CN114589687A

CN114589687A - 一种机器人控制装置

Info

Publication number: CN114589687A
Application number: CN202011409254.0A
Authority: CN
Inventors: 邹风山; 梁亮; 赵彬; 刘世昌; 孙铭泽; 宋吉来
Original assignee: Shandong Siasun Industrial Software Research Institute Co Ltd
Current assignee: Shandong Siasun Industrial Software Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2022-06-07

Abstract

本申请公开了一种机器人控制装置，所述机器人控制装置包括：操作模块、计算模块和进程模块；所述操作摸与所述计算模块相连接，所述计算模块与所述进程模块相连接；所述操作模块，用于根据用户的操作，向所述计算模块发送操作指令；所述计算模块，用于根据所述操作指令，采用预设机器人算法，计算得到移动参数；所述进程模块，用于根据所述移动参数，控制所述机器人进行移动。本申请实施例提供的机器人控制装置，可以屏蔽不同硬件、系统间的差异，提升软件的健壮性。

Description

一种机器人控制装置

技术领域

本申请实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人控制装置。

背景技术

目前，随着科技的不断发展，机器人已经逐渐走入人们的视线中，这样，对机器人对应的软件开发的需求，也逐渐增大。

在相关技术中，不同的机器人硬件、系统对应的软件种类繁多，不同的软件间存在开发重复、调试困难的问题，这样也导致了对机器人控制器的软件管理产生一定难度，因此，如何屏蔽不同硬件、系统间的差异，提升软件的健壮性，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本申请提供一种机器人控制装置，可以屏蔽不同硬件、系统间的差异，提升软件的健壮性。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

本申请的第一方面，提供一种机器人控制装置，该机器人控制装置包括：操作模块、计算模块和进程模块。其中，操作摸与计算模块相连接，计算模块与进程模块相连接；所述操作模块，用于根据用户的操作，向所述计算模块发送操作指令；所述计算模块，用于根据所述操作指令，采用预设机器人算法，计算得到移动参数；所述进程模块，用于根据所述移动参数，控制所述机器人进行移动。

可选地，本申请实施例中，所述操作模块为E3845控制器。

可选地，本申请实施例中，所述计算模块，包括：机器人服务模块、机器人算法模块；所述机器人服务模块与所述机器人算法模块连接；

可选地，本申请实施例中，并实现基本的总线协议栈和数据工具；所述机器人算法模块，用于存储与机器人移动相关的至少一个算法。

可选地，本申请实施例中，所述进程模块包括第一进程模块、第二进程模块和第三进程模块；所述第一进程模块，用于控制机器人的机械臂，实现模型正反解、轨迹规划、位置插补；所述第二进程模块，用于控制机器人的底盘，实现底盘在二维激光传感器下的地图创建、实时定位、轨迹规划、运动控制、安全保护等，对于不同的移动底盘，可以开启不同的移动平台进程；所述第三进程模块，用于控制整个复合机器人系统，包括系统的上下电、手臂底盘的任务协调。

可选地，本申请实施例中，实现轨迹规划，包括：在机器人控制系统中加上能提高实时性且描述自由曲线的曲线插补功能。

本申请实施例提供的机器人控制装置，所述机器人控制装置包括：操作模块、计算模块和进程模块；所述操作摸与所述计算模块相连接，所述计算模块与所述进程模块相连接；所述操作模块，用于根据用户的操作，向所述计算模块发送操作指令；所述计算模块，用于根据所述操作指令，采用预设机器人算法，计算得到移动参数；所述进程模块，用于根据所述移动参数，控制所述机器人进行移动。本申请实施例的机器人控制装置，可以为机器人系统提供基础功能函数。包括：1)机器人服务平台，将机器人系统与操作模块隔离，并实现基本的总线协议栈和数据工具；2)机器人算法库，实现机器人手臂、底盘相关算法功能；并解决了不同机器人之间硬件/操作模块在功能、接口、使用方式上存在的差异；再解决了机器人动力学参数和负载动力学参数辨识，从而使机器人获得高轨迹精度；最后，其中的MES系统可以为企业提供管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。

附图说明

图1为相关技术中智能工业机器人平台框图；

图2为本申请实施例提供的一种机器人控制装置的结构示意图。

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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，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作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。

本申请实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。

在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个元件是指两个元件或两个以上元件。

本文中术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，显示面板和/或背光，可以表示：单独存在显示面板，同时存在显示面板和背光，单独存在背光这三种情况。本文中符号“/”表示关联对象是或者的关系，例如输入/输出表示输入或者输出。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

目前，随着生产规模扩大，对不同应用种类的机器人需求不断增多，这样就加大了机器人应用需求开发。软件开发中，为了适应机器人控制器快速发展，存在开发重复、调试困难的问题，亟需一个中间平台软件来屏蔽不同硬件、系统间的差异，提升软件的健壮性。同时现有机器人软件多异性也对机器人控制器的软件管理产生一定难度，因此需要开发一套通用的机器人控制器软件平台，提出了机器人控制器研发平台的软件架构。该智能工业机器人平台软件，规避了硬件/操作模块在功能、接口、使用方式上存在差异。

本发明的新型一种智能工业机器人平台软件设计方法，可以对控制器平台软件架构进行优化，完善平台的组件库，对控制总线进行功能拓展，包括对Profinet支持、Modbus/tcp支持，DeviceNet支持，商业版ECAT支持。对工业机器人平台V4.X进行功能模块升级，升级内容包括：样条曲线研发、阻抗控制系列效果、轴孔装配工艺开发、打磨工艺研发、动力学轨迹精度研发/前馈研发、双臂变姿态协作搬运物体的运动、电流力控后期技术维护，引用质量管控Parasoft软件对项目的全生命周期质量进行管理。

如图1所示，为智能工业机器人平台框图，智能工业机器人平台是一种新型式的机器人控制器产品，属于机器人市场里的核心模块。该产品集成了智能移动机器人和通用工业机器人等工作单元，满足了对整个机械结构运动精度的苛刻要求，避免了多个运动单元的误差累积而造成的精度不达标，大大提高了操作定位精度。随着技术的发展和现有产品的问题，对现有机器人软件提出平台式的方法是必要的。

图2示出了本申请实施例提供的提供一种机器人控制装置，该机器人控制装置包括：操作模块、计算模块和进程模块。其中，操作摸与计算模块相连接，计算模块与进程模块相连接；所述操作模块，用于根据用户的操作，向所述计算模块发送操作指令；所述计算模块，用于根据所述操作指令，采用预设机器人算法，计算得到移动参数；所述进程模块，用于根据所述移动参数，控制所述机器人进行移动。

可选地，本申请实施例中，所述操作模块为E3845控制器。

可以理解，如图2所示，为智能工业机器人平台与外围系统连接框图，整个机器人控制软件系统包括机器人控制器软件和上位机调度软件。控制器软件采用SNRC IV型控制器架构：

操作模块：采用E3845控制器，风河实时操作模块

计算模块：为机器人系统提供基础功能函数。包括：1)机器人服务平台，将机器人系统与操作模块隔离，并实现基本的总线协议栈和数据工具；2)机器人算法库，实现机器人手臂、底盘相关算法功能。

进程模块：整个机器人系统由三个单独的进程构成。包括：1)机械臂平台进程(即第一进程模块)，用于控制复合机器人的机械臂，实现模型正反解、轨迹规划、位置插补等功能；2)移动平台进程(即第二进程模块)，用于控制复合机器人的底盘，实现底盘在二维激光传感器下的地图创建、实时定位、轨迹规划、运动控制、安全保护等，对于不同的移动底盘，可以开启不同的移动平台进程；3)协调进程(即第三进程模块)，用于控制整个复合机器人系统，包括系统的上下电、手臂底盘的任务协调等。

本申请实施例中，为提高机器人末端轨迹的跟踪精度，直线圆弧插补在路径上增加节点数，导致在线计算量和空间存储量大，效率低。样条插补合理设计速度、加速度、加加速度能实现机器人运动平稳，但不能描述自由曲线。

因此，在机器人控制系统中加上能提高实时性且描述自由曲线的曲线插补功能。

数控技术和设备是现代工业制造现代化的重要基础，而数控技术的一个主要发展方向就是高速高精度加工。在数控技术的发展中，插补算法和速度控制都是直接影响加工速度和精度的主要因素，其中非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines，简称NURBS)曲线插补技术已然成为高端数控系统的必备能力。为了实现插补阶段末端执行器可以平稳通过所有加工点，本文提出了一种基于速度前瞻的NURBS曲线插补算法。

本申请实施例中，包括本体动力学参数和负载动力学参数辨识，能够准确的辨识出负载的质量、质心和惯量等参数，并结合本体动力学模型和摩擦模型计算出前馈力矩，反馈至控制器，比较分析后获得最佳扭矩，从而使机器人获得高轨迹精度。

本申请实施例中，可以实现末端力控制，包括：轴孔装配工艺；力控打磨工艺。

本申请实施例中，可以实现轨迹插值，解决连续轨迹有突变问题；连续轨迹有问题，开关无效，并且直线或者圆弧走出来的曲线无法分辨是否有连续轨迹，还是没有连续轨迹；六轴机器人无法走S轨迹下的圆弧运动；多条指令可以实现自由的连续和非连续轨迹的切换。

本申请实施例中，可以采用MES系统，MES(Manufacturing Execution System)即制造企业生产过程执行系统，是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES可以为企业提供包括制造数据管理、计划排产管理、生产调度管理、库存管理、质量管理、人力资源管理、工作中心/设备管理、工具工装管理、采购管理、成本管理、项目看板管理、生产过程控制、底层数据集成分析、上层数据集成分解等管理模块，为企业打造一个扎实、可靠、全面、可行的制造协同管理平台。从而可以机器人信息数据采集；通信稳定性提升。

本申请实施例中，可以柔顺控制(阻抗/导纳控制)；机器人可以实现控制系统的一控二。

1、笛卡尔空间XYZ方向牵引；2、笛卡尔空间XYZ方向阻抗；3、笛卡尔空间Z方向直线运动—任意干扰；4、基于阻抗控制的快速力跟踪—戳气球；5、基于定阻抗的平面力跟踪；6、基于阻抗控制的斜面恒力跟踪。

下表示出了，本申请实施例提供的机器人控制装置可以实现的功能。

表1

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims

1.一种机器人控制装置，其特征在于，所述机器人控制装置包括：操作模块、计算模块和进程模块；

所述操作摸与所述计算模块相连接，所述计算模块与所述进程模块相连接；

所述操作模块，用于根据用户的操作，向所述计算模块发送操作指令；

所述计算模块，用于根据所述操作指令，采用预设机器人算法，计算得到移动参数；

所述进程模块，用于根据所述移动参数，控制所述机器人进行移动。

2.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，所述操作模块为E3845控制器。

3.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，所述计算模块，包括：机器人服务模块、机器人算法模块；所述机器人服务模块与所述机器人算法模块连接；

所述机器人服务模块，用于将机器人系统与操作模块隔离，并实现基本的总线协议栈和数据工具；

所述机器人算法模块，用于存储与机器人移动相关的至少一个算法。

4.根据权利要求1所述的机器人控制装置，其特征在于，所述进程模块包括第一进程模块、第二进程模块和第三进程模块；

所述第一进程模块，用于控制机器人的机械臂，实现模型正反解、轨迹规划、位置插补；

所述第二进程模块，用于控制机器人的底盘，实现底盘在二维激光传感器下的地图创建、实时定位、轨迹规划、运动控制、安全保护等，对于不同的移动底盘，可以开启不同的移动平台进程；

所述第三进程模块，用于控制整个复合机器人系统，包括系统的上下电、手臂底盘的任务协调。

5.根据权利要求4所述的机器人控制装置，其特征在于，所述实现轨迹规划，包括：在机器人控制系统中加上能提高实时性且描述自由曲线的曲线插补功能。