CN112792812A

CN112792812A - 机器人控制装置及机器人系统

Info

Publication number: CN112792812A
Application number: CN202110026207.6A
Authority: CN
Inventors: 王泽涵
Original assignee: Peitian Robot Technology Co Ltd
Current assignee: Peitian Robot Technology Co Ltd
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2021-01-08
Publication date: 2021-05-14

Abstract

本申请提供了一种机器人控制装置及机器人系统，所述机器人控制装置包括：多个控制器模块，每个所述控制器模块用于产生与至少一个对应的机器人相关的运动指令；第一通信模块，与所述多个控制器模块耦接，用于接收所述控制器模块传输的运动指令，并将其下发至对应的所述机器人。通过上述方式，本申请能够将与机器人本体运动控制与插补相关的控制器模块进行资源整合与集中部署，降低硬件资源的浪费。

Description

机器人控制装置及机器人系统

技术领域

本申请属于机器人技术领域，具体涉及一种机器人控制装置及机器人系统。

背景技术

请参阅图1，图1为现有技术中机器人系统一实施方式的结构示意图。目前机器人系统10一般包含机器人本体100以及与机器人本体100连接的机器人控制柜102，该机器人控制柜102内包括与该机器人本体100的运动控制与插补相关的控制部分、以及与机器人本体100强耦合的驱动部分。

随着机器人应用场景及控制精度需求的多样化，同样的机器人系统10已经越来越无法适应各种机器人应用场景。例如，三台六轴工业机器人进行多机联动时，需要主控制器对18个伺服轴进行轨迹规划与插补；而一个直角坐标机器人的工作只需要主控制器对3个伺服轴进行轨迹规划与插补。为了避免硬件资源的浪费，就需要开发出能够应用于不同场合的机器人系统。

发明内容

本申请提供了一种机器人控制装置及机器人系统，能够将与机器人本体的运动控制与插补相关的控制器模块进行资源整合与集中部署，降低硬件资源的浪费。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种机器人控制装置，包括：多个控制器模块，每个所述控制器模块用于产生与至少一个对应的机器人相关的运动指令；第一通信模块，与所述多个控制器模块耦接，用于接收所述控制器模块传输的运动指令，并将其下发至对应的所述机器人。

其中，所述第一通信模块为无线通信模块，所述无线通信模块为5G URLLC切片通信模式。

其中，还包括：至少一个电源模块，每个所述电源模块与至少一个所述控制器模块电连接，用于向对应的所述控制器模块提供工作电压。

其中，还包括：本地可编程逻辑控制器，所述多个控制器模块连接至所述本地可编程逻辑控制器，所述本地可编程逻辑控制器用于发送时序控制指令至所述多个控制器模块，以使得所述多个控制器模块根据所述时序控制指令执行相应的动作。

其中，所述本地可编程逻辑控制器与所述第一通信模块连接，所述本体可编程逻辑控制器还用于通过所述第一通信模块接收机器人反馈的数据，并根据反馈的所述数据调整所述时序控制指令。

其中，还包括：至少一个柜控模块，与所述控制器模块、所述电源模块和所述本地可编程逻辑控制器连接，用于监控所述控制器模块、所述电源模块和所述本地可编程逻辑控制器的运行情况。

其中，还包括：至少一个扩展输入输出模块，每个所述扩展输入输出模块与至少一个所述控制器模块连接，用于向所述控制器模块传输外部指令。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种机器人系统，包括：如上述任一实施例中所述的机器人控制装置；和/或，多个机器人，所述机器人包含第二通信模块，用于与机器人控制装置的第一通信模块通信，以接收对应的运动指令。

本申请的有益效果是：本申请提出了一种新型的机器人控制装置架构，将传统机器人控制柜中的与机器人的运动控制与插补相关的控制部分(例如，控制器模块)和与机器人强耦合的驱动部分(例如，多轴伺服驱动器)进行拆解和重新分布，将多个控制器模块进行资源整合和集中部署，以形成资源池，进而实现对控制器模块的资源进行灵活分配；且便于进行本地化集中管理和集中控制；另外，与机器人本体强耦合的多轴伺服驱动器在机器人控制装置的远端进行分布式部署，以匹配不同场景的多样化需求。

另外，在本实施例中，机器人控制装置与远端的机器人之间可以通过5G URLLC切片通信模式进行通信，该通信模式具有可控低延时的特点，可以满足长时间稳定通信的需求。一般而言，控制器模块对于所处环境的要求较高，若当前机器人本体需工作在比较恶劣的条件下，对于传统的机器人系统的架构方式而言，需要对机器人控制柜进行特殊保护，以降低其损坏的概率；而本申请中控制器模块与机器人本体之间采用无线通信方式，控制器模块可以设置于环境条件较好的区域，而无需对其进行特殊保护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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它的附图，其中：

图1为现有技术中机器人系统一实施方式的结构示意图；

图2为本申请机器人控制装置一实施方式的结构示意图；

图3为本申请机器人系统一实施方式的结构示意图。

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它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图2，图2为本申请机器人控制装置一实施方式的结构示意图，该机器人控制装置20包括多个控制器模块200和第一通信模块202。

其中，每个控制器模块200主要负责机器人的运动控制与插补，用于产生与至少一个对应的机器人相关的运动指令。在一个实施例中，每个机器人可以包括多个电机，上述运动指令可以包括与每个电机分别对应的运转参数，运转参数包括控制预设机器人的轨迹位置和轨迹姿态的运动参数；其中，轨迹位置包括运动起始位置和运动终点位置，轨迹姿态可以指机器人的机器臂的倾斜角度和倾斜方向。后续电机可以根据该运转参数调整其运转速度和运转方向，以使得机器人按照目标轨迹路线运动。此外，每个控制器模块200可以对应至少一个机器人，且当一个控制器模块200对应多个机器人时，该多个机器人的类型可以相同或者不同，例如，一个控制器模块200可以对应至少一个六轴工业机器人和/或至少一个直角坐标机器人等。具体控制器模块200在某一时刻对应的机器人的数量可以由其计算能力决定。

第一通信模块202与多个控制器模块200耦接，用于接收控制器模块200传输的运动指令，并将其下发至对应的机器人。上述第一通信模块202可以由可控低延时的专网进行部署，较佳地，第一通信模块202为无线通信模块，无线通信模块为5G URLLC切片通信模式。目前，5G URLLC的可靠性指标为：用户面时延1ms内，一次传送32字节包的可靠性为99.999％；在允许两次重传发生的通信质量控制假设下，可以满足长时间稳定通信的需求。上述采用无线通信模块的方式，相比于有线通信模式而言，结构较为精简，无需过多的布线；且上述5G URLLC的无线通信模块方式由于其时延较小，无需在其内部再额外设置其他信号传输机制即可保证机器人能及时接收运动指令并正常工作。

本申请提出了一种新型的机器人控制装置20架构，将传统机器人控制柜中的与机器人的运动控制与插补相关的控制部分(例如，控制器模块200)和与机器人强耦合的驱动部分(例如，多轴伺服驱动器)进行拆解和重新分布，将多个控制器模块200进行资源整合和集中部署，以形成资源池，进而实现对控制器模块200的资源进行灵活分配；且便于进行本地化集中管理和集中控制。另外，在本实施例中，机器人控制装置20与远端的机器人之间可以通过5G URLLC切片通信模式进行通信，该通信模式具有可控低延时的特点，可以满足长时间稳定通信的需求。一般而言，控制器模块200对于所处环境的要求较高，若当前机器人本体需工作在比较恶劣的条件下，对于传统的机器人系统的架构方式而言，需要对机器人控制柜进行特殊保护，以降低其损坏的概率；而本申请中控制器模块200与机器人本体之间采用无线通信方式，控制器模块200可以设置于环境条件较好的区域，而无需对其进行特殊保护。

在一个实施方式中，机器人控制装置20中的多个控制器模块200可以相同，例如，控制器模块200中的内存大小、CPU大小等相同。该设计方式可以使得形成机器人控制装置20的过程较为简单。且控制器模块200中与机器人的运动控制与插补相关的算法等内容可以存储在本地控制器模块200内，也可存储在云端中。

在又一个实施方式中，请继续参阅图2，为了保证控制器模块200正常工作，上述机器人控制装置20还可以包括至少一个电源模块204，每个电源模块204与至少一个控制器模块200电连接，用于向对应的控制器模块200提供工作电压；具体每个电源模块204可连接的控制器模块200的数量由其功率决定，例如，电源模块204最大功率负载为P1，每个控制器模块200的功率为P2，则电源模块204可电连接的控制器模块200的数量小于P1/P2。上述将电源模块204与控制器模块200集中于机器人控制装置20中的设计方式可以便于本地化管理，使得检修人员能够方便地排查电源模块204与控制器模块200之间电连接是否存在问题。

进一步，请继续参阅图2，本申请所提供的机器人控制装置20还包括本地可编程逻辑控制器206，多个控制器模块200连接至本地可编程逻辑控制器206，多个控制器模块200之间通过本地可编程逻辑控制器206进行数据交互，本地可编程逻辑控制器206可以发送时序控制指令至多个控制器模块200，以使得多个控制器模块200根据对应的时序控制指令执行相应的动作。该设计方式可以增强多个控制器模块200之间的连接，以使得上述机器人控制装置20可以满足更多应用场景。例如，当需要多台机器人进行联动，而该多台机器人分别与不同的控制器模块200对应时，本地可编程逻辑控制器206可以对该多个控制器模块200输出的运动指令加入时序控制指令，以实现多台机器人联动目的。例如，控制器模块200可以根据时序控制指令决定在什么时候停止、什么时候动作，即通过本地可编程逻辑控制器206实现多个控制器模块200之间的协调，进而实现多个机器人之间的协调。

此外，上述本地可编程逻辑控制器206的一端与第一通信模块202连接，本体可编程逻辑控制器206还用于通过第一通信模块202接收机器人反馈的数据，并根据反馈的所述数据调整时序控制指令。该设计方式可以提高机器人控制的精度。

在又一个实施方式中，请继续参阅图2，本申请所提供的机器人控制装置20还包括：至少一个柜控模块208，与控制器模块200、电源模块204和本地可编程逻辑控制器206连接，用于监控控制器模块200、电源模块204和本地可编程逻辑控制器206的运行情况。在一个实施例中，该柜控模块208中可以包括烟雾报警器、温度报警器、电源监测器、继电器等，通过引入多种监测元件以监控控制器模块200、电源模块204以及本地可编程逻辑控制器206所处环境和工作状态，以保证其能正常工作。

在又一个实施方式中，请继续参阅图2，本申请所提供的机器人控制装置20还包括至少一个扩展输入输出模块201，每个扩展输入输出模块201与至少一个控制器模块200连接，用于向控制器模块200传输外部指令，具体扩展输入输出模块201与控制器模块200之间通过总线连接。例如，扩展输入输出模块201包含四个扩展输入输出端口，四个扩展输入输出端口可以采用二进制编码，其可形成16个组合，且每个组合可以分别对应一个生产工艺流程；当触发其中一种组合时，可以使机器人控制装置20控制至少一个机器人执行该组合对应的生产工艺流程。

与上述机器人控制装置20相对应的机器人系统40的结构可参见图3，图3为本申请机器人系统一实施方式的结构示意图。该机器人系统40包括上述任一实施例中的机器人控制装置20以及多个机器人30，机器人30中包含第二通信模块3020，第二通信模块3020用于与图2中机器人控制装置20的第一通信模块202通信，以接收对应的运动指令，该第二通信模块3020的类型与第一通信模块202的类型相同，例如，第二通信模块3020为5G URLLC切片通信模式的无线通信模块。在一个实施方式中，上述机器人控制装置20可以单独设置于工厂内的某个房间内，而机器人30可以分布于各个工况的流水线上，机器人30和机器人控制装置20之间通过5G URRL切片通信方式可以实现即时通信。

此外，请继续参阅图3该机器人30包括机器人本体300和本地驱动柜302。

其中，机器人本体300可以为四轴机器人、五轴机器人、六轴机器人、直角坐标机器人等，其可以包含至少一个电机3000，一个电机3000与机器人本体300的一个轴连接，通过调整电机3000的运转速度和运转方向以调整对应的轴的运转速度和运转方向。

本地驱动柜302包含上述第二通信模块3020以及多轴伺服驱动器3022。多轴伺服驱动器3022通过第二通信模块3020接收运动指令后，控制对应的电机3000运动，以使机器人本体300执行相应的运动。在本实施例中，多轴伺服驱动器3022可以包括相互连接的多轴伺服控制板和多轴伺服功率板，而多轴伺服控制板连接于多轴伺服功率板和第二通信模块3020之间，当多轴伺服控制板通过第二通信模块3020接收到对应机器人的运动指令后，将该运动指令进行解析，并将解析后的信号传送至多轴伺服功率板，由多轴伺服功率板来驱动电机3000运行。

与现有技术相比，本申请中与机器人本体300连接的本地驱动柜302中仅保留与驱动相关的多轴伺服驱动器3022和第二通信模块3020，上述本地驱动柜302在机器人控制装置20的远端进行分布式部署，以匹配不同场景的多样化需求。

在另一个实施方式中，请再次参阅图3，本申请所提供的机器人30还包括示教器304。示教器304包括与图2中第一通信模块202相匹配的第三通信模块(图未示)，该第三通信模块的类型与第一通信模块202的类型相同，例如，第三通信模块为5G URLLC切片通信模式的无线通信模块。上述第三通信模块具体用于接收用户输入的调试指令，并将调试指令通过第三通信模块和图2中的第一通信模块202传输至对应的控制器模块200，和/或，将调试指令通过第三通信模块和第二通信模块3020传输至对应的多轴伺服驱动器3022。上述示教器304可以用于与用户进行交互，示教器304可以接收用户的控制指令或者输入的控制程序，并将其传输至控制器模块200或多轴伺服驱动器3022，以实现控制整个机器人本体300的动作。

以上所述仅为本申请的实施例，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它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种机器人控制装置，其特征在于，包括：

多个控制器模块，每个所述控制器模块用于产生与至少一个对应的机器人相关的运动指令；

第一通信模块，与所述多个控制器模块耦接，用于接收所述控制器模块传输的运动指令，并将其下发至对应的所述机器人。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述第一通信模块为无线通信模块，所述无线通信模块为5G URLLC切片通信模式。

3.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，还包括：

至少一个电源模块，每个所述电源模块与至少一个所述控制器模块电连接，用于向对应的所述控制器模块提供工作电压。

4.根据权利要求3所述的机器人控制装置，其特征在于，还包括：

本地可编程逻辑控制器，所述多个控制器模块连接至所述本地可编程逻辑控制器，所述本地可编程逻辑控制器用于发送时序控制指令至所述多个控制器模块，以使得所述多个控制器模块根据所述时序控制指令执行相应的动作。

5.根据权利要求4所述的机器人控制装置，其特征在于，

所述本地可编程逻辑控制器的一端与所述第一通信模块连接，所述本体可编程逻辑控制器还用于通过所述第一通信模块接收机器人反馈的数据，并根据反馈的所述数据调整所述时序控制指令。

6.根据权利要求4所述的机器人控制装置，其特征在于，还包括：

至少一个柜控模块，与所述控制器模块、所述电源模块和所述本地可编程逻辑控制器连接，用于监控所述控制器模块、所述电源模块和所述本地可编程逻辑控制器的运行情况。

7.根据权利要求1-6任一项所述的机器人控制装置，其特征在于，还包括：

至少一个扩展输入输出模块，每个所述扩展输入输出模块与至少一个所述控制器模块连接，用于向所述控制器模块传输外部指令。

8.一种机器人系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-7中任一项所述的机器人控制装置；

多个机器人，所述机器人包含第二通信模块，用于与机器人控制装置的第一通信模块通信，以接收对应的运动指令。

9.根据权利要求8所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人包括：

机器人本体，包含至少一个电机；

本地驱动柜，包含所述第二通信模块以及多轴伺服驱动器，其中，所述多轴伺服驱动器通过所述第二通信模块接收所述运动指令后，控制对应的所述电机运动，以使所述机器人本体执行相应的运动。

10.根据权利要求9所述的机器人系统，其特征在于，所述机器人还包括：

示教器，包括与所述第一通信模块相匹配的第三通信模块，用于接收用户输入的调试指令，并将所述调试指令通过所述第三通信模块和所述第一通信模块传输至对应的所述控制器模块，和/或，将所述调试指令通过所述第三通信模块和所述第二通信模块传输至对应的所述多轴伺服驱动器。