一种悬挂吊顶关节式的工业机器人及其控制系统的制作方法

本实用新型属于机器人技术改进领域，尤其涉及一种悬挂吊顶关节式的工业机器人及其控制系统。

背景技术：

SCARA(Selectively Compliance Assembly Robot Arm)倒装型机器人，中文译名为：选择顺应性装配机器人手臂, 是具有四个自由度的工业机器人，它有三个轴线平行的旋转关节，在一个平面内运动，还有一个移动关节，完成垂直运动。

SCARA型机器人是一种按圆柱坐标运动和定位的特殊类型的工业机器人，具有结构简单、体积小、质量轻、动作迅速、刚性好、成本低、定位精度高以及安装空间小。由于其水平运动方向上柔性好，而垂直运动方向刚度高，被广泛应用于装配作业。3C行业主要使用的是SCARA和低负载的铰接式机器人。

然而，目前使用的SCARA机器人主要是直立正装SCARA机器人，由于其具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。相比于直立正装SCARA机器人，悬挂吊顶关节式SCARA机器人因能实现工作空间内360°回转，其工作范围远大于直立正装型SCARA机器人。

无论是进口或是国产SCARA商业机器人，其机器人控制器都是封闭的，即各个机器人厂家的控制器都是基于不同的控制软件和硬件接口，对于应用企业来说，这种封闭的机器人控制器的功能不能被扩展和改进，存在系统兼容性差、维护困难、人机界面不灵活等诸多问题，难以满足现代装配制造业的高级应用需求。

机器人配置机器视觉系统，实现视觉伺服是3C装配行业的一个主流发展趋势。然而，目前的商业机器人控制器的这种封闭性，不得不另外配置视觉处理系统，导致系统成本增加、可靠性降低，而且设备体积庞大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种控制系统，旨在解决上述的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种控制系统，该控制系统包括实时控制装置、驱动装置及动力装置，所述实时控制装置连接所述驱动装置双向通信，所述驱动装置的输出端连接所述动力装置的控制端；

所述实时控制装置，用于输出控制信号给驱动装置，并且计算、分析机器人的移动位置，完成人机交互信息的设置输入；

所述驱动装置，用于接收实时控制装置传输的信号并执行信号指令驱动动力装置；

所述动力装置，用于完成驱动装置输出的指令信号动作。

本实用新型的进一步技术方案是：该控制系统还包括附加伺服轴，所述伺服轴通过EtherCAT总线连接所述实时控制装置。

本实用新型的进一步技术方案是：所述实时控制装置通过EtherCAT总线连接所述驱动装置。

本实用新型的进一步技术方案是：所述驱动装置通过EtherCAT总线连接所述动力装置。

本实用新型的进一步技术方案是：所述驱动装置包括四个驱动单元，每个所述驱动单元采用一个伺服驱动器。

本实用新型的进一步技术方案是：所述动力装置包括四个动力单元，每个所述动力单元采用一个伺服电机，每个所述伺服电机通过EtherCAT总线连接所述伺服驱动器。

本实用新型的进一步技术方案是：所述实时控制装置采用通用工业控制计算机。

本实用新型的另一目的在于提供一种悬挂吊顶关节式的工业机器人，该工业机器人包括控制系统及倒装机器人，所述控制系统通讯连接所述倒装机器人。

本实用新型的有益效果是：机器人控制系统可以方便地实现机器人集成机器视觉实现基于机器视觉的机器人控制，以进一步实现机器人的高速高精度控制，甚至开发一些基于机器视觉防撞功能。由于省去了机器人控制器硬件，因此本发明也极大地降低了机器人成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的控制系统的结构框图。

图2是本实用新型实施例提供的悬挂吊顶关节式的（SCARA）工业机器人结构示意图。

具体实施方式

附图标记：1-第一关节 2-第二关节 3-第三和四关节 4-标配相机

图1、2示出了本实用新型提供的一种控制系统，该控制系统包括实时控制装置、驱动装置及动力装置，所述实时控制装置连接所述驱动装置双向通信，所述驱动装置的输出端连接所述动力装置的控制端；

所述实时控制装置，用于输出控制信号给驱动装置，并且计算、分析机器人的移动位置，完成人机交互信息的设置输入；

所述驱动装置，用于接收实时控制装置传输的信号并执行信号指令驱动动力装置；

所述动力装置，用于完成驱动装置输出的指令信号动作。

该控制系统还包括附加伺服轴，所述伺服轴通过EtherCAT总线连接所述实时控制装置。

所述实时控制装置通过EtherCAT总线连接所述驱动装置。

所述驱动装置通过EtherCAT总线连接所述动力装置。

所述驱动装置包括四个驱动单元，每个所述驱动单元采用一个伺服驱动器。

所述动力装置包括四个动力单元，每个所述动力单元采用一个伺服电机，每个所述伺服电机通过EtherCAT总线连接所述伺服驱动器。

所述实时控制装置采用通用工业控制计算机。

本实用新型的另一目的在于提供一种悬挂吊顶关节式的工业机器人，该工业机器人包括控制系统及倒装机器人，所述控制系统通讯连接所述倒装机器人。

一种悬挂吊顶关节式（SCARA）的工业机器人及其控制系统。该工业机器人的控制系统由4套支持EtherCAT总线的伺服电机及驱动器和通用工业控制计算机构成，伺服驱动器通过EtherCAT总线与工业控制计算机直接连接，工业控制计算机安装有基于PC的实时运动控制软件和Windows操作系统，基于PC的实时运动控制软件用于实现机器人的实时运动控制及其机器人控制算法的实现，Windows操作系统用于人机交互界面和机器人机器视觉处理。采用安装基于PC的实时运动控制软件的通用工业控制计算机直接去控制倒装机器人（SCARA），免去了对封闭性机器人控制器的依赖性，即各个机器人厂家的控制器都是基于不同的控制软件和硬件接口，这种封闭的机器人控制器的功能不能被扩展和改进，存在系统兼容性差、维护困难、人机界面不灵活等诸多问题，难以满足现代装配制造业的高级应用需求。本申请的机器人控制系统可以方便地实现机器人集成机器视觉实现基于机器视觉的机器人控制，以进一步实现机器人的高速高精度控制，甚至开发一些基于机器视觉防撞功能。由于省去了机器人控制器硬件，因此本发明也极大地降低了机器人成本。

本申请所述的机器人是一种倒装机器人（SCARA），其机器人由大臂、小臂、Z轴、U轴四部分组成。大/小臂由中空电机加减速机构成驱动中空执行器，大臂中空执行器输入端连接基座，输出端连接大臂，带动大臂摆动；小臂中空执行器输入端连接在大臂末端，输出端连接小臂，从而带动小臂回转运动。Z轴与U轴采用滚珠丝杠副协同运动，实现Z轴的上下运动，和U轴的旋转，Z轴和U轴都通过滚珠丝杠输出，其运动控制存在耦合。大/小臂的中空结构，保证电机的信号线、气路和动力线都从孔通过，保证了线路正常工作同时避免机械结构与电缆发生干涉，保证系统可靠性。同时大幅度降低了成本，该倒装SCARA机器人集成机器视觉，视觉是该机器人的一个标配，可以满足大部分行业应用。机器人本体结构如图2所示。

本发明所述的机器人控制系统，其大臂、小臂、Z轴、U轴采用4个伺服电机驱动标示为第一关节1、第二关节2、第三和四关节3、，4个关节采用4个伺服电机驱动配有绝对值编码器，4个伺服驱动器采用带EtherCAT总线的伺服系统，机器人控制系统采用通用工业控制计算机，计算机安装正常的Windows操作系统，机器人的运动控制由一个RTX实时控制系统来完成，RTX实时控制系统通过Ethernet口去控制带有EtherCAT总线的机器人系统，该控制系统也可以控制机器人的附加轴，也可以实现对多个机器人的运动控制，RTX实时系统与Windows系统通过共享内存实现变量的交互，Windows系统可以用于开发机器人的人机交互和机器视觉的图像处理。控制系统的结构如图1所示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。