CN205343150U - 机器人系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种机器人系统。该机器人系统包括发出操控指令的控制端、解析所述操控指令以获取PVTA指令的控制模块、根据PVT指令驱动机器人移动的电机以及根据A指令执行动作的机器人；当所述控制模块接收到所述控制端的指令时，所述控制模块根据所述PVT指令对接收的位置点进行PVT插补运算以便控制所述电机驱动所述机器人平稳、快速到达指定位置，然后所述机器人在所述控制模块的控制下根据A指令执行动作。相较于现有技术，本实用新型的机器人系统能够在给定的时间T下以一定的速度V到达指定的位置P并执行相应的动作A，使得机器人的控制更为灵活。

Description

机器人系统

技术领域

本实用新型涉及智能加工领域，尤其涉及一种机器人系统。

背景技术

随着工业4.0的提出，以机器人为主体的智能制造席卷全球。目前，我国绝大多数工厂还属于劳动密集型企业，进入大规模自动化生产尚需时日。同时，我国人口老龄化程度日益加深，企业人力成本大幅上升，使得智能机器人在我国具有广阔的市场前景。

在机器人控制领域内，如何能够让电机按照预期的轨迹平稳安全的运行是决定机器人性能的关键问题；控制器对驱动器脉冲发送的时间间隔控制是保证电机平稳运行的先决条件。为了使机器人能够按照预期的轨迹运行，其运动精度和定位精度能够达到预定的要求，避免由于控制系统、驱动系统以及机器人本体的电气和机械惯性，导致电机的速度突变，产生冲击、震荡、超调或失步等动态误差，造成系统精度降低等问题的出现，国内各大机器人生产企业，通常采取在机器人内部安装美国DALTATAUDataSystem公司的PMAC(ProgramableMultiAxixController)控制器提供的PVT模式以产生光滑而精确的轨迹，即：在当前运动状态的基础上对接受的位置点P、速度V和时间段T进行S形曲线加减速插补运算，计算出下一段的路径。

然而，此种工作模式不能提供方便的端口动作，需要利用传统的继电器等中间电子元件来执行端口动作，从而给用户带来了不便。

鉴于上述问题，有必要提供一种机器人系统，以解决上述问题。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型解决的技术问题是提供一种机器人系统，该机器人系统能够根据PVTA指令在给定的时间T下以一定的速度V到达指定的位置P并执行相应的动作A，使得机器人的控制更为灵活。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种机器人系统，其包括发出操控指令的控制端、解析所述操控指令以获取PVTA指令的控制模块、根据PVT指令驱动机器人移动的电机以及根据A指令执行动作的机器人；当所述控制模块接收到所述控制端的指令时，所述控制模块根据PVT指令对接收的位置点进行PVT插补运算以便控制所述电机驱动所述机器人平稳、快速到达指定位置，所述控制模块控制所述机器人根据A指令执行相应的动作。

进一步地，所述控制模块包括通信接口电路、DSP数字信号处理器、编码器接口电路、电机驱动电路以及向所述机器人收发指令的输入/输出端口，所述DSP数字信号处理器通过所述通信接口电路接收来自所述控制端的操控指令，经所述DSP数字信号处理器内部操作将信号下达给所述电机驱动电路和输入/输出端口。

进一步地，所述机器人具有若干关节和设于每个关节处的编码器，所述编码器通过所述编码器接口电路将所述关节的当前位置反馈给所述控制模块。

进一步地，所述PVT插补运算包括对接收的位置点P、速度V和时间T进行S形曲线加减速的粗插补运算以及将S形曲线划分为n段并计算第n段中相邻两点间的斜率以确定机器人到达每一位置点的速度、并在S形曲线上确定所属速度段的精插补运算。

进一步地，所述A指令为十进制数，所述控制模块经过内部规则运算将所述A指令转换为对应的二进制数，并将得到的二进制数划分为若干字节，每个字节对应一组输入/输出端口。

进一步地，所述字节的高四位的高低电平分别表示低四位的输入/输出是否有效，所述字节的低四位的高低电平表示机器人执行的动作指令或者机器人向所述控制模块反馈的指令。

进一步地，所述控制端为工控机，所述控制端和所述控制模块通过CAN总线进行通信。

进一步地，所述控制端为手机或平板电脑，所述控制端基于通用分组无线服务技术（GPRS）或者WIFI与所述控制模块进行通信。

本实用新型的有益效果是：相较于现有技术，本实用新型的机器人系统能够根据PVTA指令在给定的时间T下以一定的速度V到达指定的位置P并执行相应的动作A，使得机器人的控制更为灵活。

附图说明

图1所示为本实用新型机器人系统的模块示意图。

图2为图1所示控制模块的模块示意图。

图3为SCARA机器人示意图。

图4为Delta机器人示意图。

图5为机器人系统的控制流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本实用新型的实施方式仅仅是示例性的，并且本实用新型并不限于这些实施方式。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，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、物品或者设备不仅包括那些要素，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、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1所示，本实用新型机器人系统包括发出操控指令的控制端10、解析所述操控指令以获取PVTA指令的控制模块20、根据PVT指令驱动机器人移动的电机30以及根据A指令执行动作的机器人40。在本实用新型中，所述PVTA指令用以指示所述机器人40在指定的时间T下，以指定的速度V到达指定的位置P，并执行相应的端口动作A。本实用新型将传统的PVT指令和单独的机器人操控指令A相结合，形成PVTA指令，从而方便了工作人员对所述机器人系统的控制，使得所述机器人系统的控制更为灵活。

请参阅图1与图2所示，所述控制模块20包括通信接口电路25、DSP数字信号处理器21、编码器接口电路22、电机驱动电路23以及向所述机器人40发送指令的输入/输出端口24，所述DSP数字信号处理器21通过所述通信接口电路25接收来自所述控制端10的操控指令，经所述DSP数字信号处理器21内部操作将信号下达给所述电机驱动电路23和输入/输出端口24。所述控制端10可以是工控机，也可以是手机、平板电脑等便携设备。当所述控制端10为工控机时，所述通信接口电路25为CAN接口电路，且所述控制端10和所述控制模块20通过CAN总线进行通信。当所述控制端10为手机或者平板电脑时，所述控制端10基于通用分组无线服务技术（GPRS）或者WIFI与所述控制模块20进行通信。

所述控制模块20对所述操控指令进行解析，以获取相应的PVTA指令，然后根据所述PVTA指令对接收的位置点P进行PVT插补运算，以便通过控制模块20内部的电机驱动电路23控制所述电机30转动并驱使所述机器人40平稳、快速地运动至指定位置P，执行相应的动作A指令。所述PVT插补运算包括对接受的位置点P、速度V和时间T进行S形曲线加减速的粗插补运算以及将S形曲线划分为n段，并对第n段进行的精插补运算。所述精插补运算主要为：计算第n段中相邻两点之间的斜率以确定机器人到达每一位置点的速度，并在S形曲线上确定其所属的速度段。

所述A指令为十进制数，所述控制模块20经过内部规则运算将所述A指令转换为对应的二进制数，并将得到的二进制数划分为若干字节，每个字节对应一组输入/输出端口24。所述字节的高四位的高低电平分别表示低四位的输入/输出是否有效，所述字节的低四位的高低电平表示所述机器人40执行的动作指令或者向所述控制模块20反馈的指令。为了进一步详细说明，举例如下。

假设用户设定的A指令值为N（十进制）。所述控制模块20将N转换为对应的二进制数。在本实施例中，所述控制模块20具有5路输入/输出端口24，其中4路输入/输出端口24可以配置动作。因此，所述A指令具有2个字节。当然，在具体应用中，字节数可以随着输入/输出端口24数目的增加而增加。每个字节具有8位，两个字节共16位。假定可以配置动作的4路输入/输出端口24的端口名称为P1、P2、P3、P4，则其配置过程如下：

Bit	7	6	5	4	3	2	1	0
									定义	MO4	MO3	MO2	MO1	Out4	Out3	Out2	Out1
Bit	15	14	13	12	11	10	9	8
									定义	MI4	MI3	MI2	MI1	In4	In3	In2	In1

其中，低8位代表端口输出设置，高8位代表端口输入设置。

首先分析低8位的设置，其对应上述表格中的低8位。Out1,Out2,Out3,Out4分别为端口P1,P2,P3,P4的输出值。0表示输出低电平，1表示输出高电平；MO1,MO2,MO3,MO4分别代表端口P1,P2,P3,P4的允许输出位。当MO1,MO2,MO3,MO4的值为1时，表示相对应的端口输出有效；其值为0时，表示相对应的端口输出无效。举例说明，假设低八位的值为00110001，先来看MO1～MO4的值，MO1=1表示P1口输出有效，MO2=1表示P2口输出有效，MO3=0表示P3口输出无效，MO4=0表示P4口输出无效；再看Out1～Out4的值，Out1=1表示P1口输出高电平，Out2=0表示P2口输出低电平，由于P3，P4口输出无效，所以Out3和Out4的值无意义。

然后分析高8位的设置，其对应上述表格中的高8位。In1,In2,In3,In4分别为端口P1,P2,P3,P4的输入值。0表示输入低电平，1表示输入高电平；MI1,MI2,MI3,MI4分别代表端口P1,P2,P3,P4的允许输入位。当MI1,MI2,MI3,MI4的值为1时，表示相对应的端口输入有效；其为0时，表示相对应的端口输入无效。假如设置了高八位，控制器会查询端口输入，若该端口输入值满足高八位的值，才能进行端口输出。举例说明，假设N值为1100100000110001，允许输入输出位MI4=1，MI3=1，MO2=1，MO1=1，即P3和P4输入值有效，P1和P2输出值有效。所述控制模块20执行A指令时，将会查询输入端口P3和P4。只有在P3端口输入低电平，P4端口输入高电平（In4In3In2In1=1000）的情况下,才可以进行如下动作：P1口输出高电平，P2口输出低电平（Out4Out3Out2Out1=0001）。

所述机器人40具有若干关节以及设于每个关节处的编码器，所述编码器通过所述编码器接口电路22将所述关节的当前位置反馈给所述控制模块20。在本实施例中，所述机器人40为SCARA机器人（如图3所示）或者Delta机器人（如图4所示）。当然，所述机器人40亦可以为其它可以执行动作指令的机器人，且主要是针对抓取、点胶、点焊等定位精度要求较高的工业机器人。

请参阅图5所示，本实用新型的机器人系统在操作使用时，主要包括如下控制步骤：

S1：控制模块20接受控制端10发出的操控指令；

S2：控制模块20对操控指令进行解析，以获取相应的PVTA指令；

S3：所述控制模块20根据PVT指令对接收的位置点进行PVT插补运算，同时对A指令进行内部规则运算以获取机器人40需要执行的动作指令；

S4：根据S3的运算结果，所述控制模块20通过电机驱动电路23控制所述电机30转动，所述电机30驱使机器人40运动至指定位置并执行相应的动作。

前述控制步骤中，所述PVT插补运算具体包括以下步骤：

对接收的位置P、速度V和时间T进行S形曲线加减速粗插补运算；

将S形曲线划分为n段，对第n段进行精插补运算，通过计算第n段中相邻两点间的斜率来确定机器人40到达每一位置点的速度，并在S形曲线上确定所属的速度段。

相较于现有技术，本实用新型的机器人系统能够在给定的时间T下以一定的速度V到达指定的位置P并执行相应的动作A，从而简化了机器人的控制方法，使得机器人的控制更为灵活。

特别需要指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本实用新型的教导下所作的针对本实用新型的等效变化，仍应包含在本实用新型申请专利范围所主张的范围中。

Claims (8)

1.一种机器人系统，其特征在于：包括发出操控指令的控制端、解析所述操控指令以获取PVTA指令的控制模块、根据PVT指令驱动机器人移动的电机以及根据A指令执行动作的机器人；当所述控制模块接收到所述控制端的指令时，所述控制模块根据PVT指令对接收的位置点进行PVT插补运算以便控制所述电机驱动所述机器人平稳、快速到达指定位置，所述控制模块控制所述机器人根据A指令执行相应的动作。

2.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于：所述控制模块包括通信接口电路、DSP数字信号处理器、编码器接口电路、电机驱动电路以及向所述机器人收发指令的输入/输出端口，所述DSP数字信号处理器通过所述通信接口电路接收来自所述控制端的操控指令，经所述DSP数字信号处理器内部操作将信号下达给所述电机驱动电路和输入/输出端口。

3.如权利要求2所述的机器人系统，其特征在于：所述机器人具有若干关节和设于每个关节处的编码器，所述编码器通过所述编码器接口电路将所述关节的当前位置反馈给所述控制模块。

4.如权利要求1所述的机器人系统，其特征在于：所述PVT插补运算包括对接收的位置点P、速度V和时间T进行S形曲线加减速的粗插补运算以及将S形曲线划分为n段并计算第n段中相邻两点间的斜率以确定机器人到达每一位置点的速度、并在S形曲线上确定所属速度段的精插补运算。

5.如权利要求2所述的机器人系统，其特征在于：所述A指令为十进制数，所述控制模块经过内部规则运算将所述A指令转换为对应的二进制数，并将得到的二进制数划分为若干字节，每个字节对应一组输入/输出端口。

6.如权利要求5所述的机器人系统，其特征在于：所述字节的高四位的高低电平分别表示低四位的输入/输出是否有效，所述字节的低四位的高低电平表示机器人执行的动作指令或者机器人向所述控制模块反馈的指令。

7.如权利要求2所述机器人系统，其特征在于：所述控制端为工控机，所述控制端和所述控制模块通过CAN总线进行通信。

8.如权利要求2所述机器人系统，其特征在于：所述控制端为手机或平板电脑，所述控制端基于通用分组无线服务技术（GPRS）或者WIFI与所述控制模块进行通信。