流进行限流保护，以进一步增强电路的安全性和可靠性。当第一MOS管M1的源极电流较大时，通过该第三电阻R3可以降低第一MOS管M1的源极电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件，值得一提的是，本实施例中，第三电阻R3的阻值为39kΩ，当然，在实际应用中，第三电阻R3的阻值可以根据具体情况进行相应调整，也就是第三电阻R3的阻值可以根据具体情况进行相应增大或减小。

本实施例中，该电源模块5还包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与第二电容C2的一端连接，第一二极管D1的阴极与电压输出端Vo连接。第一二极管D1为限流二极管，用于对第一MOS管M1的漏极与电压输出端Vo之间的支路进行限流保护，以更进一步增强电路的安全性和可靠性。当第一MOS管M1的漏极与电压输出端Vo之间的支路电流较大时，通过第一二极管D1就可以限制第一MOS管M1的漏极与电压输出端Vo之间的支路电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件。值得一提的是，本实施例中，第一二极管D1的型号为E-562，当然，在实际应用中，第一二极管D1也可以采用其他型号具有类似功能的二极管。

本实施例中，该电源模块5还包括第四电阻R4，第四电阻R4的一端与第一三极管Q1的发射极连接，第四电阻R4的另一端接地。第四电阻R4为限流电阻，用于对第一三极管Q1的发射极电流进行限流保护，以进一步增强限流效果。当第一三极管Q1的发射极电流较大时，通过第四电阻R4就可以限制第一三极管Q1的发射极电流的大小，使其保持在正常工作状态，而不至于因电流太大导致烧坏电路中的元器件。值得一提的是，本实施例中，第四电阻R4的阻值为42kΩ，当然，在实际应用中，第四电阻R4的阻值以根据具体情况进行相应调整，也就是第四电阻R4的阻值可以根据具体情况进行相应增大或减小。

总之，本实施例中，主控制器2、输入输出模块4和电源模块5集成在一块电路板上，这样可以节省空间，因此产品体积较小。该电源模块5与传统工业机器人控制器的供电部分相比，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，方便维护，由于节省了一些元器件，这样可以降低硬件成本。另外，该电源模块5中设有耦合电容，因此电路的安全性和可靠性较高。

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 (6)

1.一种工业机器人控制装置，其特征在于，包括驱动器、主控制器、示教器、输入输出模块和电源模块，所述主控制器分别与所述驱动器、示教器、输入输出模块和电源模块连接，用于实现译码、速度预处理、速度控制、插补运算、正逆解运算、位置控制运算和PLC功能，所述输入输出模块还分别与所述示教器和驱动器连接，所述主控制器、输入输出模块和电源模块集成在一块电路板上，所述主控制器作为主站，所述示教器、输入输出模块和驱动器作为从站，所述从站为公共地址，所述主站和从站之间采用一对多的通信模式，所述主站向所述从站下传数据时，所述主站在每个通信周期向所有从站发送一帧数据，数据长度为3n，n为从站数；所述从站分别按照协议规定位置从数据区去除本从站需要的数据；所述从站向所述主站实时反馈数据，每个所述从站在每个通信周期将自己实时反馈的数据按照协议添加到数据帧的指定位置上传给所述主站；

所述电源模块包括直流电压、控制芯片、第一电容、第一MOS管、第三电容、第一电阻、第一三极管、第一电感、第二电阻、第二电容和电压输出端，所述直流电源与所述控制芯片连接，所述控制芯片的电源端分别与所述第一电容的一端和第一MOS管的源极连接，所述第一MOS管的栅极分别与所述第一电容的另一端和第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的基极通过所述第一电阻与所述控制芯片的使能控制端连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一MOS管的漏极通过所述第一电感分别与所述第二电阻的一端、第二电容的一端和电压输出端连接，所述第二电阻的另一端和第二电容的另一端均接地，所述第三电容的电容值为380pF。

2.根据权利要求1所述的工业机器人控制装置，其特征在于，所述电源模块还包括第三电阻，所述第三电阻的一端与所述控制芯片的电源端连接，所述第三电阻的另一端与所述第一MOS管的源极连接，所述第三电阻的阻值为39kΩ。

3.根据权利要求2所述的工业机器人控制装置，其特征在于，所述电源模块还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第二电容的一端连接，所述第一二极管的阴极与所述电压输出端连接，所述第一二极管的型号为E-562。

4.根据权利要求3所述的工业机器人控制装置，其特征在于，所述电源模块还包括第四电阻，所述第四电阻的一端与所述第一三极管的发射极连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第四电阻的阻值为42kΩ。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的工业机器人控制装置，其特征在于，所述第一三极管为NPN型三极管。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的工业机器人控制装置，其特征在于，所述第一MOS管为P沟道MOS管。