CN110026984A - 一种基于大功率输出机器人的智能协作控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于大功率输出机器人的智能协作控制方法，其包括智能控制单元、环境传感器检测单元、电源功率控制单元、机器人轨迹规划运动学轴输出控制单元、位置控制闭环、速度控制闭环、力矩控制闭环、伺服放大器、机器人轴电机、对力矩控制闭环进行控制的协作力控单元，智能控制单元根据环境传感器检测单元检测到机器人运行环境中存在人和障碍物接近时，降低输出功率和机器人运行速度，启动协作力控模式，从而让机器人进入到协作运行模式。本发明融合了普通工业机器人的高速高效的特点，与协作机器人的安全和人机协作特点，同时大大节省了安装空间，便于安装和布线，提高了控制装置的扩展性、系统可靠性以及安全性。

Description

一种基于大功率输出机器人的智能协作控制方法

【技术领域】

本发明涉及一种机器人控制器技术领域，特别是涉及一种基于大功率输出机器人的智能协作控制方法。

【背景技术】

传统协作机器人的自动化控制系统原理包括有轨迹规划、位置控制、速度控制、力矩控制和协作功能的运动学力控系统，轨迹规划模块计算出各个机器人轴的位置设定值，位置控制闭环根据执行位置的设定值进行PID控制，给出速度闭环的设定值，速度闭环控制进行PID调节，给出力矩(电流)闭环的设定值，力矩控制环进行PID控制，对伺服放大器进行控制，从而最终实现机器人轴在给定的时间内达到预定的位置(角度)。协作机器人的运动学模块，在整个控制调节过程一般不进行任何干涉，但根据运动学模型始终监视的力矩(电流)的变化，一旦力矩控制环出现异常，如遇到障碍物，协作力控模块将进行干涉，机器人停止运动，以达到防护保护的作用。从而实现人机协作，人机同在一个工作空间进行工作，机器人即是在误操作的状况下对人不会造成伤害。

而现有技术中的协作机器人存在以下缺点：1)运动速度慢，工作率低；2)协作机器人负载小，功率低；3)很多工作场景不能满足工作节拍和协作功能同时存在。

因此，有必要提供一种新的基于大功率输出机器人的智能协作控制方法来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的主要目的在于提供一种基于大功率输出机器人的智能协作控制方法，可实现高速率运行模式以及慢速协作运行模式，且在协作运行模式下，从根本输出功率上限制了机器人的运行速度、力矩，从而可靠的有力的保障了机器人运行环境的安全性。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种基于大功率输出机器人的智能协作控制方法，其包括智能控制单元、环境传感器检测单元、电源功率控制单元、机器人轨迹规划运动学轴输出控制单元、位置控制闭环、速度控制闭环、力矩控制闭环、伺服放大器、机器人轴电机、对力矩控制闭环进行控制的协作力控单元，所述智能控制单元根据所述环境传感器检测单元检测到机器人运行环境中存在人或障碍物接近时，通过所述电源功率控制单元及所述伺服放大器降低输出功率，通过所述轨迹规划轴输出控制单元降低机器人的速度，启动所述协作力控单元，让机器人进入到协作运行模式。

当所述环境传感器检测单元检测到机器人运行环境中存在人或障碍物接近时，所述智能控制单元控制所述速度控制闭环进行安全速度控制，降低每个轴的运行速度。

现有技术相比，本发明基于大功率输出机器人的智能协作控制方法的有益效果在于：在传统大功率机器人的硬件设备基础上，结合协作机器人的控制原理，并增加了环境传感器检测单元和智能控制单元，通过环境传感器检测单元检测外周是否存在障碍物或者是否有人移动，然后根据检测结果直接调节机器人的运行速度和机器人的输出功率，当进行协作运动时，从根本上限定了机器人的运行速度，进一步的保障了协作模式下机器人的操作安全性；当机器人外周没有障碍物时，机器人的输出功率保持与传统工业机器人的一致，从而可以实现快速的操作。

【附图说明】

图1为现有技术的框架结构示意图；

图2为本发明实施例机器人控制系统的框架原理结构示意图；

图3为本发明实施例中电源输出限制控制原理示意图；

图4为本发明实施例中机器人控制器宇环境传感器的控制原理示意图。

【具体实施方式】

实施例：

请参照图2-图4，本实施例为基于大功率输出机器人的智能协作控制方法，其包括智能控制单元1、环境传感器检测单元2、电源功率控制单元3、机器人轨迹规划运动学轴输出控制单元4、位置控制闭环5、速度控制闭环6、力矩控制闭环8、伺服放大器9、机器人轴电机10、对力矩控制闭环8进行控制的协作力控单元7，智能控制单元1根据环境传感器检测单元2检测到机器人运行环境中存在人或障碍物接近时，则通过电源功率控制单元3及伺服放大器降低输出功率，通过轨迹规划轴输出控制单元4的降低机器人的速度，启动协作力控单元7，让机器人进入到协作运行模式。

本实施例中对电源功率的限制可以通过机器人控制输入输出(I/O)模块的输出信号，接到伺服驱动的I/O端的输入信号。

为保证机器人在无物体或人员感应接近工作范围的情况下，可以像传统工业机器人一样的高速有效的运行，因此，本实施例采用交流伺服驱动电机，总的额定功率至少为750VA，而在接近感应条件下，机器人运行在协作力控模式时，总的额定功率要限制在400VA以下，限制功率的功能要通过伺服驱动进行实现。

环境传感器检测单元2包括光电开关传感器、光栅传感器、移动接近传感器、安全门开关传感器、视觉检查开关传感器中的一种或多种。

所述速度控制闭环6内设置有安全速度控制曲线，所述力矩控制闭环8内设置有安全力矩控制曲线，所述智能控制单元3根据环境传感器检测单元2的感应信号，控制机器人各个轴按照所述安全速度控制曲线和所述安全力矩控制曲线进行速度与力矩限定。

当环境传感器检测单元2感应到人或者障碍物接近时，智能控制单元1通过机器人现有控制系统中的速度控制与力矩控制，设置一个阀值，把速度控制在安全速度范围内，并把电流力矩控制在安全力矩范围内；通过机器人轨迹规划运动学轴输出控制单元4来限定机器人的活动末端的运行速度，并通过各个速度控制闭环6和力矩控制闭环8来限定每个轴的运动速度，双重保护，并从根本的输出功率上限定了机器人的整个动力源，使得协作模式下，机器人与人的协作操作更加安全。

本实施例的机器人可以运行在两种工作状态：一是像传统的工业机器人一样，机器人在高速高效节拍下运行，此状态下机器人人机协作力控功能处于不运行、不工作的情况；二是在接近传感器感知到有人员和物体在附件范围，此状态下，机器人协作力控功能开始工作，同时智能控制单元通过电源功率控制单元3对系统的驱动伺服放大器功率进行限制，同时通过轨迹规划轴输出控制单元4对机器人运行轨迹的速度进行降低和限制，对机器人速度闭环控制系统的速度和机器人力矩闭环控制系统的力矩调节进行必要的干涉，以确保人机协作工作的正常运行。

本发明适用于传统的串联关节工业机器臂和轻量型管状机器臂，如6轴和7轴串联工业机器人结构。

本实施例基于大功率输出机器人的智能协作控制方法非常适合中小型机器人本体，如5公斤负载、20公斤负载、到40公斤负载，这种机器人适合在各个行业的装配、搬运、码垛、机床上下料、焊接等等功能。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于大功率输出机器人的智能协作控制方法，其特征在于：其包括智能控制单元、环境传感器检测单元、电源功率控制单元、机器人轨迹规划运动学轴输出控制单元、位置控制闭环、速度控制闭环、力矩控制闭环、伺服放大器、机器人轴电机、对力矩控制闭环进行控制的协作力控单元，所述智能控制单元根据所述环境传感器检测单元检测到机器人运行环境中存在人或障碍物接近时，通过所述电源功率控制单元及所述伺服放大器降低输出功率，通过所述轨迹规划轴输出控制单元降低机器人的速度，启动所述协作力控单元，让机器人进入到协作运行模式。

2.如权利要求1所述的基于大功率输出机器人的智能协作控制方法，其特征在于：所述环境传感器检测单元包括光电开关传感器、光栅传感器、移动接近传感器、安全门开关传感器、视觉检查开关传感器中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的基于大功率输出机器人的智能协作控制方法，其特征在于：当所述环境传感器检测单元检测到机器人运行环境中存在人或障碍物接近时，所述智能控制单元控制所述速度控制闭环进行安全速度控制，降低每个轴的运行速度。

4.如权利要求1所述的基于大功率输出机器人的智能协作控制方法，其特征在于：所述速度控制闭环内设置有安全速度控制曲线，所述力矩控制闭环内设置有安全力矩控制曲线，所述智能控制单元根据所述环境传感器检测单元的感应信号，控制机器人各个轴按照所述安全速度控制曲线和所述安全力矩控制曲线进行速度与力矩限定。