一种机器人控制系统、机器人运动状态监控方法及机器人与流程

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种机器人控制系统、机器人运动状态监控方法及机器人。

背景技术：

随着社会的发展和科技的进步，机器人的种类日益繁多、功能日益强大，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，还可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。为了提高工业自动化程度，机器人被广泛应用在越来越多的行业中，而机器人完成工作与机器人运动是密不可分的。机器人运动的原理大致如下：控制器发送目标位置信息给伺服驱动器后，伺服驱动器控制伺服电机执行该指令，而这个过程存在一个响应时间。以控制器发送相邻两个目标位置信息的时间间隔为一个运行周期，伺服电机在一个运行周期结束时执行到的实际位置相对于控制器发出的目标位置而言，是相对落后的，而伺服驱动器又不会将伺服电机运动的实际位置反馈给控制器。所以当控制器与伺服驱动器之间通讯不畅时，例如通讯中断、或是控制器发送了错误位置指令、或是机器人运动失控等情况时，控制器不能及时发现异常，还会继续向伺服驱动器发送新的位置指令，由此就会造成机器人设备损坏甚至是危及人身安全的情况发生。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种机器人控制系统，为了解决现有技术中无法实时监控机器人运动状态而导致机器人设备损坏或者危及人身安全的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种机器人控制系统，包括：监控模块、控制模块和电机驱动模块；所述控制模块用于向所述电机驱动模块发送目标位置信息；所述电机驱动模块用于根据所述目标位置信息驱动机器人运动，并实时获取所述机器人的实际位置信息；所述监控模块用于采集所述目标位置信息和实际位置信息，并计算出所述目标位置信息和实际位置信息之间的差值将所述差值与所述监控模块中存储的预设差值进行比较，并将比较结果发送给所述控制模块，以使所述控制模块做出相应反应。

可选地，所述监控模块还用于采集所述机器人在不同的预设参数下正常运动时分别获得的目标位置坐标和实际位置坐标之间的最大差值，以建立并存储为预设差值表。

可选地，所述监控模块的通讯周期与所述控制模块的运行周期相同，所述通讯周期为所述监控模块用于采集所述目标位置信息和所述实际位置信息的时间，所述运行周期为所述控制模块用于发送所述目标位置信息的时间。

可选地，所述监控模块为fpga芯片。

可选地，所述监控模块包括采集单元、运算单元和存储单元；所述采集单元用于采集所述目标位置信息和实际位置信息；所述运算单元用于计算出所述目标位置信息和实际位置信息之间的差值，并将比较结果发送给所述控制模块；所述存储单元用于存储所述预设差值表。

可选地，所述监控模块还包括通讯单元，所述采集单元通过所述通讯单元采集所述目标位置信息和实际位置信息，所述运算单元通过所述通讯单元将所述比较结果发送给所述控制模块。

本发明的实施例还提供一种机器人运动状态监控方法，包括以下步骤：采集控制模块发送的目标位置信息和电机驱动模块获取的机器人的实际位置信息，并计算出所述目标位置信息和实际位置信息之间的差值，将所述差值与预设差值进行比较，并将比较结果发送给所述控制模块。

可选地，还包括以下步骤：建立并存储所述预设差值表；所述预设差值表为所述机器人在不同的预设参数下正常运动时分别获得的目标位置坐标和实际位置坐标之间的最大差值。

本发明的实施例又提供一种机器人，包括上述方案中任一项所述的机器人控制系统。

本发明实施例提供的一种机器人控制系统，通过设置监控模块来采集控制模块发出的目标位置信息以及电机驱动模块获取的机器人实际位置信息，并计算出目标位置信息和实际位置信息之间的差值，将该差值与监控模块中存储的预设差值比较后将比较结果发送给控制模块，由控制模块根据比较结果判断机器人是否正常工作并做出相应反应，由此实现对机器人运动的实时监控，从而避免机器人设备损坏以及危及人身安全等情况的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机器人控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种机器人控制系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种机器人控制系统的数据流图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、

“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1，本发明的实施例提供一种机器人控制系统，包括：监控模块1、控制模块2和电机驱动模块3；控制模块2用于向电机驱动模块3发送目标位置信息；电机驱动模块3用于根据目标位置信息驱动机器人运动，并实时获取机器人的实际位置信息；监控模块1用于采集目标位置信息和实际位置信息，并计算出目标位置信息和实际位置信息之间的差值，将差值与监控模块1中存储的预设差值进行比较，并将比较结果发送给控制模块2，以使控制模块2做出相应反应。

本发明实施例提供的一种机器人控制系统，通过设置监控模块1来采集控制模块2发出的目标位置信息以及电机驱动模块3获取的机器人实际位置信息，并计算出目标位置信息和实际位置信息之间的差值，将该差值与监控模块1中存储的预设差值比较后将比较结果发送给控制模块2，由控制模块2根据比较结果判断机器人是否正常工作并做出相应反应，由此实现对机器人运动的实时监控，从而避免机器人设备损坏以及危及人身安全等情况的发生。

监控模块1还用于采集机器人在不同的预设参数下正常运动时分别获得的目标位置坐标和实际位置坐标之间的最大差值。可以理解的是，为了使机器人实现多自由度的运动，机器人是包含有不同的轴数的，相应地机器人的各轴上都设置有电机驱动模块和电机模块，即一个机器人上设置有至少一个电机驱动模块3和至少一个电机模块4。通过控制模块2向机器人各轴上的电机驱动模块3分别发送目标位置信息，以使电机驱动模块3根据目标位置信息驱动相应的电机模块4运行，以带动机器人运动。其中，预设参数可以为速度、方向等参数。具体地，以机器人各轴的运动速度为索引，以各轴不同运动速度对应的目标位置坐标和实际位置坐标之间的最大差值为对象，建立并存储为预设差值表。这是由于机器人的性能参数都是各不相同的，即使是同一批生产的机器人因为不可抗因素都或多或少略有区别，所以通过让机器人在各种预设参数下运动来建立起适应于机器人自身的预设差值表，相较于人为设定预设差值而言，可以在使用中更精确地判断机器人的工作状态是否正常。具体地，让每个机器人在投入使用前，各轴以最大的速度运动，机器人各轴从速度0加速到最大速度的过程中，各轴实际速度有个变化过程，这个过程中让监控模块1采集机器人的目标位置坐标和实际位置坐标，并计算出目标位置坐标和实际位置坐标之间的最大差值及此监控周期内机器人各轴的实际速度。以各轴实际速度为索引，此最大差值做为预设差值对象，会同机器人各轴运动方向等参数保存为预设差值表。等到实际使用过程中，直接从监控模块1中调取并使用即可。

可以理解的是，监控模块1的通讯周期与控制模块2的运行周期相同，通讯周期为监控模块1用于采集目标位置信息和实际位置信息的时间，运行周期为控制模块2用于发送目标位置信息的时间。实际情况中，控制模块2一般每4ms发送一个目标位置信息，所以将监控模块1的通讯周期也设定为4ms，以使监控模块1可以采集到控制模块2每个运行周期所发送出的目标位置信息。

为了提高运行速度，监控模块1可以采用fpga芯片，fpga全称为fieldprogrammablegatearray，即现场可编程门阵列，因为fpga的内部构造触发器比例和数量多，所以它在时序逻辑设计方面更有优势。将fpga芯片应用在机器人控制系统中，不但可以提供丰富的可编程逻辑资源、易用的存储、运算功能模块，还具有良好的性能。

控制模块2向电机驱动模块3发送目标位置信息，目标位置信息一般为脉冲信号，电机驱动模块3接收到脉冲信号会驱动机器人中的电机模块4运行，从而带动机器人运动。为了更好地控制机器人的运动精度，电机驱动模块3可以是伺服驱动器，电机模块4可以是伺服电机。伺服电机上安装有电机编码器，电机编码器可以实时测量到伺服电机的转角及转速，所以可以通过读取电机编码器上的数据获知机器人的实际位置信息。监控模块1是分单元实现上述功能的，参照图2，监控模块1具体包括采集单元11、运算单元12和存储单元13。采集单元11用于采集脉冲信号和电机编码器数据。运算单元12根据脉冲信号计算出目标位置坐标，根据电机编码器数据和机器人参数计算出机器人的实际速度和实际位置坐标，最终计算出目标位置坐标和实际位置坐标之间的差值；在预设差值表中根据速度和方向等参数，找出相应地预设差值；将上述计算出的差值与预设差值进行比较，然后将比较结果发送给控制模块2。而存储单元13用于存储预设差值表以便于及时调取、比较。

另外，参照图2，监控模块1还包括通讯单元14，通讯单元14主要的作用就是与监控模块1以外的其他模块进行通讯。具体为：采集单元11通过通讯单元14采集目标位置信息和实际位置信息，运算单元12通过通讯单元14将比较结果发送给控制模块2。

另一方面，本发明的实施例还提供一种机器人运动状态监控方法，包括以下步骤：采集控制模块2发送的目标位置信息和电机驱动模块3获取的机器人的实际位置信息，并计算出目标位置信息和实际位置信息之间的差值，将差值与预设差值进行比较，并将比较结果发送给控制模块2。

本发明的实施例提供的一种机器人运动状态监控方法，通过采集控制模块2发出的目标位置信息以及电机驱动模块3获取的机器人实际位置信息，可以了解控制模块2与电机驱动模块3之间的通讯是否畅通，以及机器人实际执行情况是否符合预期；然后计算出目标位置信息和实际位置信息之间的差值，将该差值与预设差值比较后，可以获得机器人在执行目标位置信息过程中的工作状态，将比较结果发送给控制模块2，由此实现对机器人运动的实时监控，降低事故发生概率，进而避免机器人设备损坏以及危及人身安全等情况的发生。一般来说，当差值小于等于预设差值时，为正常结果，说明机器人工作正常；当差值大于预设差值时，为异常结果，说明机器人工作异常，可能为控制模块2与电机驱动模块3之间通讯不畅通，也可能为电机运行不正常或者其他故障。并且，通过观察差值变化情况，还可以用于评估机器人在使用过程中的磨损、老化情况。可选地，监控模块1的工作模块可以有采集模式和监控模式两种：在机器人投入使用前，打开采集模式，以便监控模块1收集相关信息用于建立预设差值表；在机器人投入使用中，可以根据实际需求灵活配置，打开监控模式或同时打开两种模式，区别在于只打开监控模式时，监控模块1只记录异常结果。同时打开两种模式，则监控模块1记录所有比较结果。

为了可以更精确地判断机器人的工作状态是否正常，本发明的实施例提供的一种机器人运动状态监控方法还包括以下步骤：建立并存储预设差值表；预设差值表为机器人在不同的预设参数下正常运动时分别获得的目标位置坐标和实际位置坐标之间的最大差值。此处的预设参数可以为速度、方向等等参数，在不同的预设参数下获得了许多最大差值，将其会同预设参数可以建立成预设差值表。让机器人在各种预设参数下运动来建立起适应于机器人自身的预设差值表，由此可以在使用中更精确地判断机器人的工作状态是否正常。优选地，根据实际使用需要，还可以设定预警系数和报警系数，参照图3，将预设差值表中的预设差值分别乘以预警和报警系数获得预警预设差值表和报警预设差值表。运算单元12将计算出的目标指令坐标和实际位置坐标之间的差值，与读取到预警预设差值、报警预设差值进行比较，以向控制器发出更多样的比较结果，以便控制模块2根据比较结果及时做出相应反应。当差值小于等于预警预设差值时，说明机器人工作正常；当差值大于预警预设差值且小于等于报警预设差值时，说明机器人工作略有异常，此时运算单元12向控制模块2发出预警信息并向存储单元13保存预警履历，而控制器收到预警信息后发出提示，便于操作人员根据提示次数采取相应措施；当差值大于报警预设差值时，说明机器人工作异常，此时运算单元12向控制模块2发出报警信息并向存储单元13保存报警履历，而控制器收到报警信息后既发出提示又会控制机器人停下，以确保机器人设备完好以及操作人员人身安全。

又一方面，本发明的实施例又提供一种机器人，包括上述方案中任一项所述的机器人控制系统。

由于本发明实施例提供的机器人包括上述的机器人控制系统，所以该机器人同样能够实现对机器人运动的实时监控，从而避免机器人设备损坏以及危及人身安全等情况的发生。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。