CN111993413A

CN111993413A - 一种资源灵活共享的机器人系统

Info

Publication number: CN111993413A
Application number: CN202010718659.6A
Authority: CN
Inventors: 王鹏
Original assignee: Peitian Robot Technology Co Ltd
Current assignee: Peitian Robot Technology Co Ltd
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2020-11-27

Abstract

本发明提供了一种资源灵活共享的机器人系统，所述系统包括：若干机器人以及与若干所述机器人通信连接的控制平台，所述机器人包括机器人本体和设于所述机器人本体内的伺服驱动模块；所述控制平台包括至少一个控制模块，所述控制模块用于下发控制指令给所述伺服驱动模块以实现对所述机器人的控制；其中，若干所述机器人中的伺服驱动模块按照控制策略与所述控制平台中的控制模块进行连接。本发明通过一个统一的控制平台内设置多个控制模块，实现在不同应用场景中对不同机器人的统一控制，达到控制模块资源灵活共享，降低软件研发和维护成本的目的。

Description

一种资源灵活共享的机器人系统

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，特别是涉及一种资源灵活共享的机器人系统。

背景技术

在工业控制领域，不同构型的机器人本体被广泛应用，如：多轴机器人、水平多关节机器人、直角坐标机器人、并联机器人等等。不同机器人的控制要求不同，例如常见的多轴机器人有6个可旋转的轴，此类机器人有6个运动自由度需要控制，水平多关节机器人有3个可旋转的轴和1个垂直移动的轴，此类机器人只有4个运动自由度需要控制；另外，无论是以上哪种自由度的机器人本体又可以设置不同的最大负载等级，如最大负载为3kg或6kg等等。同时由于机器人的运动自由度和最大负载由伺服驱动模块决定，不同需求的机器人对伺服驱动模块的要求也不同。

另外，针对不同的应用场景对机器人控制的要求也不同。比如，多运动自由度、快运动速度、高轨迹精度控制的机器人要求以更短的时间间隔完成运动规划、运动学和动力学计算、插补轨迹生成等工作并下发控制指令给伺服驱动模块以实现机器人的精确控制；而低运动自由度、慢运动速度、低轨迹精度控制要求的机器人对完成运动规划、运动学和动力学计算、插补轨迹生成等计算工作的时间和下发控制指令的间隔要求较低。

现有技术方案中，如图1所示，对机器人的控制大部分是通过统一的控制平台来对所有的机器人进行统一管理，具体控制平台包括控制模块、伺服驱动模块和其他模块，这种统一的控制平台，若需要满足不同应用场景中的所有机器人的控制势必需要很多的计算资源，也需要伺服驱动模块能够控制多运动自由度和负载很大的机器人本体，因此在实际应用中均有资源不同程度的浪费，特别是应用于少运动自由度、低负载机器人本体和慢运动速度、低轨迹控制精度的场景时会造成资源的严重浪费，硬件成本和体积大幅增加。

因此，现有机器人控制系统导致的计算资源利用不充分，或者需要针对不同机器人本体及应用单独设计控制平台所带来研发和维护成本大幅增加是目前所要解决的问题。

发明内容

本申请提供一种资源灵活共享的机器人系统，通过一个控制平台内设置多个控制模块，实现在不同应用场景对不同机器人的统一控制。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是提供一种资源灵活共享的机器人系统，所述系统包括：若干机器人以及与若干所述机器人通信连接的控制平台，

所述机器人包括机器人本体和设于所述机器人本体内的伺服驱动模块；

所述控制平台包括至少一个控制模块，所述控制模块用于下发控制指令给所述伺服驱动模块以实现对所述机器人的控制；

其中，若干所述机器人中的伺服驱动模块按照控制策略与所述控制平台中的控制模块进行连接。

进一步的，还包括与所述控制平台通信连接的示教器，所述控制模块与所述示教器通信连接。

进一步的，若干所述伺服驱动模块与所述控制模块一一对应连接，所述控制模块的个数与所述伺服驱动器的个数相同；或者若干所述伺服驱动模块级联后与所述控制模块连接；

或者若干所述伺服驱动模块中的部分伺服驱动器与所述控制模块中的部分控制模块一一对应连接，若干所述伺服驱动模块中的另一部分伺服驱动器级联后与所述控制模块中的另一部分控制模块连接。

进一步的，所述示教器和所述控制平台之间设有交换机。

进一步的，所述系统还包括与所述伺服驱动模块和所述控制平台相连的电源。

进一步的，所述控制平台还包括电源管理模块和热管理模块。

本申请的有益效果是：本发明提供了一种资源灵活共享的机器人系统，所述系统包括：若干机器人以及与若干所述机器人通信连接的控制平台，所述机器人包括机器人本体和设于所述机器人本体内的伺服驱动模块；所述控制平台包括至少一个控制模块，所述控制模块用于下发控制指令给所述伺服驱动模块以实现对所述机器人的控制；其中，若干所述机器人中的伺服驱动模块按照控制策略与所述控制平台中的控制模块进行连接。本发明通过一个统一的控制平台内设置多个控制模块，实现在不同应用场景中对不同机器人的统一控制，达到控制模块资源灵活共享，降低软件研发和维护成本的目的。

附图说明

图1是现有技术中的机器人控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的资源灵活共享的机器人系统的结构示意图；

图3是本发明实施例的资源灵活共享的机器人系统在场景一中的结构示意图；

图4是本发明实施例的资源灵活共享的机器人系统在场景二中的结构示意图；

图5是本发明实施例的资源灵活共享的机器人系统在场景三中的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图2，图2的本发明实施例提出一种资源灵活共享的机器人系统，具体包括若干机器人1，与若干机器人1相连的控制平台2，各个机器人1均包括机器人本体和设于所述机器人本体内的伺服驱动模块。所述控制平台2包括至少一个控制模块，所述控制模块用于下发控制指令给所述伺服驱动模块以实现对所述机器人的控制；其中，若干所述机器人1中的伺服驱动模块按照控制策略与所述控制平台中的控制模块进行连接。

可选的，机器人1可以包括多种类型的机器人，本发明实施例中的机器人1包括三种类型的机器人，例如多运动自由度的机器人11、中运动自由度的机器人12和少运动自由度的机器人13，其中多运动自由度的机器人11具有机器人主体A和伺服驱动模块a，可以进行多自由度运动，比如六自由度运动；中运动自由度的机器人12具有机器人主体B和伺服驱动模块b，可以进行中自由度运动，比如四自由度运动；少运动自由度的机器人13具有机器人主体C和伺服驱动模块c，可以进行少自由度运动，比如两自由度运动。机器人11为多运动自由度机器人，一般要求进行多运动自由度、快运动速度和高轨迹控制精度的操作；机器人12为中运动自由度机器人，一般要求为进行中运动自由度、中运动速度和中轨迹控制精度的操作；机器人13为少运动自由度机器人，一般要求进行少运动自由度、慢运动速度和低轨迹控制精度的操作。

可选的，本发明实施例中的伺服驱动模块，通过下发指令对对应的机器人本体的各个自由度的电机进行控制，并将对应的机器人的位姿信息反馈给控制平台2。在本发明实施例中，考虑到伺服驱动模块a、伺服驱动模块b和伺服驱动模块c与机器人本体A、机器人本体B和机器人本体C的运动自由度和负载直接相关，本发明实施例将伺服驱动模块集成到对应的机器人本体上以形成对应种类机器人11、12和13，这样在减少控制平台2和机器人1之间的布线的同时能够改善整个系统的电磁兼容特性。

可选的，本发明实施例的控制平台2中的控制模块，用于对用户编写/示教记录的程序进行解释，结合反馈的机器人位姿完成机器人的运动轨迹规划、运动学和动力学计算、插补轨迹生成等工作，并将指令下发到伺服驱动模块。在本发明实施例中，多个控制模块21-23放置在一起构成机器人控制平台2，根据机器人本体运动自由度和应用场景对运动速度、轨迹控制精度(对应于完成运动规划、运动学和动力学计算、插补轨迹生成等工作的时间和下发控制指令的间隔)的需求采用工业现场总线方式连接。

具体的，控制平台2中的控制模块21-23可以设为具有相同计算能力的，也可以设为不同计算能力的。根据需求应用不同类型的机器人，判断单个控制模块21、22或23的计算能力能够满足机器人的数量，根据不同类型的机器人以及单个控制模块对应的机器人数量，实现控制模块与机器人的连接连接方式。举例来说，如果对机器人的要求高，需要机器人满足多运动自由度、快运动速度和高轨迹控制精度的需求，则机器人种类可以选择机器人11，采用机器人11与控制模块相连，一个控制模块(控制模块21或22或23)的计算能力可以满足控制一台机器人11，则机器人11的伺服驱动模块a与控制模块一一对应连接，控制模块的个数与伺服驱动器A的个数相同。如果对机器人的要求低，只需要机器人满足少运动自由度、慢运动速度和低轨迹控制精度的需求，则机器人种类可以选择机器人13，一个控制模块(控制模块21或22或23)的计算能力可以满足控制三台机器人13，则三台机器人13的三个伺服驱动模块c可以级联后与一个控制模块连接。如果对机器人的要求一般(介于高和低之间)，只需要机器人满足中等运动自由度、中运动速度和中轨迹控制精度的需求，则机器人种类可以选择机器人12，一个控制模块(控制模块21或22或23)的计算能力可以满足控制两台机器人12，则两台机器人12的伺服驱动模块b可以级联后与一台控制模块连接；如果对机器人的要求有多种，比如需要的机器人包括机器人11、机器人12和/或机器人13，则以上两种连接方式均可能存在，即若干伺服驱动模块中的部分伺服驱动器与控制模块中的部分控制模块一一对应连接，若干伺服驱动模块中的另一部分伺服驱动器级联后与控制模块中的另一部分控制模块连接。为了便于不同类型的机器人在不同需求下与控制平台中的控制模块的连接，这里的控制模块21-23可以具有相同的计算能力，控制模块数量也不局限与图中所示的三个。

在一个可选的实施方式中，控制平台2还包括其他模块24，其他模块24可以包括机器人控制柜的电源管理模块、热管理等辅助模块。

在一个可选的实施方式中，本发明的资源灵活共享的机器人系统还包括与控制平台2相连的示教器3，其中机器人1和控制平台2之间通过总线相连，控制平台2和示教器3之间通过设置交换机4利用以太网相连。为了方便部署和使用，用于人机交互的示教器3与控制平台2中的控制模块21的通信接口设计为以太网接口，通过交换机4实现通信，不局限于示教器3与机器人1的一对一关系，根据现场需求配置示教器3。

在一个可选的实施方式中，本发明的资源灵活共享的机器人系统还包括为控制平台2供电的电源54、为多运动自由度的机器人11的伺服驱动模块a供电的电源51、为中运动自由度的机器人12的伺服驱动模块b供电的电源52和为少运动自由度的机器人13的伺服驱动模块c供电的电源53。

这里对不同种类的机器人11、机器人12和机器人13在不同需求下与控制模块的连接进行具体解释说明。

实施例一

在实施例一中，对机器人的要求高，需要机器人具有多运动自由度、快运动速度和高轨迹控制精度，因此机器人的种类全部为机器人11。如图3所示，此情况下控制平台2中的单个控制模块(控制模块21或22或23)的计算能力仅能满足一台机器人11，在本发明实施例中机器人11包括三个，包括图示的机器人111、机器人112和机器人113，控制模块21、22和23与机器人111、112和113的伺服驱动模块a1、a2和a3一一对应连接。电源51分别为伺服驱动模块a1、a2和a3供电，电源54为控制平台2供电，控制模块21、22和23通过交换机4利用以太网与示教器3相连，同时控制平台2还包括其他模块24，其他模块24可以包括机器人控制柜的电源管理模块、热管理等辅助模块。

实施例二

在实施例二中，对机器人的要求低，只需要机器人具有少运动自由度、慢运动速度和低轨迹控制精度。如图4所示，此情况下控制平台2中的单个控制模块(控制模块21或22或23)的计算能力能同时满足三台机器人13，在本发明实施例中，机器人13包括机器人131、132和133，机器人131、132和133的伺服驱动模块c1、c2和c3依次相连后再和控制模块21级联。电源53分别为伺服驱动模块c1、c2和c3供电，电源54为控制平台2供电，控制模块21通过交换机4利用以太网与示教器3相连，同时控制平台2还包括其他模块24，其他模块24可以包括机器人控制柜的电源管理模块、热管理等辅助模块。

实施例三

在实施例三中，对机器人的要求复合，即需要两台机器人12和一台机器人11。如图5所示，此场景下控制平台2中的单个控制模块(控制模块21或22或23)的计算能力能满足两台机器人12，本发明实施例中的机器人12包括机器人121和122，同时还需要一台机器人11，机器人121和122的伺服驱动模块b1和b2依次连接后再和控制模块21级联，另外控制模块22和机器人11的伺服驱动模块a对应连接，因此在本发明实施例中控制模块和机器人的伺服驱动模块之间的连接包括级联和一一对应连接方式两种。电源51分别为伺服驱动模块A供电，电源52为伺服驱动模块b1和b2供电，电源54为控制平台2供电，控制模块21、22和23通过交换机4利用以太网与示教器3相连，同时控制平台2还包括其他模块24，其他模块24可以包括机器人控制柜的电源管理模块、热管理等辅助模块。

以上仅为举例的三种情况，可以看到针对不同需求，这种机器人系统能够架构和实现控制模块资源的灵活共享，在降低硬件成本的同时由于采用统一的控制平台，不会带来软件研发和维护成本的增加。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种资源灵活共享的机器人系统，其特征在于，所述系统包括：若干机器人以及与若干所述机器人通信连接的控制平台，

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，若干所述伺服驱动模块与所述控制模块一一对应连接，所述控制模块的个数与所述伺服驱动器的个数相同；或者若干所述伺服驱动模块级联后与所述控制模块连接；

3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，还包括与所述控制平台通信连接的示教器，所述控制模块与所述示教器通信连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述示教器和所述控制平台之间设有交换机。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述伺服驱动模块和所述控制平台相连的电源。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制平台还包括电源管理模块和热管理模块。