CN109968346A - 一种双臂机器人的控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种双臂机器人的控制系统，该控制系统包括用于分析和处理所述双臂机器人的相关参数并做出相应控制方式的指令的中央处理器，用于控制安全回路的接通和断开的安全控制板，用于采集传感器信号并将传感器信号传输给所述中央处理器的系统IO板，用于完成多种拓扑结构的总线之间的互联和互通的现场总线交换机板，双臂驱动系统，中央处理器通过总线将控制方式的指令传输给双臂驱动系统，使得所述双臂机器人的双臂按照所述控制方式进行运动。本发明实施例提供的双臂机器人的控制系统只需要一套电控系统就能同时完成双臂机器人的左臂和右臂控制，使得双臂机器人适应于狭小空间的应用环境，成本低廉且能够高效地进行双臂协助。

Description

一种双臂机器人的控制系统
技术领域
本发明涉及机器人的技术领域，具体涉及采用单一控制系统来同时完成双臂机器人的左臂控制和右臂控制的一种双臂机器人的控制系统。
背景技术
随着工业自动化水平的不断提高，机器人的应用领域正向更深更广的方向发展。机器人的智能化在工业生产中显得尤为重要。在工业生产领域，双臂机器人相比单臂机器人能完成更为复杂的操作任务。双臂机器人由于具有双臂，相对单臂机器人的控制更为复杂。双臂机器人的控制系统需要协调地控制双臂机器人的左臂和右臂。
目前，现有的双臂机器人的控制系统需要采用两套电控系统分别控制双臂机器人的左臂和右臂，并且通过控制总线进行协作控制。这种两套电控系统的控制方式不仅占用车间空间，还增加了设备的投资和维护成本，并且无法进行高效地双臂协作控制。
因此，针对现有双臂机器人的控制系统所存在的问题，需要提供一种仅采用一套电控系统就能同时完成双臂机器人的左臂和右臂控制的控制系统，进而适合在狭小空间环境中应用、成本低廉且高效地进行双臂协作。
发明内容
针对现有双臂机器人的控制系统所存在的问题，本发明实施例提出一种只需要一套电控系统就能同时完成双臂机器人的左臂和右臂控制的控制系统。本发明实施例中所提供的双臂机器人控制系统，只需一套电控系统，使得双臂机器人适应于狭小空间的应用环境，成本低廉且能够高效地进行双臂协助。
该双臂机器人的控制系统的具体方案如下：一种双臂机器人的控制系统，包括中央处理器，用于分析和处理所述双臂机器人的相关参数，并做出相应控制方式的指令；安全控制板，用于控制安全回路的接通和断开；系统IO板，与所述中央处理器电连接，用于采集传感器信号并将传感器信号传输给所述中央处理器；现场总线交换机板，用于完成多种拓扑结构的总线之间的互联和互通；双臂驱动系统，包括左臂关节驱动系统和右臂关节驱动系统；所述中央处理器通过总线将控制方式的指令传输给双臂驱动系统，使得所述双臂机器人的双臂按照所述控制方式进行运动。
优选地，所述中央处理器采用RC控制器。
优选地，所述中央处理器搭载双臂控制算法，所述双臂控制算法检测左臂和双臂的姿态，使得左臂和右臂避开干涉区域。
优选地，所述相关参数包括双臂关节的位置参数、速度参数和电流参数。
优选地，所述双臂机器人的控制系统还包括视觉采集板，用于处理末端视觉数据和对双臂的末端进行定位，并将定位数据传输给中央处理器。
优选地，所述现场总线交换机板包括以太网控制自动化交换机板。
优选地，多种拓扑结构的总线包括菊花链总线拓扑和星形总线拓扑。
优选地，所述左臂关节驱动系统或右臂关节驱动系统分别包括多个轴驱动器和相应个数的轴电机，所述轴电机接收所述轴驱动器的驱动而转动。
优选地，所述左臂关节驱动系统包括七个轴驱动器和七个轴电机，所述右臂关节驱动系统包括七个轴驱动器和七个轴电机。
优选地，所述左臂关节驱动系统集成在所述双臂机器人的左臂中，所述右臂关节驱动系统集成在所述双臂机器人的右臂中。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例提供一种双臂机器人的控制系统，该控制系统只需要一套电控系统就能同时完成双臂机器人的左臂和右臂控制，使得双臂机器人适应于狭小空间的应用环境，成本低廉且能够高效地进行双臂协助。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种双臂机器人控制系统的框图示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种双臂机器人控制系统的组成框架示意图。
附图中标号说明：
100、控制系统 10、中央处理器 20、双臂驱动系统
30、系统IO板 40、安全控制板 50、现场总线交换机板
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明实施例中提供的一种双臂机器人控制系统的框图示意图。在该实施例中，双臂机器人控制系统100包括用于分析和处理所述双臂机器人的相关参数并做出相应控制方式的指令的中央处理器10，用于控制安全回路的接通和断开的安全控制板40，与中央处理器10电连接且用于采集传感器信号并将传感器信号传输给中央处理器10的系统IO板30，用于完成多种拓扑结构的总线之间的互联和互通的现场总线交换机板50，包括左臂关节驱动系统和右臂关节驱动系统的双臂驱动系统20。中央处理器10通过总线将控制方式的指令传输给双臂驱动系统20，使得双臂机器人的双臂按照所述控制方式进行运动。
在该实施例中，中央处理器10搭载双臂控制算法，双臂控制算法实时检测双臂机器人的左臂和双臂的姿态，使得左臂和右臂避开干涉区域，从而使得左臂和右臂协调工作而不会发生碰撞干涉现象。双臂控制算法可包括分析和处理双臂机器人的相关参数并根据相关参数的数值做出相应控制方式的指令。双臂机器人的相关参数主要包括双臂机器人的关节位置参数、速度参数和电流参数。双臂控制算法的具体流程和步骤，本领域技术人员可根据具体的需求及控制目的而具有多种设计，此处不再赘述。在一具体实施例中，中央处理器10可采用RC控制器。
安全控制板40作为双臂机器人的安全控制系统，可避免双臂机器人由于操作不当或其他原因造成的人员或财务损失。安全控制板40通过实时检测双臂机器人的抱闸电压或抱闸电流，一旦检测到抱闸电压或抱闸电流存在异常情况，则控制安全回路断开，使得双臂机器人暂停。优选地，安全控制板40也可根据中央处理器10所发出的指令，控制安全回路断开。优选地，安全控制板40还包括人机互动界面，通过显示屏或按钮等操作方式，用户可输入急停命令或系统故障，安全控制板40接收到急停命令或系统故障后断开安全回路。
系统IO板30可采集传感器信号并将传感器信号传输给中央处理器10。传感器信号包括离散传感器信号和模拟传感器信号，在该实施例中，传感器信号采用离散传感器信号。离散传感器信号有助于中央处理器10的处理和分析。传感器信号具体可包括位姿信号、速度信号、电流信号、电压信号、距离信号或环境信号等。系统IO板30也可将双臂机器人的工作状态传输至示教盒或者显示终端(电脑、移动手机、pad等)，以供监控工作人员实时了解双臂机器人的工作状态。
现场总线交换机板50用于完成多种拓扑结构的总线之间的互联和互通。在该实施例中，多种拓扑结构的总线包括菊花链总线拓扑和星形总线拓扑。如果控制系统100仅采用菊花链总线拓扑，则机器人的双臂的中空轴会出现往复走线现象，这种现象既占用了宝贵的关节中孔空间，又增加了布线成本。在一具体实施例中，现场总线交换机板50采用以太网控制自动化交换机板(EtherCAT交换机板)。
双臂驱动系统20包括左臂关节驱动系统和右臂关节驱动系统。中央处理器10通过总线将控制方式的指令传输给双臂驱动系统20，使得双臂机器人的双臂按照所述控制方式进行运动。左臂关节驱动系统用于完成对机器人左臂的关节位置的采集和左臂关节电机的控制。右臂关节驱动系统用于完成对机器人右臂的关节位置的采集和右臂关节电机的控制。左臂关节驱动系统包括多个轴驱动器和相应个数的轴电机，所述轴电机接收所述轴驱动器的驱动而转动；右臂关节驱动系统包括多个轴驱动器和相应个数的轴电机，所述轴电机接收所述轴驱动器的驱动而转动。在一具体实施例中，左臂关节驱动系统和右臂关节驱动系统包括相同个数的轴驱动器和相同个数的轴电机。轴驱动器接收中央控制器10的控制指令驱动轴电机运转，轴电机运转带动左臂或右臂相应的关节和与关节连接的连杆部位运动。在一具体实施例中，双臂机器人为七轴机器人，即左臂关节驱动系统包括七个轴驱动器和七个轴电机，右臂关节驱动系统包括七个轴驱动器和七个轴电机。优选地，所述左臂关节驱动系统集成在所述双臂机器人的左臂中，所述右臂关节驱动系统集成在所述双臂机器人的右臂中。通过将双臂驱动系统20集成在双臂机器人相应的双臂内，从而不再占用车体空间，使得控制系统100尽量小。
在一实施例中，双臂机器人的控制系统100还包括视觉采集板(图1中未示出)。视觉采集板用于处理末端视觉数据和对双臂的末端进行定位，并将定位数据传输给中央处理器10。中央处理器10根据视觉采集板所提供的数据精准地定位双臂末端的位置及工作状态。
在上述实施例中，仅罗列双臂机器人的控制系统100实现只需一套电控系统就能同时完成双臂机器人的左臂和右臂控制功能的主要部件，并未完全罗列双臂机器人的控制系统100所有部件。双臂机器人的控制系统100的一些控制系统内常用的部件，如总线、电源等部件，不再一一赘述。
如图2所示，本发明实施例中提供的一种双臂机器人控制系统的组成框架示意图。本发明实施例以一种七轴双臂机器人作为具体实施例，阐述双臂机器人控制系统在实际应用中的组成框架。
如图2所示，双臂机器人采用市电(220V交流电源)作为动力源的供应渠道。在市电连接至双臂机器人和双臂机器人控制系统100前，需经过保险丝进行安全保障和电源滤波器进行过滤。经过电源滤波器后的电源包括四个提供不同功能设备的电源：G1电源、G2电源、G3电源和G4电源。G1电源主要为双臂机器人的双臂提供动力源。G2电源主要作为控制系统的系统电源以及为视觉单元中的光源控制器和以太网交换机提供电源。G3电源主要为降温装置(如风扇)和安全控制板提供电源。G4电源主要为视觉单元中的相机提供电源。
在该实施例中，控制系统100包括RC控制器，安全控制板、系统IO板、EtherCAT交换机板、视觉采集卡和双臂驱动系统。控制系统100集成在机器人手臂单元内，且通过G2电源提供系统电源的安全执行板来进行电源的提供。安全执行板还用于提供左臂控制电、右臂控制电和左臂抱闸电、右臂抱闸电。
在该实施例中，G1电源首先通过接触器1和接触器2，再分别给左臂和右臂提供动力源。
在该实施例中，双臂驱动系统主要包括左臂关节驱动系统和右臂关节驱动系统。其中，左臂关节驱动系统包括七个轴驱动器和七个轴电机。左臂的七个轴驱动器分别为：L_ARM_J1、L_ARM_J2、L_ARM_J3、L_ARM_J4、L_ARM_J5、L_ARM_J6和L_ARM_J7。左臂的七个轴电机分别为：L_ARM_M1、L_ARM_M2、L_ARM_M3、L_ARM_M4、L_ARM_M5、L_ARM_M6和L_ARM_M7。其中，L_ARM_J1驱动L_ARM_M1，L_ARM_J2驱动L_ARM_M2，L_ARM_J3驱动L_ARM_M3，L_ARM_J4驱动L_ARM_M4，L_ARM_J5驱动L_ARM_M5，L_ARM_J6驱动L_ARM_M6，L_ARM_J7驱动L_ARM_M7。右臂关节驱动系统包括七个轴驱动器和七个轴电机。与左臂驱动系统类似，相应地，右臂的七个轴驱动器分别为：R_ARM_J1、R_ARM_J2、R_ARM_J3、R_ARM_J4、R_ARM_J5、R_ARM_J6和R_ARM_J7。右臂的七个轴电机分别为：R_ARM_M1、R_ARM_M2、R_ARM_M3、R_ARM_M4、R_ARM_M5、R_ARM_M6和R_ARM_M7。其中，R_ARM_J1驱动R_ARM_M1，R_ARM_J2驱动R_ARM_M2，R_ARM_J3驱动R_ARM_M3，R_ARM_J4驱动R_ARM_M4，R_ARM_J5驱动R_ARM_M5，R_ARM_J6驱动R_ARM_M6，R_ARM_J7驱动R_ARM_M7。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：
中央处理器，用于分析和处理所述双臂机器人的相关参数，并做出相应控制方式的指令；
安全控制板，用于控制安全回路的接通和断开；
系统IO板，与所述中央处理器电连接，用于采集传感器信号并将传感器信号传输给所述中央处理器；
现场总线交换机板，用于完成多种拓扑结构的总线之间的互联和互通；
双臂驱动系统，包括左臂关节驱动系统和右臂关节驱动系统；
所述中央处理器通过总线将控制方式的指令传输给双臂驱动系统，使得所述双臂机器人的双臂按照所述控制方式进行运动。
2.根据权利要求1所述的一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，所述中央处理器采用RC控制器。
3.根据权利要求1所述的一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，所述中央处理器搭载双臂控制算法，所述双臂控制算法检测左臂和双臂的姿态，使得左臂和右臂避开干涉区域。
4.根据权利要求1所述的一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，所述相关参数包括双臂关节的位置参数、速度参数和电流参数。
5.根据权利要求1所述的一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，所述双臂机器人的控制系统还包括视觉采集板，用于处理末端视觉数据和对双臂的末端进行定位，并将定位数据传输给中央处理器。
6.根据权利要求1所述的一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，所述现场总线交换机板包括以太网控制自动化交换机板。
7.根据权利要求1所述的一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，多种拓扑结构的总线包括菊花链总线拓扑和星形总线拓扑。
8.根据权利要求1所述的一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，所述左臂关节驱动系统或右臂关节驱动系统分别包括多个轴驱动器和相应个数的轴电机，所述轴电机接收所述轴驱动器的驱动而转动。
9.根据权利要求8所述的一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，所述左臂关节驱动系统包括七个轴驱动器和七个轴电机，所述右臂关节驱动系统包括七个轴驱动器和七个轴电机。
10.根据权利要求1所述的一种双臂机器人的控制系统，其特征在于，所述左臂关节驱动系统集成在所述双臂机器人的左臂中，所述右臂关节驱动系统集成在所述双臂机器人的右臂中。
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