CN202378054U

CN202378054U - 具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器

Info

Publication number: CN202378054U
Application number: CN2011204155130U
Authority: CN
Inventors: 许有成
Original assignee: LNC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: LNC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2021-10-27

Abstract

本实用新型公开一种具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，一机械手臂，为多自由度的机械手臂，其使用多个伺服马达驱动机械手臂，以进行运动轨迹控制；以及一控制器，具有多核心，所述控制器至少包括：第一核心，嵌入有第一中央处理单元与第二中央处理单元用于同时处理快速响应及复杂的浮点运算；第二核心，嵌入运动控制单元用于负责运动控制命令解码、各个位置伺服马达彼此间的相对运动、加减速轮廓控制，以及嵌入逻辑控制单元用于将控制命令随时载入存储器内储存与执行；所述多核心的控制器能同时执行多工处理，并同时进行时序及运动控制以控制多自由度的机械手臂。

Description

具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器

技术领域

本实用新型涉及一种机械手臂控制器，特别是指一种具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器。

背景技术

近年来为了加速国内工业升级及解决劳力短缺或生产成本过高等问题，政府极力地推行自动化政策，由劳力密集逐渐地走向技术密集。因此自动控制是一个必然的趋势。

机械手臂是工业上常見的自动化设备，机械手臂的控制需要搭配许多传感器、外围电路与多轴马达控制，所以使用现成的微控制器或数字信号处理(Digital Signal Processor，DSP)芯片实现控制器可能无法满足设计所需的资源或效能。

对于改善生产力及品质而言，机械手臂的精密运动控制是重要的。然而，机械手臂为多变量非线性动态系统，其数学模式难以建立。因此，难以设计以模式为基础的控制器，以控制机械手臂系统。

可编程控制器的发展，就是为了因应各种日益复杂的控制需求。不但可取代传统的顺序控制电路，也具备了各种资料运算，模拟输入/输出，PID控制(比例(Proportional)、积分(Integral)、微分(Deviation))及定位控制等功能，已经成为自动控制的主流，更是高极精密加工和弹性制造的最佳控制。

在机械手臂自动化的控制上，需能精确地控制机械手臂的运动轨迹，因此，发展精确的控制技术在机械手臂的运动控制上，变得极为重要。然而机械手臂在运动时，明显地具有非线性耦合的动态特性，其系统的数学模型非常复杂且不易建立，因此本案发明人进而开发一种具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器。

发明内容

本实用新型的目的即在于提供一种具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，其能同时执行多工处理的控制器，在不确定的系统动态和外界干扰下，能有效减少机械手臂运动的控制误差。

本实用新型的次一目的在于提供一种具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，其能执行多自由度的机器手臂系统的座标及关节参数，以同时进行时序控制及运动控制。

可实现上述实用新型目的的具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，包括：

一机械手臂，为多自由度的机械手臂，所述多自由度的机械手臂使用多个伺服马达驱动机械手臂，以进行运动轨迹控制；以及

一控制器，具有多核心，所述多核心的控制器至少包括：

第一核心，所述第一核心嵌入有第一中央处理单元与第二中央处理单元，用于同时处理快速响应及复杂的浮点运算；

第二核心，所述第二核心嵌入运动控制单元及；

所述嵌入运动控制单元用于负责运动控制命令解码、各个位置伺服马达彼此间的相对运动、加减速轮廓控制；

所述嵌入逻辑控制单元用于将控制命令随时载入存储器内储存与执行；

所述多核心的控制器能同时执行多工处理，并同时进行时序及运动控制以控制多自由度的机械手臂。

所述具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器中，所述控制器是一种自动控制器，用于接收来自输入及输出的回授反馈信号和储存的程式程序，以控制程序的操作。

所述的具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器中，所述机械手臂进而受一驱动器控制，所述运动控制单元用于执行运动控制，以及驱动驱动器。

由此，本实用新型所能达到的功效在于，本实用新型可同时执行多工处理的控制器，在不确定的系统状态和外界干扰下，有效减少机械手臂的控制误差；本实用新型亦可执行多自由度的机器手臂系统的坐标及关节参数，以同时进行时序控制及运动控制。

以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本实用新型为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本实用新型的其他目的及优点，将在后续的说明及附图中加以阐述。

附图说明

图1为本实用新型具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器的实施示意图；

图2为所述具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，其控制器的处理示意图；

图3为所述具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器的系统架构示意图。

附图标记说明：

1机械手臂

2控制器

21第一核心

211第一中央处理单元

212第二中央处理单元

22第二核心

221运动控制单元

222逻辑控制单元

3驱动器

4位置控制器

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型所提供的具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，主要包括有：

一机械手臂1，为多自由度的机械手臂1，其使用多个伺服马达驱动机械手臂1，以进行运动轨迹控制；以及一控制器2，具有多核心；所述控制器2与机械手臂1连接，以控制机械手臂1夹取空间中物体至定点，所述控制器2控制的装置进而包括一多轴机械手臂1以执行夹物动作、至少一电荷耦合装置 (charge coupled device，CCD)以撷取物体影像进而判定物体空间座标值，所述控制器2如图2所示，至少包括：

第一核心21，嵌入有第一中央处理单元211与第二中央处理单元212以同时处理快速响应(quick response)及复杂的浮点运算；第一中央处理单元211用于处理非即时控制的程序并产生非即时相关资料进行操作参数的运算，避免流程停滞或流程停止的情况发生，进而加快第二中央处理单元212控制及反应速度；所述第二中央处理单元212为资料运算的核心，负责解析相关运动及即时控制命令，用以处理各类运算命令。

第二核心22，嵌入运动控制单元221负责运动控制命令解码、各个位置伺服马达彼此间的相对运动、加减速轮廓控制，以及嵌入逻辑控制单元222为将控制命令随时载入存储器内储存与执行；运动控制单元221依据第二中央处理单元212所解析的控制命令，进行运动路径规划及运动参数控制；所述逻辑控制单元222为执行第二中央处理单元212解析的控制命令，并依时序控制切换程序输入/输出时序控制，让程序得以流畅的执行；

所述多核心的控制器2能同时执行多工处理，并同时进行时序及运动控制以控制多自由度的机械手臂1。

本发明为精密伺服系统的一控制器2，精密伺服系统多应用于多轴运动控制系统，如工业机器人、工具机、电子零件组装系统、PCB自动外挂程序机、PCB钻孔机等。

工作物件的位置控制可通过平台的移动来达成，平台位置的侦测有两种方式，一种是通过伺服马达本身所安装的光电编码器，由于是以间接的方式反馈工作物件的位置达到位置控制的目的，因此也称之为间接位置控制。另一种方式是直接将位置控制器4安装在平台上，如光学尺、雷射位置感测计等等，直接反馈工作物件的位置，再通过闭回路控制达到位置控制的目的，称之为直接位置控制。

如图3所示，本发明能应用于一个伺服系统，其构成通常包含机械手臂1、驱动器3、传感器、控制器2等几个部分。所述机械手臂1进而受一驱动器3控制，所述运动控制单元221用来执行运动控制命令，以作为驱动器3运动控制命令的输入，所述驱动器3的功能在于主要提供机械手臂1的动力，可能以气压、油压、或是电力驱动的方式呈现，目前伺服系统采用电力驱动方式，驱动器3能接收运动控制单元221的运动控制命令以带动伺服马达(servo motor)，其伺服马达内含位置反馈装置，如光电编码器或是解角器(resolver)。

所述机械手臂1的控制器2与伺服马达连接，其控制器2通常包含速度控制器与扭矩控制器，伺服马达通常提供数字式的速度反馈信号或光电编码器反馈信号，经由外回路的数字控制命令，可直接控制伺服马达的转速或扭矩。伺服马达进而连接运动控制单元221并受控制驱动，运动控制单元221通常必须再加上一个位置控制器4，才能完成伺服马达的位置控制。

控制器2的功能在于提供整个伺服系统的闭环控制，如处理快速响应、处理复杂的浮点运算、加减速轮廓控制、将控制命令随时载入存储器内储存与执行、扭矩控制、速度控制、与位置控制等。

本发明的机械手臂1控制器2是一个多轴运动控制系统，为由高阶的运动控制单元221与低阶的逻辑控制单元222所构成，运动控制单元221负责运动控制命令解码、各个伺服马达彼此间的相对运动、加减速轮廓控制，其主要关键在于降低整体系统运动控制的路径误差；逻辑控制单元222负责伺服马达的位置控制，主要关键在于降低伺服轴的追随误差。一个多自由度的机械手臂1在一般的情况下X轴与Y轴的动态响应特性会有相当大的差异，在高速轮廓控制(contouring control)时，会造成显著的误差，本发明的控制器2能以整体考量解决此一问题。

综上所述，本实用新型公开一种具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，本实用新型可同时执行多工处理的控制器，在不确定的系统状态和外界干扰下，有效减少机械手臂的控制误差；本实用新型亦可执行多自由度的机器手臂系统的坐标及关节参数，以同时进行时序控制及运动控制。

但是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限制本实用新型实施的范围。故凡依照本实用新型申请范围所述的特征和精神所为的同等变化或修饰，均应包括与本实用用新型的申请专利范围内。

Claims

1.一种具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，其特征在于，包括：

一控制器，具有多核心，所述多核心的控制器至少包括：

第一核心，所述第一核心嵌入有第一中央处理单元与第二中央处理单元，用于同时处理快速响应及浮点运算；

第二核心，所述第二核心嵌入运动控制单元及嵌入逻辑控制单元；

2.如权利要求1所述的具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，其特征在于，所述控制器是一种自动控制器，用于接收来自输入及输出的回授反馈信号和储存的程序，以控制程序的操作。

3.如权利要求1所述的具运动控制、逻辑控制核心的机械手臂控制器，其特征在于，所述机械手臂进而受一驱动器控制，所述运动控制单元用于执行运动控制，以及驱动驱动器。