CN118544376A - 一种工业机器人用控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人用控制系统，涉及机器人控制技术领域，包括安全保护模块、环境和工作监测模块、电源供应模块、综合控制模块、组合驱动模块和多功能末端执行模块；安全保护模块包括紧急停机按钮和安全隔离装置；操作人员在紧急情况下，通过紧急停机按钮停止工业机器人的运动；安全隔离装置包括防护栏、安全光幕和安全地带，防护栏用于分隔操作人员与工业机器人，安全光幕通过红外光束形成非接触屏障，安全地带通过在工作区域地面埋设导线或设置电磁场形成边界区域。本发明通过设置有安全保护模块，可以在紧急情况下快速响应，实现操作人员与工业机器人的隔离，保护操作人员和工业机器人的安全，提高工业机器人用控制系统的安全性。

Description

一种工业机器人用控制系统

技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，具体为一种工业机器人用控制系统。

背景技术

传统的机器人控制系统在紧急情况下的响应速度较慢，并且操作人员与机器人之间的隔离保护能力差，导致操作人员面临潜在的安全风险，同时也会影响机器人的操作效率和可靠性，而本申请的机器人控制系统可以在紧急情况下快速响应，实现操作人员与工业机器人的隔离，保护操作人员和工业机器人的安全，从而提高工业机器人用控制系统的整体安全性。

现有的机器人控制系统存在的缺陷是：

专利文件JP6726388B2公开了一种机器人控制系统，该文件主要考虑如何提高机器人服务准确性的问题，并没有考虑到如何在紧急情况下快速响应，实现操作人员与工业机器人的隔离，保护操作人员和工业机器人的安全，从而提高工业机器人用控制系统的整体安全性的问题；

专利文件JP4490448B2公开了一种机器人控制系统，该文件主要考虑如何能够提供最佳服务的问题，并没有考虑到如何提高工业机器人的环境适应性、安全性和智能化水平，减少人为干预，提高工作效率和精度，从而提高工业机器人的性能和应用范围的问题；

专利文件US9114528B2公开了一种机器人控制系统，该文件主要考虑如何改进机器人控制的问题，并没有考虑到如何提高工业机器人的电源安全性，确定工业机器人位置与运动控制，进行速度监控与调整和加速度感知与预测的问题；

专利文件CN107463156B公开了一种机器人控制系统，该文件主要考虑如何实现高效、灵活的多机器人动态控制的问题，并没有考虑到如何使工业机器人能够更高效地执行各种生产和装配任务，提高生产效率和产品质量，降低生产成本和风险的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工业机器人用控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种工业机器人用控制系统，包括安全保护模块、环境和工作监测模块、电源供应模块、综合控制模块、组合驱动模块和多功能末端执行模块；

安全保护模块用于保护工业机器人、操作人员和周围环境的安全，环境和工作监测模块用于监测工业机器人所处环境的状态和工作状态，电源供应模块用于为工业机器人提供电力供应，综合控制模块用于控制组合驱动模块驱动工业机器人运动，同时协调多功能末端执行模块切换执行方式；

安全保护模块包括紧急停机按钮和安全隔离装置；

紧急停机按钮用于在紧急情况下，操作人员通过按下紧急停机按钮停止工业机器人所有运动；

安全隔离装置包括防护栏、安全光幕和安全地带，防护栏用于分隔操作人员与工业机器人，安全光幕通过投射红外光束形成屏障，当红外光束被遮挡时工业机器人立即停止工作，安全地带通过在工作区域地面埋设导线或设置电磁场形成边界区域，当工业机器人超出工作区域立即停止工作；

环境和工作监测模块包括环境感知子模块和工作过程感知子模块。

优选的，环境感知子模块包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器和气体浓度检测传感器，温度传感器和湿度传感器用于分别监测机器人内部和外部环境的温度和湿度，光照传感器、声音传感器和气体浓度检测传感器用于监测外部环境湿度的光照、噪音以及有毒和有害气体。

优选的，工作过程感知子模块包括视觉传感器一、超声波传感器和磁场传感器，视觉传感器一用于获取机器人工作环境的图像信息，超声波传感器用于测距和避障，磁场传感器用于感知磁场强度和方向。

优选的，电源供应模块包括主电源、电源管理子模块、电池管理子模块、不间断电源子模块和电源监控与保护子模块；

电源管理子模块用于处理来自主电源的输入电源，将其转换为工业机器人所需的电能，电池管理子模块用于监测电池的电量和异常故障，不间断电源子模块用于在主电源失效时为工业机器人提供临时电力供应，电源监控与保护子模块用于对电源模块的电压、电流和温度进行实时监控，并在检测到异常时自动切断电源或关闭电源。

优选的，组合驱动模块包括电动驱动装置、驱动控制器、传动机构和自身状态感知子模块；

电动驱动装置用于为工业机器人提供动力，驱动控制器用于接收来自综合控制模块的指令信号，并将其转换为控制电动驱动装置的驱动信号，传动机构用于将电动驱动装置的旋转运动或直线运动转换为工业机器人所需的复杂运动；

自身状态感知子模块包括位置传感器、速度传感器、加速度传感器和触觉传感器。

优选的，位置传感器用于检测工业机器人在其工作空间中的实时位置；

速度传感器用于测量工业机器人各关节移动部分的移动速度；

加速度传感器用于检测工业机器人各部分的加速度变化；

触觉传感器用于检测工业机器人与外界的接触和相互作用。

优选的，综合控制模块包括控制器、人机交互界面和监控诊断子模块；

控制器用于接收来自环境和工作监测模块、电源供应模块和组合驱动模块的信号，并执行计算和产生指令信号，将指令信号发送给组合驱动模块，同时存储环境和工作监测模块、电源供应模块、组合驱动模块和综合控制模块的信息；

人机交互界面允许用户输入指令、设定参数、监控系统状态和手动控制工业机器人的运动；

监控诊断子模块包括状态监测单元、故障检测逻辑单元、报警单元和数据记录器。

优选的，状态监测单元用于接收来自环境和工作监测模块、电源供应模块和组合驱动模块的信号；

故障检测逻辑单元用于根据状态监测单元提供的数据，结合预设的故障判断逻辑对出现的故障进行识别和诊断；

报警单元用于在检测到故障或异常情况时发出警报；

数据记录器用于记录和存储机器人的运行数据、维护记录和故障信息。

优选的，多功能末端执行模块包括操作子模块、夹持子模块、快速更换子模块、工件检测子模块和自适应子模块；

操作子模块用于执行作业任务，夹持子模块用于抓取和固定工件，快速更换子模块用于实现操作子模块和夹持子模块的快速更换。

优选的，工件检测子模块包括视觉传感器二、姿态传感器、重量传感器和接近传感器，视觉传感器二用于结合3D视觉系统生成工件的三维图像，确定工件位置和外形，姿态传感器用于检测工件的姿态，重量传感器用于测量工件的重量，接近传感器用于检测工件与操作子模块和夹持子模块的接近程度；

自适应子模块用于接收工件检测子模块、环境和工作监测模块和自身状态感知子模块的信息，调整夹持子模块和操作子模块的状态和参数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置有安全保护模块，安全保护模块包括紧急停机按钮和安全隔离装置，安全隔离装置包括防护栏、安全光幕和安全地带，紧急停机按钮提供了在发生突发事件或操作人员处于危险情况下的一种直接且快速的停机方式，确保操作人员和工业机器人的安全，防护栏有效地将操作人员与工业机器人的工作区域分隔开，减少了因误操作或工业机器人失控导致的人员伤害风险，安全光幕通过投射红外光束形成屏障，当红外光束被遮挡时，能立即检测到并停止工业机器人的工作，从而防止了操作人员进入危险区域时可能发生的伤害，同时安全地带通过埋设导线或设置电磁场的方式限制工业机器人的工作边界，当工业机器人超出预设的工作区域时，能够立即停止其工作，防止了工业机器人进入非工作区域可能导致的设备损坏或人员伤害，通过紧急情况下的快速响应、操作人员与工业机器人的物理隔离、非接触式安全光幕防护和设定工作区域边界，这些安全保护措施共同作用，不仅减少了操作人员在工业机器人工作环境中的安全风险，还提高了工业机器人自身的可靠性和使用寿命，减少了因事故导致的停机时间和维修成本，因此可以解决如何在紧急情况下快速响应，实现操作人员与工业机器人的隔离，保护操作人员和工业机器人的安全，从而提高工业机器人用控制系统的整体安全性的问题。

2、本发明通过设置有环境和工作监测模块，环境和工作监测模块包括环境感知子模块和工作过程感知子模块，环境感知子模块包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器和气体浓度检测传感器，集成多种传感器使工业机器人能够实时感知外部环境的变化，从而根据环境参数调整自身的工作状态，增强了工业机器人的环境适应性，气体浓度检测传感器可以实时监测环境中的有毒和有害气体浓度，一旦发现浓度超标，工业机器人可以立即停止工作并发出警报，有效保障了操作人员和操作环境的安全，超声波传感器用于测距和避障，也进一步提升了机器人的安全性能，工作过程感知子模块中的视觉传感器一可以获取工业机器人工作环境的图像信息，实现精确的定位、识别和测量，不仅提高了工业机器人的工作效率，也显著提升了生产精度，减少了因人工操作而产生的误差，集成多种传感器使得机器人具备了更强大的感知和控制能力，能够自主适应环境变化、自动调整工作状态和优化工作流程，提高了工业机器人的智能化水平，使其能够应对更加复杂多变的工作任务，因此可以解决如何提高工业机器人的环境适应性、安全性和智能化水平，减少人为干预，提高工作效率和精度，从而提高工业机器人的性能和应用范围的问题。

3、本发明通过设置有电源监控与保护子模块和自身状态感知子模块，电源监控与保护子模块实时监控电源模块的电压、电流和温度，确保电源供应的稳定性和安全性，当发生电压过高、电流过大或温度过高的情况下，电源监控与保护子模块能够迅速自动切断或关闭电源，防止因电源故障导致的工业机器人损坏或安全事故，位置传感器实时检测工业机器人在其工作空间中的精确位置，为工业机器人的运动控制和导航提供关键信息，速度传感器测量工业机器人各关节移动部分的移动速度，确保工业机器人在操作过程中保持适当的速度，可以避免因速度过快或过慢而导致的错误或事故，加速度传感器检测工业机器人各部分的加速度变化，提供工业机器人运动动态的重要信息，通过分析加速度变化可以预测工业机器人的未来运动趋势，并据此进行及时的调整和控制，以确保工业机器人的稳定性和安全性，触觉传感器检测工业机器人与外界的接触和相互作用，为工业机器人提供实时的触觉反馈，使得工业机器人能够感知外部环境的变化，并据此调整自身的运动和行为，以适应不同的工作环境和任务需求，因此可以解决如何提高工业机器人的电源安全性，确定工业机器人位置与运动控制，进行速度监控与调整和加速度感知与预测的问题。

4、本发明通过设置有多功能末端执行模块，多功能末端执行模块允许工业机器人快速更换不同的操作子模块和夹持子模块，以适应不同的任务和工件，大大减少了更换工具和夹具的时间，提高了生产效率，工件检测子模块中的视觉传感器二、姿态传感器、重量传感器和接近传感器共同为工业机器人提供了关于工件位置、姿态、重量和接近程度的高精度信息，这些信息使得工业机器人能够更准确地定位和抓取工件，从而提高生产质量并减少次品率，由于配备了多功能末端执行模块，工业机器人能够处理各种形状、尺寸和重量的工件，使得工业机器人能够应用于更广泛的生产场景，满足多样化的生产需求，多功能末端执行模块的自适应子模块能够根据检测到的工件和环境信息自动调整夹持子模块和操作子模块的状态和参数，自动化调整减少了人工干预的需要，降低了人为错误的可能性，进一步提高了生产效率和产品质量，因此可以解决如何使工业机器人能够更高效地执行各种生产和装配任务，提高生产效率和产品质量，降低生产成本和风险的问题。

附图说明

图1为本发明的组成结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：一种工业机器人用控制系统，包括安全保护模块、环境和工作监测模块、电源供应模块、综合控制模块、组合驱动模块和多功能末端执行模块；

安全保护模块用于保护工业机器人、操作人员和周围环境的安全，环境和工作监测模块用于监测工业机器人所处环境的状态和工作状态，电源供应模块用于为工业机器人提供电力供应，综合控制模块用于控制组合驱动模块驱动工业机器人运动，同时协调多功能末端执行模块切换执行方式；

安全保护模块包括紧急停机按钮和安全隔离装置；

紧急停机按钮用于在紧急情况下，操作人员通过按下紧急停机按钮停止工业机器人所有运动；

安全隔离装置包括防护栏、安全光幕和安全地带，防护栏用于分隔操作人员与工业机器人，安全光幕通过投射红外光束形成屏障，当红外光束被遮挡时工业机器人立即停止工作，安全地带通过在工作区域地面埋设导线或设置电磁场形成边界区域，当工业机器人超出工作区域立即停止工作。

进一步，紧急停机按钮是安全保护模块的重要组成部分，在紧急情况下，通过操作人员手动按下紧急停机按钮来立即停止工业机器人的所有运动，允许操作人员在发现潜在危险或异常情况时，迅速采取行动，防止事故进一步扩大；

防护栏采用坚固耐用的材料制成，固定在工业机器人的工作区域周围，用于分隔操作人员与工业机器人，以防止操作人员意外进入工业机器人的工作区域；

安全光幕通过投射红外光束形成一道无形的屏障，当红外光束被遮挡时，意味着有人或物体进入了工业机器人的工作区域，此时工业机器人立即停止工作；

安全地带通过在工作区域地面埋设导线或设置电磁场形成的边界区域，当工业机器人超出工作区域时，工业机器人用控制系统会立即检测到并停止工业机器人的运动，可以确保工业机器人在预定的范围内工作，避免超出安全范围造成危险。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：环境和工作监测模块包括环境感知子模块和工作过程感知子模块。

环境感知子模块包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器和气体浓度检测传感器，温度传感器和湿度传感器用于分别监测机器人内部和外部环境的温度和湿度，光照传感器、声音传感器和气体浓度检测传感器用于监测外部环境湿度的光照、噪音以及有毒和有害气体。

进一步，温度传感器用于监测工业机器人内部和外部环境的温度，通过实时监测，确保工业机器人在适宜的温度范围内运行，防止因过热或过冷而导致的性能下降或损坏，湿度传感器用于监测工业机器人内部和外部环境的湿度，湿度过高或过低都可能对工业机器人的电气元件和机械部件造成损害；

光照传感器用于监测外部环境的光照强度，光照强度不仅影响工业机器人的视觉系统，还可能对工业机器人的工作环境产生影响，通过光照传感器，可以确保工业机器人在光照充足或适宜的环境下工作；

声音传感器用于监测外部环境中的噪音水平，过高的噪音会影响工业机器人的正常运行，也会影响操作人员判断工业机器人有无故障，声音传感器可以实时监测噪音水平，为工业机器人用控制系统提供必要的反馈；

气体浓度检测传感器用于监测环境中的有毒和有害气体浓度，有毒和有害气体可能对工业机器人的电气元件和机械部件造成腐蚀或损害，并且对操作人员的健康构成威胁，气体浓度检测传感器可以及时发现并处理有毒和有害气体。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：环境和工作监测模块包括环境感知子模块和工作过程感知子模块。

工作过程感知子模块包括视觉传感器一、超声波传感器和磁场传感器，视觉传感器一用于获取机器人工作环境的图像信息，超声波传感器用于测距和避障，磁场传感器用于感知磁场强度和方向。

进一步，视觉传感器一用于获取工业机器人工作环境的图像信息，视觉传感器一能够捕捉高清晰度的图像数据，通过图像处理算法，实现对目标物体的识别、定位以及跟踪，使得工业机器人能够准确地识别工作场景中的物体，并根据需要调整自身的位置和姿态，从而确保工作的精确性和高效性；

超声波传感器用于测距和避障，超声波传感器通过发射超声波并接收反射回来的声波信号，可以精确地测量工业机器人与周围环境物体之间的距离，当工业机器人接近障碍物时，超声波传感器会发出警报信号，并通过控制系统使工业机器人采取避障措施，从而避免碰撞和损坏；

磁场传感器用于感知磁场强度和方向，磁场传感器能够实时检测工业机器人周围的磁场变化，并据此判断工业机器人与磁性物体之间的距离和相对位置，可以帮助在磁场环境下工作的工业机器人实现精确的导航和定位，确保其在复杂环境中的稳定性和可靠性。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：电源供应模块包括主电源、电源管理子模块、电池管理子模块、不间断电源子模块和电源监控与保护子模块；

电源管理子模块用于处理来自主电源的输入电源，将其转换为工业机器人所需的电能，电池管理子模块用于监测电池的电量和异常故障，不间断电源子模块用于在主电源失效时为工业机器人提供临时电力供应，电源监控与保护子模块用于对电源模块的电压、电流和温度进行实时监控，并在检测到异常时自动切断电源或关闭电源。

进一步，主电源是工业机器人控制系统的主要电力来源，主电源负责为整个工业机器人用控制系统提供稳定可靠的电能，以满足工业机器人的各种电力需求；

电源管理子模块负责处理来自主电源的输入电力，将其转换为工业机器人所需的电能，电源管理子模块采用先进的电力转换技术和算法，确保电力转换的高效性和稳定性，同时，它还可以根据工业机器人的工作负载和电力需求，智能地调节电力输出，以优化能源利用；

电池管理子模块用于监测电池的电量和异常故障，可以实时检测电池的电压、电流和温度参数，并根据这些参数判断电池的电量和使用状态，当电池电量低或出现故障时，电池管理子模块会发出警报信号，并通知综合控制模块；

不间断电源子模块是电源供应模块中的重要组成部分，用于在主电源失效时为工业机器人提供临时电力供应，不间断电源子模块采用高性能的储能元件和先进的电力转换技术，能够在主电源中断时迅速启动，为工业机器人提供稳定可靠的电力保障，有助于确保工业机器人在紧急情况下仍能继续运行，避免因电力中断而导致的生产中断和安全事故；

电源监控与保护子模块负责对电源模块的电压、电流和温度进行实时监控，并在检测到异常时自动切断电源或关闭电源，电源监控与保护子模块能够实时感知电源模块的工作状态，当检测到电压过高、电流过大或温度过高等异常情况时，电源监控与保护子模块会立即切断电源或关闭电源，以避免电源模块受损或引起火灾。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：组合驱动模块包括电动驱动装置、驱动控制器、传动机构和自身状态感知子模块；

电动驱动装置用于为工业机器人提供动力，驱动控制器用于接收来自综合控制模块的指令信号，并将其转换为控制电动驱动装置的驱动信号，传动机构用于将电动驱动装置的旋转运动或直线运动转换为工业机器人所需的复杂运动。

进一步，电动驱动装置为工业机器人提供稳定可靠的动力输出，驱动控制器负责接收来自综合控制模块的指令信号，并将其转换为控制电动驱动装置的驱动信号，驱动控制器能够实现对电动驱动装置的精确控制，可以根据指令信号调整电动驱动装置的输出功率、转速和转向参数，以满足工业机器人的不同运动需求；

传动机构是连接电动驱动装置和工业机器人执行机构的桥梁，传动机构负责将电动驱动装置的旋转运动或直线运动转换为工业机器人所需的复杂运动，传动机构能够实现对工业机器人执行机构的位置、速度和加速度参数的精确控制，有助于提高工业机器人的运动性能和精度。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：自身状态感知子模块包括位置传感器、速度传感器、加速度传感器和触觉传感器。

位置传感器用于检测工业机器人在其工作空间中的实时位置；

速度传感器用于测量工业机器人各关节移动部分的移动速度；

加速度传感器用于检测工业机器人各部分的加速度变化；

触觉传感器用于检测工业机器人与外界的接触和相互作用。

进一步，自身状态感知子模块通过集成位置传感器、速度传感器、加速度传感器和触觉传感器多种传感器，实时监测工业机器人的状态信息，为综合控制系统提供精确的数据支持；

位置传感器用于检测工业机器人在其工作空间中的实时位置，以确保工业机器人位置的准确性，通过实时追踪工业机器人的位置信息，综合控制系统能够精确地指导工业机器人的运动轨迹，确保其在复杂的工作环境中能够高效准确地完成任务；

速度传感器用于测量工业机器人各关节移动部分的移动速度，速度传感器能够实时监测工业机器人的运动状态，并将速度信息反馈给综合控制系统，综合控制系统根据速度信息可以调整工业机器人的运动速度，以满足不同任务的需求，同时，速度传感器还能在工业机器人出现异常运动时发出警报，确保工业机器人的安全运行；

加速度传感器用于检测工业机器人各部分的加速度变化，加速度传感器能够实时监测工业机器人运动过程中的加速度变化，为综合控制系统提供丰富的动态信息，综合控制系统通过分析加速度数据，可以判断工业机器人的运动趋势和受力情况，从而优化工业机器人的运动控制策略，提高工业机器人的运动性能；

触觉传感器用于检测工业机器人与外界的接触和相互作用，触觉传感器能够实时感知工业机器人与工件、夹具等物体的接触状态，为综合控制系统提供重要的反馈信息，通过触觉传感器的应用，综合控制系统可以实时监测工业机器人的操作过程，确保工业机器人与外部环境的安全交互，当工业机器人与外界发生碰撞或接触异常时，触觉传感器能够迅速发出警报，防止工业机器人受到损坏或造成安全事故。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：综合控制模块包括控制器、人机交互界面和监控诊断子模块；

控制器用于接收来自环境和工作监测模块、电源供应模块和组合驱动模块的信号，并执行计算和产生指令信号，将指令信号发送给组合驱动模块，同时存储环境和工作监测模块、电源供应模块、组合驱动模块和综合控制模块的信息；

人机交互界面允许用户输入指令、设定参数、监控系统状态和手动控制工业机器人的运动。

进一步，控制器负责接收来自环境和工作监测模块、电源供应模块以及组合驱动模块的信号，并进行复杂的计算和决策，根据接收到的信号，控制器会产生相应的指令信号，并将这些信号发送给组合驱动模块，以驱动工业机器人执行各种动作；

同时，控制器还具备强大的数据存储能力，能够存储环境和工作监测模块、电源供应模块、组合驱动模块以及综合控制模块的相关信息，便于后续的数据分析、故障排查和系统优化；

人机交互界面是操作人员与工业机器人用控制系统进行交互的桥梁，通过人机交互界面，用户可以输入指令、设定参数、监控系统状态，并手动控制工业机器人的运动。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：监控诊断子模块包括状态监测单元、故障检测逻辑单元、报警单元和数据记录器。

状态监测单元用于接收来自环境和工作监测模块、电源供应模块和组合驱动模块的信号；

故障检测逻辑单元用于根据状态监测单元提供的数据，结合预设的故障判断逻辑对出现的故障进行识别和诊断；

报警单元用于在检测到故障或异常情况时发出警报；

数据记录器用于记录和存储机器人的运行数据、维护记录和故障信息。

进一步，状态监测单元负责实时监测工业机器人的运行状态，包括电源供应、电机温度、关节位置参数，通过状态监测单元实时监测，可以确保工业机器人在正常状态下运行，避免潜在的安全隐患；

故障检测逻辑单元对工业机器人的各种潜在故障进行检测和识别，一旦发现故障，故障检测逻辑单元会立即触发处理机制，减少故障对工业机器人用控制系统的影响；

在检测到故障或异常情况时，报警单元会发出警报信号，提醒操作人员及时采取措施，同时，报警单元将警报信息发送给综合控制模块，以便及时响应和处理；

数据记录器负责记录工业机器人的运行数据和故障信息，通过数据记录器可以全面了解工业机器人的运行状况，为工业机器人用控制系统改进提供依据。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：多功能末端执行模块包括操作子模块、夹持子模块、快速更换子模块、工件检测子模块和自适应子模块；

操作子模块用于执行作业任务，夹持子模块用于抓取和固定工件，快速更换子模块用于实现操作子模块和夹持子模块的快速更换。

进一步，操作子模块根据控制系统发送的指令，工业机器人完成焊接、装配、搬运等多样化的作业任务，确保工业机器人在复杂的工作环境中仍能保持高稳定性和精确性；

夹持子模块负责抓取和固定工件，可以确保作业质量和安全性，夹持子模块根据作业需求，自动调整夹持力度和位置，实现对不同形状、尺寸和材质的工件稳定抓取，同时可避免在抓取和固定过程中对工件造成损伤；

快速更换子模块允许操作子模块和夹持子模块在不需要停机的情况下进行快速更换，以适应不同的作业任务，通过采用标准化的接口和高效的更换机制，快速更换子模块能够显著减少更换时间，提高工业机器人的作业效率。

请参阅图1，本发明提供的一种实施例：工件检测子模块包括视觉传感器二、姿态传感器、重量传感器和接近传感器，视觉传感器二用于结合3D视觉系统生成工件的三维图像，确定工件位置和外形，姿态传感器用于检测工件的姿态，重量传感器用于测量工件的重量，接近传感器用于检测工件与操作子模块和夹持子模块的接近程度；

自适应子模块用于接收工件检测子模块、环境和工作监测模块和自身状态感知子模块的信息，调整夹持子模块和操作子模块的状态和参数。

进一步，视觉传感器二结合3D视觉系统生成工件的三维图像，准确确定工件的位置和外形，为后续的夹持和操作提供精确数据，姿态传感器用于检测工件的姿态，确保工业机器人在夹持和操作时能够准确地适应工件的当前状态，重量传感器实时测量工件的重量，为工业机器人提供必要的力矩和力量调整依据，接近传感器检测工件与操作子模块和夹持子模块的接近程度，防止潜在的碰撞和损坏；

自适应子模块接收来自工件检测子模块、环境和工作监测模块以及自身状态感知子模块的信息，综合分析后，实时调整夹持子模块和操作子模块的状态和参数；

通过集成视觉传感器二、姿态传感器、重量传感器和接近传感器，工业机器人用控制系统能够全面、准确地获取工件的信息，确保夹持和操作的精确性，自适应子模块能够实时调整夹持子模块和操作子模块的状态和参数，以适应不同工件和操作环境的需要，有效防止了工业机器人与工件或环境的潜在碰撞，提高了作业安全性，同时减少了人工干预的需要，提高了作业效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种工业机器人用控制系统，其特征在于，包括安全保护模块、环境和工作监测模块、电源供应模块、综合控制模块、组合驱动模块和多功能末端执行模块；

安全保护模块用于保护工业机器人、操作人员和周围环境的安全，环境和工作监测模块用于监测工业机器人所处环境的状态和工作状态，电源供应模块用于为工业机器人提供电力供应，综合控制模块用于控制组合驱动模块驱动工业机器人运动，同时协调多功能末端执行模块切换执行方式；

安全保护模块包括紧急停机按钮和安全隔离装置；

紧急停机按钮用于在紧急情况下，操作人员通过按下紧急停机按钮停止工业机器人所有运动；

安全隔离装置包括防护栏、安全光幕和安全地带，防护栏用于分隔操作人员与工业机器人，安全光幕通过投射红外光束形成屏障，当红外光束被遮挡时工业机器人立即停止工作，安全地带通过在工作区域地面埋设导线或设置电磁场形成边界区域，当工业机器人超出工作区域立即停止工作；

环境和工作监测模块包括环境感知子模块和工作过程感知子模块。

2.根据权利要求1所述的一种工业机器人用控制系统，其特征在于：环境感知子模块包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、声音传感器和气体浓度检测传感器，温度传感器和湿度传感器用于分别监测机器人内部和外部环境的温度和湿度，光照传感器、声音传感器和气体浓度检测传感器用于监测外部环境湿度的光照、噪音以及有毒和有害气体。

3.根据权利要求1所述的一种工业机器人用控制系统，其特征在于：工作过程感知子模块包括视觉传感器一、超声波传感器和磁场传感器，视觉传感器一用于获取机器人工作环境的图像信息，超声波传感器用于测距和避障，磁场传感器用于感知磁场强度和方向。

4.根据权利要求1所述的一种工业机器人用控制系统，其特征在于：电源供应模块包括主电源、电源管理子模块、电池管理子模块、不间断电源子模块和电源监控与保护子模块；

电源管理子模块用于处理来自主电源的输入电源，将其转换为工业机器人所需的电能，电池管理子模块用于监测电池的电量和异常故障，不间断电源子模块用于在主电源失效时为工业机器人提供临时电力供应，电源监控与保护子模块用于对电源模块的电压、电流和温度进行实时监控，并在检测到异常时自动切断电源或关闭电源。

5.根据权利要求1所述的一种工业机器人用控制系统，其特征在于：组合驱动模块包括电动驱动装置、驱动控制器、传动机构和自身状态感知子模块；

电动驱动装置用于为工业机器人提供动力，驱动控制器用于接收来自综合控制模块的指令信号，并将其转换为控制电动驱动装置的驱动信号，传动机构用于将电动驱动装置的旋转运动或直线运动转换为工业机器人所需的复杂运动；

自身状态感知子模块包括位置传感器、速度传感器、加速度传感器和触觉传感器。

6.根据权利要求5所述的一种工业机器人用控制系统，其特征在于：位置传感器用于检测工业机器人在其工作空间中的实时位置；

速度传感器用于测量工业机器人各关节移动部分的移动速度；

加速度传感器用于检测工业机器人各部分的加速度变化；

触觉传感器用于检测工业机器人与外界的接触和相互作用。

7.根据权利要求1所述的一种工业机器人用控制系统，其特征在于：综合控制模块包括控制器、人机交互界面和监控诊断子模块；

控制器用于接收来自环境和工作监测模块、电源供应模块和组合驱动模块的信号，并执行计算和产生指令信号，将指令信号发送给组合驱动模块，同时存储环境和工作监测模块、电源供应模块、组合驱动模块和综合控制模块的信息；

人机交互界面允许用户输入指令、设定参数、监控系统状态和手动控制工业机器人的运动；

监控诊断子模块包括状态监测单元、故障检测逻辑单元、报警单元和数据记录器。

8.根据权利要求7所述的一种工业机器人用控制系统，其特征在于：状态监测单元用于接收来自环境和工作监测模块、电源供应模块和组合驱动模块的信号；

故障检测逻辑单元用于根据状态监测单元提供的数据，结合预设的故障判断逻辑对出现的故障进行识别和诊断；

报警单元用于在检测到故障或异常情况时发出警报；

数据记录器用于记录和存储机器人的运行数据、维护记录和故障信息。

9.根据权利要求1所述的一种工业机器人用控制系统，其特征在于：多功能末端执行模块包括操作子模块、夹持子模块、快速更换子模块、工件检测子模块和自适应子模块；

操作子模块用于执行作业任务，夹持子模块用于抓取和固定工件，快速更换子模块用于实现操作子模块和夹持子模块的快速更换。

10.根据权利要求9所述的一种工业机器人用控制系统，其特征在于：工件检测子模块包括视觉传感器二、姿态传感器、重量传感器和接近传感器，视觉传感器二用于结合3D视觉系统生成工件的三维图像，确定工件位置和外形，姿态传感器用于检测工件的姿态，重量传感器用于测量工件的重量，接近传感器用于检测工件与操作子模块和夹持子模块的接近程度；

自适应子模块用于接收工件检测子模块、环境和工作监测模块和自身状态感知子模块的信息，调整夹持子模块和操作子模块的状态和参数。