CN112828887B - 一种工业机器人末端接口装置及工业机器人 - Google Patents

Abstract

本申请属于工业机器人技术领域，涉及一种工业机器人末端接口装置及工业机器人。本申请提供的技术方案包括传感器模块、诊断模块、控制单元、通信模块、电源模块和接口模块；控制单元接收并处理机器人控制器发送的指令、传感器模块发送的信号和诊断模块发送的信号，以发出控制信号，诊断模块用于监视电源模块及接口模块是否异常，并将信号发送至所述控制单元，以使电源模块和接口模块出现过压或者过流时关闭输出。具有电源模块及接口模块的保护功能，在负载短路或者过载时末端接口装置不会损坏或者失效，从而避免了对人员的伤害及贵重设备的损坏；集成了六轴力传感器，省去了从PLC控制器或者电控箱IO板接线，节省了成本及降低了使用复杂度。

Description

一种工业机器人末端接口装置及工业机器人

技术领域

本申请涉及工业机器人技术领域，更具体的说，特别涉及一种工业机器人末端接口装置及工业机器人。

背景技术

随着产业的升级和自动化水平的不断提高，工业机械臂的应用范围越来越广，现有的机械臂大多需要在工具法兰端连接不同的传感器和末端执行装置，当前的工业机械臂特别是协作机械臂普遍可以实现此功能，但是只具有通用的IO功能及模拟量输入功能，在负载短路或者过载时，容易损坏末端装置，需要外接传感器，增大接线复杂度和增加了成本。针对上述功能性问题时，现有方案主要采用外加转接设备或者从电控箱中引出到工业机器人末端，方案价格昂贵并且构建复杂，无法保证安全性问题，失效风险极大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业机器人末端接口装置及工业机器人，无需外加转接设备或者从电控箱中引出到工业机器人末端，具有成本优势，降低了使用复杂度，具有电源模块及接口模块的保护功能，避免了对人员的伤害及贵重设备的损坏。

为了解决以上提出的问题，本发明实施例提供了如下所述的技术方案：

一种工业机器人末端接口装置，包括传感器模块、诊断模块、控制单元、通信模块、电源模块和接口模块；

所述诊断模块、传感器模块、通信模块和接口模块均与所述控制单元连接，所述通信模块与一机器人控制器连接，用于机器人控制器与控制单元之间的通信，所述控制单元接收并处理机器人控制器发送的指令、传感器模块发送的信号和诊断模块发送的信号，并发出控制信号，所述电源模块用于对外部电源进行转换，所述接口模块用于与末端执行器连接，所述诊断模块用于监视电源模块及接口模块是否异常，以使电源模块和接口模块出现过压或者过流时关闭输出。

进一步地，所述工业机器人末端接口装置还包括PTC热敏保险丝、MOS管和电流传感器，所述PTC热敏保险丝、MOS管和电流传感器依次设置在电源模块和末端执行器之间，所述PTC热敏保险丝在输出到末端执行器的电流过流时进行保护。

进一步地，所述接口模块包括所述接口模块包括IO模块、RS458通信、CAN通信、IO－LINK通信、RS232通信、EtherCAT通信和模拟量输入输出模块。

进一步地，所述诊断模块包括IO口监视模块、电压监视模块和电流监视模块，所述IO口监视模块监视所述IO模块的电流是否异常，所述电压监视模块监视所述末端执行器的电压是否异常，所述电流监视模块监视所述电流传感器的电流是否异常。

进一步地，所述IO口监视模块接收所述IO模块的电流信号，当IO模块的电流超过设定值时发信号关断IO口模块的OUTPUT输出，并发送报警信号至所述控制单元，所述电压监视模块接收所述末端执行器的电压信号，并发送报警信号至所述控制单元，当所述末端执行器的电压超过设定值时发信号关断MOS管，所述电流监视模块接收所述电流传感器的电流信号，当所述电流传感器的电流超过设定值时发信号关断MOS管，并发送报警信号至所述控制单元。

进一步地，所述接口模块至少为两个。

进一步地，所述传感器模块包括九轴加速度传感器和六轴力传感器。

进一步地，所述九轴加速度传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计，所述加速度计用于检测机械臂末端的三维加速度和振动抑制信息，所述陀螺仪用于检测机械臂末端在运动过程中的水平、垂直、俯仰和角速度信息，所述磁力计用于提供绝对的空间方向和运动矢量，所述六轴力传感器包括六个传感器，六个传感器通过BISS接口的形式串联并与所述控制单元连接。

进一步地，所述通信模块为EtherCAT总线通信、UART串口通信、RS485通信或CAN通信。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种工业机器人，采用了如下所述的技术方案：

一种工业机器人，包括示教器、电控箱IO板、机器人控制器、机械臂本体以及如上所述的工业机器人末端接口装置，所述机器人控制器用于控制机械臂本体中的关节伺服驱动器工作，所述工业机器人末端接口装置通过控制总线的方式与机器人控制器连接。

与现有技术相比，本发明实施例主要有以下有益效果：

一种工业机器人末端接口装置及工业机器人，安全可靠性高，诊断模块能够监视电源模块及接口模块是否异常，以使电源模块和接口模块出现过压或者过流时关闭输出，从而具有电源模块及接口模块的保护功能，在负载短路或者过载时末端接口装置不会损坏或者失效，从而避免了对人员的伤害及贵重设备的损坏；集成了六轴力传感器，不需要外接六轴力传感器就可以实现六维力的控制，节省了成本及降低了使用复杂度；无需外加转接设备或者从电控箱中引出到工业机器人末端，具有成本优势，降低了使用复杂度，针对现有技术中增加PLC控制器等外部元件来实现机械手末端功能，本发明省去了从PLC控制器或者电控箱IO板接线，节约了成本，降低了使用复杂度；具有两个及两个以上对外的接口模块，满足了两个及两个以上末端执行器协同应用的要求；集成了多种通信接口，满足不同通信协议末端执行器的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例中工业机器人的结构框图；

图2为本发明实施例中工业机器人末端接口装置的结构框图；

图3为本发明实施例中诊断模块的结构框图。

附图标记说明：

101、六轴力传感器；102、通信模块；103、九轴加速度传感器；104、电源模块；105、诊断模块；106、控制单元；107、接口模块一；108、接口模块二；201、示教器；202、电控箱IO板；203、机器人控制器；204、关节伺服驱动器一；205、关节伺服驱动器二；206、关节伺服驱动器三；207、末端接口装置；208、机器人末端执行器；209、传感器；301、外部电源；304、机器人末端执行器一；305、机器人末端执行器二；401、输出电源；402、PTC热敏保险丝；403、MOS管、404、电流传感器；406、IO口监视模块；407、电压监视模块；408、电流监视模块；409、IO口模块；410、控制单元。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

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发明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。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，下面将参照相关附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例

如图1至图3所示，一种工业机器人末端接口装置，包括传感器模块、诊断模块105、控制单元106、通信模块102、电源模块104和接口模块。

所述诊断模块105、传感器模块、通信模块102和接口模块均与所述控制单元106连接，所述通信模块102与一机器人控制器302连接，用于机器人控制器302与控制单元106之间的通信，所述控制单元106接收并处理机器人控制器302发送的指令、传感器模块发送的信号和诊断模块105发送的信号，并发出控制信号，所述电源模块104用于对外部电源301进行转换，电源模块104对外部电源301降压并输出1.2V、3.3V、5V、24V电流供给控制单元106及接口模块，所述接口模块用于与机器人末端执行器208连接，所述诊断模块105用于监视电源模块104及接口模块是否异常，以使电源模块104和接口模块出现过压或者过流时关闭输出。

本发明实施例提供的工业机器人末端接口装置，无需外加转接设备或者从电控箱中引出到工业机器人末端，具有成本优势，降低了使用复杂度，针对现有技术中增加PLC控制器等外部元件来实现机械手末端功能，本发明省去了从PLC控制器或者电控箱IO板接线，节约了成本，降低了使用复杂度；安全可靠性高，诊断模块105能够监视电源模块104及接口模块是否异常，以使电源模块104和接口模块出现过压或者过流时关闭输出，从而具有电源模块104及接口模块的保护功能，在负载短路或者过载时末端接口装置207不会损坏或者失效，从而避免了对人员的伤害及贵重设备的损坏。

所述工业机器人末端接口装置还包括PTC热敏保险丝402、MOS管403和电流传感器404，所述PTC热敏保险丝402、MOS管403和电流传感器404依次设置在电源模块104和机器人末端执行器208之间，电源模块104的输出电源401依次经过串连的PTC热敏保险丝402、MOS管403和电流传感器404进入机器人末端执行器208，所述PTC热敏保险丝402在输出到机器人末端执行器208的电流过流时进行保护，当电路正常工作时，PTC热敏保险丝402的温度与室温相近，电阻很小，串联在机器人末端执行器208的电路中不会阻碍电流通过，而当电路因故障导致输出到机器人末端执行器208的电流过流时，PTC热敏保险丝402由于发热功率增加导致温度上升，当温度超过PTC热敏保险丝402的开关温度时，电阻瞬间会剧增，从而输出到机器人末端执行器208的电流迅速减小到安全值。

在一个实施例中，所述接口模块包括IO模块、RS458通信、CAN通信、IO－LINK通信、RS232通信、EtherCAT通信和模拟量输入输出模块，集成了多种通信接口，满足不同通信协议的机器人末端执行器208的要求。

所述诊断模块105包括IO口监视模块406、电压监视模块407和电流监视模块408，所述IO口监视模块406监视所述IO模块的电流是否异常，并将信号发送至所述控制单元410，所述电压监视模块407监视所述机器人末端执行器208的电压是否异常，并将信号发送至所述控制单元410，所述电流监视模块408监视所述电流传感器404的电流是否异常，并将信号发送至所述控制单元410。

本发明实施例中，所述IO口监视模块406接收所述IO模块的电流信号，当IO模块的电流超过设定值时发信号关断IO口模块409的OUTPUT输出，并发送报警信号至所述控制单元410，所述电压监视模块407接收所述机器人末端执行器208的电压信号，当所述机器人末端执行器208的电压超过设定值时发信号关断MOS管403，并发送报警信号至所述控制单元410，所述电流监视模块408接收所述电流传感器404的电流信号，当所述电流传感器404的电流超过设定值时发信号关断MOS管403，并发送报警信号至所述控制单元410。从而输出到机器人末端执行器208的电压及电流受到了监视，IO口模块409的OUTPUT输出口电流也受到了监视，当出现异常时能及时关断并发送报警信号到控制单元410。安全可靠性高，在负载短路或者过载时保证末端接口装置207不会损坏或者失效，避免了对人员的伤害及贵重设备的损坏。

所述接口模块至少为两个，具有两个及两个以上对外的接口模块，满足了两个及两个以上机器人末端执行器208协同应用的要求。

在一个实施例中，所述接口模块包括接口模块一107和接口模块二108，相应的，接口模块一107连接机器人末端执行器一304，接口模块二108连接机器人末端执行器二305，使得机器人末端执行器一304和机器人末端执行器二305可以协同工作，满足了两个末端执行器协同应用的要求，在其他实施例中，可根据需求设置两个以上的接口模块。

所述传感器模块包括九轴加速度传感器103和六轴力传感器101。集成了六轴力传感器101，不需要外接六轴力传感器101就可以实现六维力的控制，节省了成本及降低了使用复杂度。

所述九轴加速度传感器103包括加速度计、陀螺仪和磁力计，所述加速度计用于检测机械臂末端的三维加速度和振动抑制等信息，所述陀螺仪用于检测机械臂末端在运动过程中的水平、垂直、俯仰和角速度等信息，可以使得机械手应用于VR等场景，所述磁力计用于提供绝对的空间方向和运动矢量，所述六轴力传感器101用于测试末端接口装置207所受到的力和扭矩的所有六个分量，所述六轴力传感器101包括六个传感器，六个传感器通过BISS接口的形式串联并与所述控制单元410连接，由控制单元410解析六个传感器的信号，在标定时整个末端接口装置207作为一个整体进行标定。

所述通信模块102为EtherCAT总线通信、UART串口通信、RS485通信或CAN通信。

本发明实施例提供的工业机器人末端接口装置，安全可靠性高，诊断模块105能够监视电源模块104及接口模块是否异常，以使电源模块104和接口模块出现过压或者过流时关闭输出，从而具有电源模块104及接口模块的保护功能，在负载短路或者过载时末端接口装置207不会损坏或者失效，从而避免了对人员的伤害及贵重设备的损坏；集成了六轴力传感器101，不需要外接六轴力传感器101就可以实现六维力的控制，节省了成本及降低了使用复杂度；无需外加转接设备或者从电控箱中引出到工业机器人末端，具有成本优势，降低了使用复杂度，针对现有技术中增加PLC控制器等外部元件来实现机械手末端功能，本发明省去了从PLC控制器或者电控箱IO板202接线，节约了成本，降低了使用复杂度；具有两个及两个以上对外的接口模块，满足了两个及两个以上机器人末端执行器208协同应用的要求；集成了多种通信接口，满足不同通信协议的机器人末端执行器208的要求。

为了解决以上提出的技术问题，本发明实施例还提供了一种工业机器人，采用了如下所述的技术方案：

一种工业机器人，包括示教器201、电控箱IO板202、机器人控制器203、机械臂本体、机器人末端执行器208、传感器209以及如上所述的工业机器人末端接口装置，所述工业机器人末端接口装置通过控制总线的方式与机器人控制器203连接，经过信号转换解析后控制机器人末端执行器208及传感器模块。通过设置末端接口装置207，省去了从电控箱或者PLC控制器过来的接线，并且可以省去外接六维力传感器，可以外接两路或两路以上的外部装置或者传感器。

示教器201用于显示机器人控制器203的界面，可以编写机器人的运行轨迹及运行状态，电控箱IO板202集成了机器人的各项急停功能，模拟量输入输出功能及通用IO口的功能，所述机器人控制器203用于控制机械臂本体中的关节伺服驱动器工作，具体的，机器人控制器203控制机械臂本体中的关节伺服驱动器一204、关节伺服驱动器二205和关节伺服驱动器三206，按要求的轨迹运行及指示异常等，关节伺服驱动器一204用于驱动机械臂本体的第一二关节，关节伺服驱动器二205用于驱动机械臂本体的第三四关节，关节伺服驱动器三206用于驱动机械臂本体的第五六关节。

本发明实施例提供的工业机器人，安全可靠性高，诊断模块105能够监视电源模块104及接口模块是否异常，以使电源模块104和接口模块出现过压或者过流时关闭输出，从而具有电源模块104及接口模块的保护功能，在负载短路或者过载时末端接口装置207不会损坏或者失效，从而避免了对人员的伤害及贵重设备的损坏；集成了六轴力传感器101，不需要外接六轴力传感器101就可以实现六维力的控制，节省了成本及降低了使用复杂度；无需外加转接设备或者从电控箱中引出到工业机器人末端，具有成本优势，降低了使用复杂度，针对现有技术中增加PLC控制器等外部元件来实现机械手末端功能，本发明省去了从PLC控制器或者电控箱IO板202接线，节约了成本，降低了使用复杂度；具有两个及两个以上对外的接口模块，满足了两个及两个以上机器人末端执行器208协同应用的要求；集成了多种通信接口，满足不同通信协议机器人末端执行器208的要求。

显然，以上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，附图中给了本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围。本发明可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种工业机器人末端接口装置，其特征在于，

包括传感器模块、诊断模块、控制单元、通信模块、电源模块和接口模块；

所述诊断模块、传感器模块、通信模块和接口模块均与所述控制单元连接，所述通信模块与一机器人控制器连接，用于机器人控制器与控制单元之间的通信，所述控制单元接收并处理机器人控制器发送的指令、传感器模块发送的信号和诊断模块发送的信号，并发出控制信号，所述电源模块用于对外部电源进行转换，所述接口模块用于与末端执行器连接，所述诊断模块用于监视电源模块及接口模块是否异常，以使电源模块和接口模块出现过压或者过流时关闭输出；

所述接口模块包括所述接口模块包括IO模块，所述诊断模块包括IO口监视模块；所述IO口监视模块监视所述IO模块的电流是否异常，所述IO口监视模块接收所述IO模块的电流信号，当IO模块的电流超过设定值时发信号关断IO口模块的OUTPUT输出，并发送报警信号至所述控制单元；

所述接口模块包括接口模块一和接口模块二，所述接口模块一连接机器人末端执行器一，所述接口模块二连接机器人末端执行器二。

2.根据权利要求1所述的工业机器人末端接口装置，其特征在于，

所述工业机器人末端接口装置还包括PTC热敏保险丝、MOS管和电流传感器，所述PTC热敏保险丝、MOS管和电流传感器依次设置在电源模块和末端执行器之间，所述PTC热敏保险丝在输出到末端执行器的电流过流时进行保护。

3.根据权利要求2所述的工业机器人末端接口装置，其特征在于，

所述接口模块还包括RS458通信、CAN通信、IO－LINK通信、RS232通信、EtherCAT通信和模拟量输入输出模块。

4.根据权利要求3所述的工业机器人末端接口装置，其特征在于，

所述诊断模块还包括电压监视模块和电流监视模块，所述电压监视模块监视所述末端执行器的电压是否异常，所述电流监视模块监视所述电流传感器的电流是否异常。

5.根据权利要求4所述的工业机器人末端接口装置，其特征在于，

所述电压监视模块接收所述末端执行器的电压信号，并发送报警信号至所述控制单元，当所述末端执行器的电压超过设定值时发信号关断MOS管，所述电流监视模块接收所述电流传感器的电流信号，当所述电流传感器的电流超过设定值时发信号关断MOS管，并发送报警信号至所述控制单元。

6.根据权利要求1所述的工业机器人末端接口装置，其特征在于，

所述传感器模块包括九轴加速度传感器和六轴力传感器。

7.根据权利要求6所述的工业机器人末端接口装置，其特征在于，

所述九轴加速度传感器包括加速度计、陀螺仪和磁力计，所述加速度计用于检测机械臂末端的三维加速度和振动抑制信息，所述陀螺仪用于检测机械臂末端在运动过程中的水平、垂直、俯仰和角速度信息，所述磁力计用于提供绝对的空间方向和运动矢量，所述六轴力传感器包括六个传感器，六个传感器通过BISS接口的形式串联并与所述控制单元连接。

8.根据权利要求1所述的工业机器人末端接口装置，其特征在于，

所述通信模块为EtherCAT总线通信、UART串口通信、RS485通信或CAN通信。

9.一种工业机器人，其特征在于，

包括示教器、电控箱IO板、机器人控制器、机械臂本体以及如权利要求1－8任意一项所述的工业机器人末端接口装置，所述机器人控制器用于控制机械臂本体中的关节伺服驱动器工作，所述工业机器人末端接口装置通过控制总线的方式与机器人控制器连接。

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