CN202878317U

CN202878317U - 一种多自由度工业机器人运动控制器

Info

Publication number: CN202878317U
Application number: CN 201220513806
Authority: CN
Inventors: 付庄; 闫维新; 赵言正
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2022-09-29

Abstract

本实用新型提供一种多自由度工业机器人运动控制器，包括手持式控制器、两块端子板、5V供电电源、开关量驱动输出端、驱动器、两组电缆线束、电机、编码器组、开关量输入端、光电开关组，其中手持式控制器、5V供电电源、开关量驱动输出端、驱动器通过电缆线束与端子板相连；手持式控制器还包括CPU、液晶、触摸屏、薄膜开关、USB接口、FPGA、开关信号、电机控制信号和编码器信号，其中液晶、触摸屏、薄膜开关、USB接口和FPGA与CPU相连，开关信号、电机控制信号和编码器信号与FPGA相连。本实用新型可简单、可靠地实现多自由度工业机器人运动控制、示教规划与人机交互的基本功能，成本低、模块化、易维护、使用安全。

Description

一种多自由度工业机器人运动控制器

技术领域

本实用新型涉及一种多自由度工业机器人运动控制器，具体地，涉及一种用于焊接、搬运、装配等工业控制领域的多自由度工业机器人空间轨迹运动控制器，属于机电控制领域。

背景技术

目前，国内外的工业机器人发展非常迅速，其控制系统采用的技术也各不相同，但主要采用有如下几种控制方法:

1运动控制、示教规划与人机交互分离的上下位机控制方法

这种方法采用上下位机的控制技术,上位机负责人机交互,包括键盘和显示,进行参数输入和状态显示,主要把示教与运动控制的命令参数通过通讯总线发送给下位机,通过下位机再控制机器人运动。这种方法是大多数机器人控制系统普遍采用的控制方法，相对比较成熟、可靠。但对于低成本、模块化的机器人应用场合，这种方法所采用的上位机和下位机结构分开安装，因此成本会较高。

2运动控制、示教规划与人机交互分离的多处理器控制方法

这种方法把运动控制、示教规划与人机交互操作等多种功能进一步细化，不同的处理器负责不同的控制功能。这种控制方法虽然是未来高档控制的重要发展方向之一，但目前对于低成本、模块化的机器人应用场合，目前这种方法的成本仍然很高。

如公开号为101045298A的中国专利申请，该专利公开一种多自由度机器人运动规划控制器，其特征在于电源转换模块1的输入端与外部直流电源7连接，电源转换模块1的输出端分别与DSP芯片2、以太网控制器3、以太网连接器4、CAN总线接口芯片6连接，DSP芯片2分别与以太网控制器3、CAN总线接口芯片6连接，以太网控制器3与以太网连接器4连接，CAN总线接口芯片6与CAN总线连接器5连接；多自由度机器人运动规划控制软件集成在DSP芯片2中。但是相对低成本、模块化的机器人应用场合，该专利的成本还是相对较高。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种新型多自由度工业机器人运动控制器。对于低成本、模块化的机器人应用场合，本实用新型可实现多自由度工业机器人的实时控制，安全可靠地完成机器人的运动控制、示教规划与人机交互操作。

为实现上述目的，本实用新型提供一种多自由度工业机器人运动控制器，包括手持式控制器、第一组端子板、第二组端子板、电源、开关量驱动输出端、驱动器、第一组电缆线束、电机、第二组电缆线束、编码器组、开关量输入端和光电开关组，其中所述的手持式控制器、电源、开关量驱动输出端、驱动器通过第一组电缆线束与第一组端子板相连，所述的第一组端子板与第二组端子板通过第二组电缆线束相连，所述的驱动器与电机相连，所述的编码器组、开关量输入端、光电开关组与第二组端子板相连。所述的编码器组、开关量输入端和光电开关组的信号传输到第二组端子板，再通过第二组电缆线束和第一组端子板传输到手持式控制器；所述的手持式控制器的运动控制命令通过第一组电缆线束传输到第一组端子板，再传输到驱动器。

优选地，所述的手持式控制器包括CPU、液晶、触摸屏、薄膜开关、USB接口、FPGA、开关信号、电机控制信号和编码器信号，其中所述的液晶、触摸屏、薄膜开关、USB接口和FPGA与CPU相连，所述的开关信号、电机控制信号和编码器信号与FPGA相连，通过FPGA把开关信号和编码器信号送入CPU，通过CPU把电机控制信号送出到驱动器。

优选地，所述电源为5V供电电源。

本实用新型所述的手持式控制器采用了模块化的设计思想，不但把开关信号、编码器信号的机器人反馈信息传送给了CPU，也把电机的控制信号发送给了驱动器，机器人的控制算法也由手持式控制器的CPU来完成；同时，所述的手持式控制器还有人机交互的各种界面，包括液晶、触摸屏、薄膜开关、USB接口，从而组成了一个集成机器人信息采集、运动控制、状态显示于一体的模块化的控制系统。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：可简单、可靠地实现多自由度工业机器人运动控制、示教规划与人机交互的基本功能，具有成本低、模块化、易维护、使用安全的特点，可满足广大自动化企业焊接、搬运、装配等工业控制领域的普遍应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的电路结构图；

图2为本实用新型的原理图。

图中：1为手持式控制器，2为第一组端子板，3为第二组端子板，4为5V供电电源，5为开关量驱动输出端，6为驱动器，7为第一组电缆线束，8为电机，9为第二组电缆线束，10编码器组，11为开关量输入端，12为光电开关组，13为CPU13，14为液晶，15为触摸屏，16为薄膜开关，17为USB接口，18为FPGA，19为开关信号，20为电机控制信号和21为编码器信号。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实施例包括：手持式控制器1、第一组端子板2、第二组端子板3、5V供电电源4、开关量驱动输出端5、驱动器6、第一组电缆线束7、电机8、第二组电缆线束9、编码器组10、开关量输入端11和光电开关组12，其中所述的手持式控制器1、5V供电电源4、开关量驱动输出端5、驱动器6通过第一组电缆线束7与第一组端子板2相连，5V供电电源4给手持式控制器1、编码器组10、开关量输入端11和光电开关组12供电。所述的第二组端子板3与第一组端子板2通过第二组电缆线束9相连，把编码器组10、开关量输入端11和光电开关组12的信号传输到第二组端子板3，再通过第二组电缆线束9传输到第一组端子板2，再通过第一组电缆线束7传输到手持式控制器1。所述的驱动器6与电机8相连，手持式控制器1的运动控制命令通过第一组电缆线束7传输到第一组端子板2，再传输到驱动器6，从而控制电机旋转。手持式控制器1的开关量控制命令通过电缆线束7传输到端子板2，再传输到开关量驱动输出端5，从而控制一些开关量器件。

如图2所示，手持式控制器1包括CPU13、液晶14、触摸屏15、薄膜开关16、USB接口17、FPGA18、开关信号19、电机控制信号20和编码器信号21。所述的液晶14、触摸屏15、薄膜开关16、USB接口17和FPGA18与CPU13相连，液晶14显示机器人的状态和操作界面，触摸屏15提供触摸操作，薄膜开关16可输入按键信息，USB接口17可与优盘或USB设备相连。所述的开关信号19、电机控制信号20和编码器信号21与FPGA18相连，通过FPGA18把开关信号19和编码器信号21送入CPU13，通过CPU13把电机控制信号20送出到驱动器。可见，所述的手持式控制器1采用了模块化的设计思想，不但把开关信号19、编码器信号21的机器人反馈信息传送给了CPU13，也把电机的控制信号20发送给了驱动器，机器人的控制算法也由手持式控制器1的CPU13来完成；同时，所述的手持式控制器1还有人机交互的各种界面，包括液晶14、触摸屏15、薄膜开关16、USB接口17，从而组成了一个集成机器人信息采集、运动控制、状态显示于一体的模块化的控制系统。

本实施例的工作原理为：

通过FPGA把开关信号和编码器信号送入到CPU，通过CPU计算后，得到多自由度工业机器人各个关节相对于原点的位置角度来作为机器人的位置反馈信号，经过微分运算后进而得到速度、加速度反馈信号。CPU根据示教的轨迹，通过逆运动学计算各个关节的角度和速度，通过CPU送给FPGA，再通过FPGA送给驱动器，从而控制各个关节的电机运动。根据各个关节反馈的位置、速度信息，通过正运动学运算求出机器人的末端轨迹。通过与示教轨迹的比较，动态调整CPU向FPGA发送的位置与速度信息，进而保证机器人的轨迹准确性。

本实施例的具体操作步骤如下：

1.机器人连线；

2.系统上电，启动；

3.原点复位；

4.示教轨迹，保存示教文件。

5.打开示教文件，设置运行参数，执行机器人控制程序。

6.实时显示机器人位置、速度状态，同时执行机器人安全保护程序。

7.机器人暂停或停止。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，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，这并不影响本实用新型的实质内容。

Claims

1.一种多自由度工业机器人运动控制器，其特征在于包括手持式控制器、第一组端子板、第二组端子板、电源、开关量驱动输出端、驱动器、第一组电缆线束、电机、第二组电缆线束、编码器组、开关量输入端和光电开关组；其中：所述的手持式控制器、电源、开关量驱动输出端、驱动器通过第一组电缆线束与第一组端子板相连，所述的第一组端子板与第二组端子板通过第二组电缆线束相连，所述的驱动器与电机相连，所述的编码器组、开关量输入端、光电开关组与第二组端子板相连；所述的编码器组、开关量输入端和光电开关组的信号传输到第二组端子板，再通过第二组电缆线束和第一组端子板传输到手持式控制器；所述的手持式控制器的运动控制命令通过第一组电缆线束传输到第一组端子板，再传输到驱动器。

2.根据权利要求1所述的多自由度工业机器人运动控制器，其特征在于，所述的手持式控制器包括CPU、液晶、触摸屏、薄膜开关、USB接口、FPGA、开关信号、电机控制信号和编码器信号；所述的液晶、触摸屏、薄膜开关、USB接口和FPGA与CPU相连；所述的开关信号、电机控制信号和编码器信号与FPGA相连，通过FPGA把开关信号和编码器信号送入CPU，通过CPU把电机控制信号送出到驱动器。

3.根据权利要求1或2所述的多自由度工业机器人运动控制器，其特征在于，所述电源为5V供电电源。