CN215471137U - 一种协作机器人的控制柜系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种协作机器人的控制柜系统，其中，包括：安装板、主控制模块、从站模块和接口模块；所有模块均安装在安装板上，接口模块至少包括第一电源接口、第二电源接口和本体接口；第一电源接口分别与主控制模块和从站模块电连接，接收控制供电信号并供给主控制模块与从站模块；第二电源接口与本体接口电连接，本体接口与协作机器人的机械臂电连接，第二电源接口接收动力供电信号并通过本体接口供给协作机器人的机械臂；主控制模块与从站模块通讯连接，从站模块与本体接口通讯连接，主控制模块用于控制机械臂运动，以实现控制柜系统针对不同类型和不同功率等级的机械臂具有较好的通用性、可装配性与可维护性，并具有较低的成本。

Description

一种协作机器人的控制柜系统

技术领域

本实用新型实施例涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种协作机器人的控制柜系统。

背景技术

协作机器人应用领域越来越广，得益于其完善的安全功能、快速安装部署、丰富的用户接口以及较低的生产成本，协作机器人控制柜作为机器人的控制“大脑”，控制柜的好坏会直接影响协作机器人的功能、性能、成本及用户体验。

目前现有协作机器人的控制柜直流供电和交流供电不能兼容，且用户接口有限，一款控制柜只能配置一种型号协作机器人的机械臂，具有通用性差的问题，需要额外增加模块才能满足用户的需求，如此将导致控制柜尺寸大、重量重，不能适应狭小空间的布置，使得可装配性与可维护性较差且增加软、硬件开发成本。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种协作机器人的控制柜系统，以解决现有技术中的控制柜通用性差、可装配性与可维护性差以及成本高的技术问题。

本实用新型实施例提供了一种协作机器人的控制柜系统，其中，包括：安装板、主控制模块、从站模块和接口模块；所述主控制模块、所述从站模块和所述接口模块均安装在所述安装板上；

所述接口模块至少包括第一电源接口、第二电源接口和本体接口；

所述第一电源接口作为所述控制柜系统的控制电输入接口，分别与所述主控制模块和所述从站模块电连接，用于接收控制供电信号并供给所述主控制模块与所述从站模块；所述第二电源接口作为所述控制柜系统的动力电输入接口，与所述本体接口电连接，所述本体接口与协作机器人的机械臂电连接，所述第二电源接口用于接收动力供电信号并通过所述本体接口供给所述协作机器人的机械臂；

所述主控制模块与所述从站模块通讯连接，所述从站模块与所述本体接口通讯连接，所述主控制模块用于控制所述协作机器人的机械臂运动。

在本实用新型实施例中，通过将控制柜系统中各个模块集中安装在安装板上，并通过接口模块实现与外部各种设备的连接，其中，第一电源接口为控制柜系统中的主控制模块和从站模块进行供电，第二电源接口为控制柜系统提供动力电，并通过本体接口为机械臂供电，主控制模块与从站模块之间通讯连接，从站模块与本体接口之间通讯连接，如此主控制模块通过通讯线路下发指令给从站模块，从站模块根据接收到的控制指令输出相应的控制信号，并发送给本体接口，来控制机械臂运动，以实现控制柜系统针对不同类型和不同功率等级的机械臂具有较好的通用性，以及较好的可装配性与可维护性，同时具较低的成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的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为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的控制柜系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种协作机器人的控制柜系统的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的控制柜中预充电模块的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的又一种协作机器人的控制柜系统的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的又一种协作机器人的控制柜系统的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的控制柜系统的实际结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的控制柜系统的实际接口模块的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本实用新型实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本实用新型的技术方案。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本实用新型的保护范围之内。

图1为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的控制柜系统的结构示意图，如图1所示，该控制柜系统包括：安装板1、主控制模块2、从站模块3和接口模块4；主控制模块2、从站模块3和接口模块4均安装在安装板1上；接口模块4至少包括第一电源接口41、第二电源接口42和本体接口43；第一电源接口41作为控制柜系统的控制电输入接口，分别与主控制模块2和从站模块3电连接，用于接收控制供电信号并供给主控制模块2与从站模块3；第二电源接口42作为控制柜系统的动力电输入接口，与本体接口43电连接，本体接口43与协作机器人的机械臂5电连接，第二电源接口42用于接收动力供电信号并通过本体接口43供给协作机器人的机械臂；主控制模块2与从站模块3通讯连接，从站模块3与本体接口43通讯连接，主控制模块2用于控制协作机器人的机械臂5运动。

其中，主控制模块2作为控制柜系统中的主要控制结构，用于控制协作机器人的机械臂5运动，其所基于的内部实现方式，本实施例对此不做特殊限定。

从站模块3用于根据主控制模块2发出的控制指令，做出相应的响应，例如从站模块是PLC控制器，内部集成I/O模块，可以接收主控制模块2发出的控制指令，并输出相应的控制信号。示例性的，主控制模块2下发预充电指令，从站模块3根据接收到的预充电指令，输出预充电信号，如此，预充电模块根据接收到的预充电信号对协作机器人的机械臂5进行预充电。

接口模块4包含控制柜系统的全部的输入或输出接口，外部设备通过与接口模块4中的各个接口连接，从而实现与控制柜系统之间的数据信号或电信号的传输。

第一电源接口41作为控制柜系统的控制电输入接口，外部电源通过此接口对控制柜系统中各模块进行供电，其供电电压一般为24V，也可以为其他控制电电压值，本实用新型实时例对此不做特殊限定。

第二电源接口42作为控制柜系统的动力电输入接口，为协作机器人的机械臂5供电，可以接收不同等级的电压输入值，根据协作机器人的机械臂5的类型和输入电压等级的不同，第二电源接口42所连接的外部电源也不同，本实施例对此不做特殊限定，例如可以是电池供电，也可以是开关电源供电，如此，可满足控制柜系统直流供电或者交流供电的各种不同场合的应用。

本体接口43用于与协作机器人的机械臂电连接，本体接口43可实现与机械臂之间进行数据信号和/或电信号的传输。

具体的，协作机器人控制柜系统作为机器人的控制“大脑”，可以实现控制协作机器人的机械臂5运动，控制柜系统中各个模块集中安装在安装板上，并通过接口模块4实现与外部各种设备的连接，外部电源通过第一电源接口41为控制柜系统中的主控制模块2和从站模块3进行供电，同时，根据协作机器人的机械臂5的功率和型号的不同，外部电源通过第二电源接口42为控制柜系统提供动力电，并通过本体接口43为机械臂5供电，主控制模块2与从站模块3之间通讯连接，从站模块3与本体接口43之间通讯连接，如此实现主控制模块2对机械臂5的控制。示例性的，协作机器人的机械臂的功率为3kW，其动力电输入电压为直流48V，如此采用电池或开关电源与第二电源接口电连接，并通过本体接口43为机械臂5供电，控制柜系统中主控制模块2和从站模块3的控制电电压为24V，如此采用外部电源通过第一电源接口41为主控制模块2和从站模块3提供24V电源，进一步的，主控制模块2通过通讯线路下发指令给从站模块，从站模块3根据接收到的控制指令输出相应的控制信号，并发送给本体接口43，进而实现控制机械臂5运动。

需要说明的是，主控制模块2与从站模块3之间的通讯方式，以及从站模块3与本体接口43之间的通讯方式，本使用新型实施例对此不做特殊限定，根据从站模块中设置的通讯收发模块的不同，其采用的通讯方式也不同，例如可以采用EtherCAT的通讯连接方式。

在本实用新型实施例中，通过将控制柜系统中各个模块集中安装在安装板上，并通过接口模块实现与外部各种设备的连接，其中，第一电源接口为控制柜系统中的主控制模块和从站模块进行供电，第二电源接口为控制柜系统提供动力电，并通过本体接口为机械臂供电，主控制模块与从站模块之间通讯连接，从站模块与本体接口之间通讯连接，如此主控制模块通过通讯线路下发指令给从站模块，从站模块根据接收到的控制指令输出相应的控制信号，并发送给本体接口，来控制机械臂运动，以实现控制柜系统针对不同类型和不同功率等级的机械臂具有较好的通用性，以及较好的可装配性与可维护性，同时具较低的成本。

可选的，第二电源接口42的最大输入直流电压为220V。

具体的，第二电源接口42作为控制柜系统的动力电输入接口，根据协作机器人的机械臂5的类型和功率等级的不同，其输入电压大小也不同，最大输入直流电压为220V，可满足目前市场上的各类场合应用的不同类型的机械臂，通用性强。

图2为本实用新型实施例提供的另一种协作机器人的控制柜系统的结构示意图，如图2所示，可选的，协作机器人的控制柜系统还包括熔断器5和预充电模块6；第二电源接口42通过熔断器5与预充电模块6的第一输入端X1电连接；从站模块3还与预充电模块6的第二输入端X2电连接，用于向预充电模块6发送预充电信号；预充电模块6的第一输出端Y1与本体接口43电连接，用于在接收到预充电信号时，将动力供电信号通过本体接口43供给协作机器人的机械臂5进行预充电。

其中，熔断器5是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电流保护器，具体类型本实用新型实施例不做特殊限定，例如可以是快速熔断器。

具体的，机械臂5中的驱动器电源端存在大容量电容，如果没有预充电电路的话，在对机械臂5进行上电瞬间将会产生一个很大的冲击电流，进而导致冲击电流烧坏驱动器，如此，先通过预充电模块6对机械臂进行预充电，保证机械臂内部的电容器件不会产生冲击电流烧坏其他器件。同时，为了进一步保证动力电供电回路中的供电电流不会太大而烧坏设备，还在第二电源接口42与预充电模块6之间设置熔断器5，当回路中的电流超过熔断器5的规定值时，熔断器5将以本身产生的热量使熔体熔断，断开供电路径，保护设备不被损坏。

图3为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的控制柜中预充电模块的结构示意图，如图3所示，可选的，预充电模块6包括：第一开关61、第二开关62和电阻63；电阻63的第一端通过第一开关61与预充电模块6的第一输入端X1电连接，电阻63的第二端与预充电模块6的第一输出端Y1电连接；第一开关61的控制端C1与预充电模块6的第二输入端X2电连接，用于在接收到预充电信号时导通；第二开关62并联于电阻63两端，第二开关62的控制端C2与预充电模块6的第二输入端X2电连接，用于在预充电信号的控制下切换通断状态。

其中，电阻63为充电电阻，起到限流的作用，其电阻63的阻值大小本实用新型实施例不做特殊限定，可根据充电时间要求等进行选择设置。

具体的，主控制模块2发送预充电指令从站模块3，从站模块3根据接收到的预充电指令输出预充电信号，并发送给第一开关61的控制端，如此，第一开关导通，外部电源通过第二电源接口42提供动力电，并依次通过预充电模块6中的第一开关、熔断器和电阻为机械臂5进行充电，当充电完成后，从站模块3控制第二开关62导通，将电阻63短接，对机械臂5进行正常供电。

可选的，第一开关61和第二开关62均包括继电器，采用继电器控制预充模块6对机械臂5中的电容元件进行充电，具有体积小、成本低且灵敏度高等优点。

可选的，继续参考图3所示，第二开关62为延时继电器，延时继电器的供电端E与第一电源接口41电连接，延时继电器用于在接收到预充电信号时开始计时，并在达到预设时长后导通。

其中，预设时长为延时继电器的设定值，操作人员可根据实际预充电过程中的充电长设定延时继电器的时长，本实用新型实施例对此不做特殊限定，例如预设时长为1s。

示例性的，动力电输入电压为48V，第一开关61为普通继电器，第二开关62为延时继电器，设定延时继电器的预设时长为1s，从站模块3发送高电平预充电信号给普通继电器，普通继电器闭合开始对机械臂5进行预充电，同时，预充电信号给到延时继电器，延时继电器开始计时，当计时时间达到预设时长后，延时继电器中的线圈得电，即与第一电源接口61的供电路径导通，进而控制延时继电器闭合，将电阻63短接，如此，48V动力电直接通过本体接口43为机械臂供电，预充电过程结束。

本实施例中，采用延时继电器实现预充电过程，控制结构简单且易操作，用户可根据不同类型的机械臂中的驱动器电容的大小，设置不同的预设时长，保证在延时时长内完成对电容元件的充电，保证控制系统的稳定性和可靠性。

图4为本实用新型实施例提供的又一种协作机器人的控制柜系统的结构示意图，如图4所示，可选的，协作机器人的控制柜系统还包括制动模块7；制动模块7与预充电模块6的第一输出端Y1电连接，用于吸收协作机器人的机械臂5产生的制动能量。

具体的，在机械臂5运动的过程中，由常速运动状态减速到停止状态称为制动，在过程中，机械臂5将会长生制动能量，回馈至电源输入端，为了避免这部分能量反馈到电源端，对动力电电压产生冲击，如此在预充电模块6的第一输出端Y1连接制动模块7，使其与机械臂5形成并联关系，在机械臂5发生制动时，及时吸收制动能量，保证动力电电压的稳定，提高控制柜系统的稳定性和可靠性。

继续参考图4所示，可选的，协作机器人的控制柜系统还包括风扇8，风扇8与第一电源接口41电连接。

其中，风扇8与第一电源接口41电连接，通过外部电源供电，保证控制柜系统在运行工作过程中，风扇也工作，用于对控制柜系统的散热，需要说明的是，风扇8的数量可以为1个或多个，本实用新型实施例对此不做限定，可根据实际情况设置。

图5为本实用新型实施例提供的又一种协作机器人的控制柜系统的结构示意图，如图5所示，可选的，接口模块4至少还包括视频图形阵列接口44、数字输入接口45、数字输出接口46、安全输入接口47、安全输出接口48、串行通信接口49、通用串行总线接口491以及以太网通讯接口492；接口模块4中的各接口与主控制模块2上的接口一一对应设置并连接，且接口模块4中的各接口与从站模块3上的接口一一对应设置并连接。

其中，视频图形阵列接口44(即Video Graphics Array，VGA接口)用于连接显示设备，或者搭配串行通信接口连接协作机器人的示教器，本实用新型实施例对此不做限定，用户可以灵活应用。

数字输入接口45用于输入数字信号，信号输入类型本实用新型实施例不做限定，例如是PNP型，信号输入接口的个数本实用新型实施例也不做特殊限定，例如可以是8路，一部分接口为普通数字输入接口，其余部分接口为可配置数字输入接口。

数字输出接口46用于输出数字信号，信号输出类型本实用新型实施例不做限定，例如是PNP型，信号输出接口的个数本实用新型实施例也不做特殊限定，例如可以是8路，一部分接口为普通数字输出接口，其余部分接口为可配置数字输出接口。

安全输入接口47用于连接安全设备，可以包括防护性停止、紧急停止及其他用户可配置安全输入信号接口，本实用新型实施例对此不做限定，便于用于连接不同的安全设备。

安全输出接口48可以包括紧急停止反馈输出及其他可配置安全输出接口，可以通过继电器转接成干接点信号，便于用户接线。

串行通信接口49是指采用串行通信方式的扩展接口，具体类型本实用新型实施例不做特殊限定，例如可以是RS232、RS422或RS485等。

通用串行总线接口491(即USB接口)主要用于连接外部设备，例如键盘、鼠标或者U盘等，其接口种类很多，本实用新型实施例对此不做特殊限定，通用串行总线接口数量也可以为1个或多个。

以太网通讯接口492用于为用户提供多种类型的现场总线及以太网通讯接口，可以支持Ethercat、Profinet、MODBUS TCP、TCP或IP等协议，本实用新型实施例对此不做特殊限定。

具体的，将主控制模块2中的接口通过线束引出至接口模块4上，一一对应设置并连接，同时，将从站模块3中的接口通过线束引出至接口模块4上，一一对应设置并连接，如此，便于用户与控制柜系统内部模块的各个接口进行连接，进而进行控制机械臂5的运动，并观测各个控制信号的状态，保证协作机器人的控制柜系统的稳定运行。

继续参考图5所示，可选的，协作机器人的控制柜系统还包括底板9，安装板1固定在底板9上，底板9设置于协作机器人的控制柜系统的底部。

具体的，上述实施例中的各个模块的电气件均安装在安装板1上，待各个模块的电气件安装好后，将整个安装板8放置在控制柜系统的底板9上，并通过螺钉进行固定，如此，保证控制柜系统中所有电气件都可见且方便拆卸更换，具有较好的维护性。

以一个具体示例说明，图6为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的控制柜系统的实际结构示意图，图7为本实用新型实施例提供的一种协作机器人的控制柜系统的实际接口模块的示意图，结合图6和图7所示，将控制柜系统中各个模块和电气件集中安装在安装板上，并与底板固定在一起，主控制器即为上述实施例中的主控制模块，用于通过从站模块来控制机械臂的运动；制动单元即为上述实施例中的制动模块，用于吸收机械臂的制动能量；继电器和预充电模块实现对机械臂中的电容元件进行预充电，避免冲击电流烧坏器件；熔断器保护供电线路，避免出现过流而烧坏设备；用户接口实现与外部各种设备的连接，其中，24V输入接口为控制柜系统中的主控制器、从站模块和风扇进行供电，动力电输入接口为控制柜系统提供动力电，并通过本体接口为机械臂供电，用户接口还包括VGA、数字输入DI接口、数字输出DO接口、安全输入SDI接口、安全输出SDO接口、RJ45以太网接口等，如此保证控制系统具有较好的可装备性、可维护性以及较强的通用性，同时具有较低的成本。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里的特定实施例，本实用新型的各个实施方式的特征可以部分地或者全部地彼此耦合或组合，并且可以以各种方式彼此协作并在技术上被驱动。对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种协作机器人的控制柜系统，其特征在于，包括：安装板、主控制模块、从站模块和接口模块；所述主控制模块、所述从站模块和所述接口模块均安装在所述安装板上；

所述接口模块至少包括第一电源接口、第二电源接口和本体接口；

所述第一电源接口作为所述控制柜系统的控制电输入接口，分别与所述主控制模块和所述从站模块电连接，用于接收控制供电信号并供给所述主控制模块与所述从站模块；所述第二电源接口作为所述控制柜系统的动力电输入接口，与所述本体接口电连接，所述本体接口与协作机器人的机械臂电连接，所述第二电源接口用于接收动力供电信号并通过所述本体接口供给所述协作机器人的机械臂；

所述主控制模块与所述从站模块通讯连接，所述从站模块与所述本体接口通讯连接，所述主控制模块用于控制所述协作机器人的机械臂运动。

2.根据权利要求1所述的协作机器人的控制柜系统，其特征在于，所述协作机器人的控制柜系统还包括熔断器和预充电模块；

所述第二电源接口通过所述熔断器与所述预充电模块的第一输入端电连接；

所述从站模块还与所述预充电模块的第二输入端电连接，用于向所述预充电模块发送预充电信号；

所述预充电模块的第一输出端与所述本体接口电连接，用于在接收到所述预充电信号时，将所述动力供电信号通过所述本体接口供给所述协作机器人的机械臂进行预充电。

3.根据权利要求2所述的协作机器人的控制柜系统，其特征在于，所述预充电模块包括：第一开关、第二开关和电阻；

所述电阻的第一端通过所述第一开关与所述预充电模块的第一输入端电连接，所述电阻的第二端与所述预充电模块的第一输出端电连接；

所述第一开关的控制端与所述预充电模块的第二输入端电连接，用于在接收到所述预充电信号时导通；

所述第二开关并联于所述电阻两端，所述第二开关的控制端与所述预充电模块的第二输入端电连接，用于在所述预充电信号的控制下切换通断状态。

4.根据权利要求3所述的协作机器人的控制柜系统，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关均包括继电器。

5.根据权利要求4所述的协作机器人的控制柜系统，其特征在于，所述第二开关为延时继电器，所述延时继电器的供电端与所述第一电源接口电连接，

所述延时继电器用于在接收到所述预充电信号时开始计时，并在达到预设时长后导通。

6.根据权利要求2所述的协作机器人的控制柜系统，其特征在于，所述协作机器人的控制柜系统还包括制动模块；

所述制动模块与所述预充电模块的第一输出端电连接，用于吸收所述协作机器人的机械臂产生的制动能量。

7.根据权利要求1所述的协作机器人的控制柜系统，其特征在于，所述协作机器人的控制柜系统还包括风扇，所述风扇与所述第一电源接口电连接。

8.根据权利要求1所述的协作机器人的控制柜系统，其特征在于，所述接口模块至少还包括视频图形阵列接口、数字输入接口、数字输出接口、安全输入接口、安全输出接口、串行通信接口、通用串行总线接口以及以太网通讯接口；

所述接口模块中的各接口与所述主控制模块上的接口一一对应设置并连接，且所述接口模块中的各接口与所述从站模块上的接口一一对应设置并连接。

9.根据权利要求1所述的协作机器人的控制柜系统，其特征在于，所述第二电源接口的最大输入直流电压为220V。

10.根据权利要求1所述的协作机器人的控制柜系统，其特征在于，所述协作机器人的控制柜系统还包括底板，所述安装板固定在所述底板上，所述底板设置于所述协作机器人的控制柜系统的底部。

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