CN113305866A - 一种线驱动连续体机器人的电控系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种线驱动连续体机器人的电控系统，电控系统中，电控柜体经由电气安装板分为用于安装电气设备的前半部分和用作电控扩展柜的后半部分；伺服驱动器一端通过接线端子与所述开关电源相连，另一端连接线驱动连续体机器人的伺服电机，运动控制器连接所述多个伺服驱动器，相邻的所述伺服驱动器两两相连与所述运动控制器构成gLink‑II环网，上位机连接所述运动控制器，所述上位机经由控制所述运动控制器以控制所述伺服驱动器驱动所述伺服电机，且经由编码器反馈元件构成闭环系统。

Description

一种线驱动连续体机器人的电控系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种线驱动连续体机器人的电控系统。

背景技术

不同于传统工业机器人，线驱动连续体机器人由于自身高冗余度，以及小直径、长长度的特点，具有优良的弯曲性能以及对复杂受限空间独特的适应能力。然而，其驱动方式不同于传统的工业机器人，通常采用线驱动的方式进行驱动，使相应关节产生弯曲。一般地，每段关节采用3或4根线缆进行驱动，由于其自身的高冗余自由度，导致线驱动连续体机器人具有庞大而复杂的驱动机构以及电控系统。因此，为了使线驱动连续体机器人的电控系统布局更加合理紧凑，提高空间利用率与安全性，同时使其具有控制不同线驱动连续体机器人的通用性，有必要设计一种用于线驱动连续体机器人的电控系统。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了线驱动连续体机器人的电控系统，该电控系统应搭配线驱动连续体机器人使用。所述电控系统通过标准化动力线缆、编码器线缆和接头与相应驱动装置连接，如伺服电机，本发明中以丝杆模组作为驱动装置，但不局限于此。所述电控系统通过驱动伺服电机，借助线缆将驱动力传递至机械臂本体上。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种线驱动连续体机器人的电控系统包括，

电控柜体，其经由电气安装板分为用于安装电气设备的前半部分和用作电控扩展柜的后半部分；

电气设备包括，

开关电源，

多个伺服驱动器，伺服驱动器一端通过接线端子与所述开关电源相连，另一端连接线驱动连续体机器人的伺服电机，

运动控制器，其连接所述多个伺服驱动器，相邻的所述伺服驱动器两两相连与所述运动控制器构成gLink-II环网，

上位机，其连接所述运动控制器，所述上位机经由控制所述运动控制器以控制所述伺服驱动器驱动所述伺服电机，且经由编码器反馈元件构成闭环系统。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统中，所述伺服电机驱动移动滑块，活动码锁线器固定于移动滑块上，钢丝绳一端固定于所述活动码锁线器，另一端连接线驱动连续体机器人。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统中，所述上位机发出指令到所述运动控制器以控制所述伺服驱动器驱动所述伺服电机控制所述钢丝绳的伸缩，以将力传递到线驱动连续体机器人的机械臂上以执行弯曲运动。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统中，多个所述伺服电机驱动执行弯曲运动，当其中一个所述伺服电机驱动机械臂关节运动时，相邻的驱动电机同时进行相应的耦合运动以保持相对于所述机械臂关节远端的另一个机械臂关节保持初始状态。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统中，所述电控柜体包括可移动模块以及设在可移动模块上的柜本体，所述可移动模块包括AGV巡航小车或六足行走机器人。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统中，所述电气设备还包括开关电源、电源滤波器、交流接触器、塑料外壳式断路器、动力线缆、编码器线缆、电气安装板以线槽。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统中，所述电控柜体前后两面均设有双开柜门，所述电控柜体左右侧面设有4个带风扇的百叶窗，所述电控柜体底部设有4个带刹车万向轮以及地脚。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统中，所述运动控制器安装于所述上位机上，所述上位机需带有PCI-E插槽。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统中，所述运动控制器包括多轴网络运动控制器。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统中，机械臂包括n个关节段，其中，相邻关节段之间可偏转，每个所述关节段包括，

m个金属圆环，每个所述金属圆环的上下表面开有多个沉孔以及穿线孔，所述沉孔和穿线孔的圆心均分布在同一圆周上，穿过所述沉孔的合金丝经由用于胶合胶水固定所述合金丝和金属圆环，使得相邻金属圆环之间具有一个实现偏转运动的转动自由度，

多个钢丝绳，所述钢丝绳穿过所述穿线孔以传递牵拉力到所述金属圆环以偏转关节段。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用一体化设计、便于搬运、结构紧凑、布置均匀且合理，充分利用了空间，提高了空间利用率。本发明具有可扩展性，可以根据具体电控需求，对电控系统进行扩展，以满足更多自由度的驱动需求。本发明对线驱动连续体机器人具有一定的通用性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是本发明的线驱动连续体机器人的电控系统结构示意图；

图2是本发明线驱动连续体机器人的电控柜体的电控系统的前半部分示意图；

图3是本发明线驱动连续体机器人的电控柜体的电控系统的后半部分示意图；

图4是本发明上位机与gLink-II环网示意图；

图5是为图1的一个实例示意图；

图6为为本发明的闭环运动控制系统的配置示意图；

其中，1为电控柜体，2为上位机，3为运动控制器，4为伺服驱动器，5为柜门，6为带风扇的百叶窗，7为刹车轮，8为地脚，9为塑料外壳式断路器，10为开关电源，11为合页，12为门把手，13为工作台面，14为电气安装板，15为线槽，16为电源滤波器，17为接线端子，18为交流接触器，19为gLink-II环网，20为连续体机器人，21为实验桌，22为伺服电机，23为进给滑台模组。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图6更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1所示，一种线驱动连续体机器人的电控系统包括，

电控柜体1，其经由电气安装板14分为用于安装电气设备的前半部分和用作电控扩展柜的后半部分；

电气设备包括，

开关电源10，

多个伺服驱动器4，伺服驱动器4一端通过接线端子17与所述开关电源10相连，另一端连接线驱动连续体机器人的伺服电机22，

运动控制器3，其连接所述多个伺服驱动器4，相邻的所述伺服驱动器4两两相连与所述运动控制器3构成gLink-II环网19，

上位机2，其连接所述运动控制器3，所述上位机2经由控制所述运动控制器3以控制所述伺服驱动器4驱动所述伺服电机22，且经由编码器反馈元件构成闭环系统。

本发明结构紧凑、布局合理、具有可扩展性，一定程度上提高了空间利用率与安全性，能够搭配线驱动连续体机器人实现运动控制，对线驱动连续体机器人具有通用性。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统的优选实施例中，所述伺服电机22驱动移动滑块，活动码锁线器固定于移动滑块上，钢丝绳一端固定于所述活动码锁线器，另一端连接线驱动连续体机器人。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统的优选实施例中，所述上位机2发出指令到所述运动控制器3以控制所述伺服驱动器4驱动所述伺服电机22控制所述钢丝绳的伸缩，以将力传递到线驱动连续体机器人的机械臂上以执行弯曲运动。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统的优选实施例中，多个所述伺服电机22驱动执行弯曲运动，当其中一个所述伺服电机22驱动机械臂关节运动时，相邻的驱动电机同时进行相应的耦合运动以保持相对于所述机械臂关节远端的另一个机械臂关节保持初始状态。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统的优选实施例中，所述电控柜体1包括可移动模块以及设在可移动模块上的柜本体，所述可移动模块包括AGV巡航小车或六足行走机器人。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统的优选实施例中，所述电气设备还包括开关电源10、电源滤波器16、交流接触器18、塑料外壳式断路器、动力线缆、编码器线缆、电气安装板14以线槽。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统的优选实施例中，所述电控柜体1前后两面均设有双开柜门，所述电控柜体1左右侧面设有4个带风扇的百叶窗，所述电控柜体1底部设有4个带刹车万向轮以及地脚。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统的优选实施例中，所述运动控制器3安装于所述上位机2上，所述上位机2需带有PCI-E插槽。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统的优选实施例中，所述运动控制器3包括多轴网络运动控制器3。

所述的线驱动连续体机器人的电控系统的优选实施例中，机械臂包括n个关节段，其中，相邻关节段之间可偏转，每个所述关节段包括，

m个金属圆环，每个所述金属圆环的上下表面开有多个沉孔以及穿线孔，所述沉孔和穿线孔的圆心均分布在同一圆周上，穿过所述沉孔的合金丝经由用于胶合胶水固定所述合金丝和金属圆环，使得相邻金属圆环之间具有一个实现偏转运动的转动自由度，

多个钢丝绳，所述钢丝绳穿过所述穿线孔以传递牵拉力到所述金属圆环以偏转关节段。

在一个实施例中，一种用于线驱动连续体机器人的电控系统包括电控柜体1、上位机2、运动控制器3、伺服驱动器4；用于线驱动连续体机器人的电控系统包括电控柜体1、上位机2、运动控制器3、伺服驱动器4，其中，

电控柜体1，采用高强度型材搭建，其分为前后两部分，包括，

所述电控柜体1的前半部分，用于安装电气设备，包括，

多个伺服驱动器4，

开关电源10，

塑料外壳式断路器，

多个接线端子17，

交流接触器18，

电源滤波器16；

所述电控柜体1的后半部分，可用于储物，亦可作为电控扩展柜；

多个带有风扇的百叶窗，安装于所述电控柜体1的两侧面，用于散热；

多个刹车轮和地脚，固定于所述电控柜体1的底部；

运动控制器3，用于控制所述伺服驱动器4；

上位机2，用于配置所述运动控制器3所需的资源。

优选的，还包括线槽，使内部空间布局合理。

优选的，所述上位机2需带有PCI-E插槽。

在一个实施例中，所述伺服驱动器4包括GSHD高性能全功能总线伺服驱动器4，所述伺服驱动器4的安装间距为30mm。

在一个实施例中，所述运动控制器3包括GSN系列高性能多轴网络运动控制器3。

在一个实施例中，采用总线控制方式，通过总线驱动线缆构成gLink-II环网19。

在一个实施例中，采用闭环系统，通过所述上位机2控制所述运动控制器3，进而控制所述伺服驱动器4，驱动伺服电机22，通过编码器反馈元件构成闭环系统。其中，所述运动控制器3内部用到的资源需要用户配置。其中，profile输出的规划位置进入axis中，在axis中进行当量变换处理后，输出到所述运动控制器3中，所述运动控制器3将规划位置与encoder的计数位置进行比较，获得跟随误差，并通过一定的伺服控制算法，得到实时的控制量，将控制量传递给dac，由dac转换成控制电压来控制伺服电机22的运动。Axis需要驱动报警、正负向限位信号、平滑停止信号、紧急停止信号等一些数字量输入信号来进行管理；同时，axis需要输出伺服使能信号，让电机使能。

在一个实施例中，所述电控柜体1采用高强度型材搭建，工作台面为加厚铝板；

在一个实施例中，所述伺服驱动器4安装间距为30mm，所述电控柜体1后半部分可配置储物或作为电控扩展柜，以适应需要更多伺服驱动的需求。所述伺服驱动器4为GSHD高性能全功能总线伺服驱动器4(中压)，具体型号为GSHD-003-2AGL2。所述运动控制器3安装于所述上位机2上，所述上位机2需带有PCI-E插槽。优选的，所述运动控制器3为GSN系列高性能多轴网络运动控制器3，具体型号为GSN-024-G-00。

在本实施例中，本发明提供的电控系统包括电控柜体1、上位机2、运动控制器3和伺服驱动器4；其中，所述电控柜体1被电气安装板14分为前后两部分；更为具体地，如图2所示，所述电控柜体1的前半部分安装有塑料外壳式断路器9、交流接触器18、接线端子17、电源滤波器16、开关电源10以及多个所述伺服驱动器4；相邻的所述伺服驱动器4两两相连，构成gLink-II环网19，所述伺服驱动器4通过所述接线端子17与所述开关电源10相连，另外的，所述伺服驱动器4与连续体机器人20上的伺服电机22相连。优选的，还包括线槽15，使电控柜体布线有序、合理，提高整体空间利用率。

更为具体地，如图3所述，所述电控柜体1的后半部分可用于储物，或作为电控扩展柜，以满足更多伺服驱动的需求。

更为具体地，所述电控柜体1的底部安装有多个刹车轮7以及地脚8，所述电控柜体1的侧面设有多个带风扇的百叶窗6，用于通风散热，所述电控柜体1的前后两面设有双开柜门5。优选的，所述电控柜体1采用高强度型材搭建，工作台面13为加厚铝板。

在本实施例中，如图5所示，在本发明提供所述电控柜体1上方安装进给滑台模组23，线驱动连续体机器人20安装于所述进给滑台模组23上方，所述上位机2布置于实验桌21上。图5给出了本发明的一个应用实例，需要理解的是，本发明并不局限于上述特定的实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

更为具体地，如图4所示，本发明采用总线控制方式，所述运动控制器3通过PCI-E接口与所述上位机2相连接，所述运动控制器3通过相应线缆与所述伺服驱动器4相连，构成所述gLink-II环网19。所述gLink-II环网19可实现多轴控制，具有极高的控制精度。

在一个实施例中，如图6所示，所述用于线驱动连续体机器人的电控系统通过所述上位机2控制所述运动控制器3，进而控制所述伺服驱动器4，驱动所述伺服电机22，通过编码器反馈元件构成闭环系统。其中，所述运动控制器3内部用到的资源需要用户配置。在该实例中，更进一步的，profile输出的规划位置进入axis中，在axis中进行当量变换处理后，输出到所述运动控制器3中，所述运动控制器3将规划位置与encodor的计数位置进行比较，获得跟随误差，并通过一定的伺服控制算法，得到实时的控制量，将控制量传递给dac，由dac转换成控制电压来控制所述伺服电机22的运动。Axis需要驱动报警、正负向限位信号、平滑停止信号、紧急停止信号等一些数字量输入信号来进行管理；同时，axis需要输出伺服使能信号，让电机使能。

工业实用性

本发明所述的线驱动连续体机器人的电控系统可以在机器人领域制造并使用。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种线驱动连续体机器人的电控系统，其特征在于，其包括，

电控柜体，其经由电气安装板分为用于安装电气设备的前半部分和用作电控扩展柜的后半部分；

电气设备包括，

开关电源，

多个伺服驱动器，伺服驱动器一端通过接线端子与所述开关电源相连，另一端连接线驱动连续体机器人的伺服电机，

运动控制器，其连接所述多个伺服驱动器，相邻的所述伺服驱动器两两相连与所述运动控制器构成gLink-II环网，

上位机，其连接所述运动控制器，所述上位机经由控制所述运动控制器以控制所述伺服驱动器驱动所述伺服电机，且经由编码器反馈元件构成闭环系统。

2.如权利要求1所述的线驱动连续体机器人的电控系统，其中，优选的，所述伺服电机驱动移动滑块，活动码锁线器固定于移动滑块上，钢丝绳一端固定于所述活动码锁线器，另一端连接线驱动连续体机器人。

3.如权利要求2所述的线驱动连续体机器人的电控系统，其中，所述上位机发出指令到所述运动控制器以控制所述伺服驱动器驱动所述伺服电机控制所述钢丝绳的伸缩，以将力传递到线驱动连续体机器人的机械臂上以执行弯曲运动。

4.如权利要求3所述的线驱动连续体机器人的电控系统，其中，多个所述伺服电机驱动执行弯曲运动，当其中一个所述伺服电机驱动机械臂关节运动时，相邻的驱动电机同时进行相应的耦合运动以保持相对于所述机械臂关节远端的另一个机械臂关节保持初始状态。

5.如权利要求1所述的线驱动连续体机器人的电控系统，其中，所述电控柜体包括可移动模块以及设在可移动模块上的柜本体，所述可移动模块包括AGV巡航小车或六足行走机器人。

6.如权利要求1所述的线驱动连续体机器人的电控系统，其中，所述电气设备还包括开关电源、电源滤波器、交流接触器、塑料外壳式断路器、动力线缆、编码器线缆、电气安装板以线槽。

7.如权利要求1所述的线驱动连续体机器人的电控系统，其中，所述电控柜体前后两面均设有双开柜门，所述电控柜体左右侧面设有4个带风扇的百叶窗，所述电控柜体底部设有4个带刹车万向轮以及地脚。

8.如权利要求1所述的线驱动连续体机器人的电控系统，其中，所述运动控制器安装于所述上位机上，所述上位机需带有PCI-E插槽。

9.如权利要求1所述的线驱动连续体机器人的电控系统，其中，所述运动控制器包括多轴网络运动控制器。

10.如权利要求3所述的线驱动连续体机器人的电控系统，其中，机械臂包括n个关节段，其中，相邻关节段之间可偏转，每个所述关节段包括，

m个金属圆环，每个所述金属圆环的上下表面开有多个沉孔以及穿线孔，所述沉孔和穿线孔的圆心均分布在同一圆周上，穿过所述沉孔的合金丝经由用于胶合胶水固定所述合金丝和金属圆环，使得相邻金属圆环之间具有一个实现偏转运动的转动自由度，

多个钢丝绳，所述钢丝绳穿过所述穿线孔以传递牵拉力到所述金属圆环以偏转关节段。

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