基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统的制作方法

文档序号:9315383阅读:508来源:国知局
基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人控制系统领域,特别是涉及一种基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统。
【背景技术】
[0002]目前国际上通行的机器人示教方法,基本上都是示教器操作占了绝对大多数,此方案简单易行,却不直观,虽然对于专业素养较好的技术工来说不难掌握,但是鉴于国情,现状下很多企业的操作者适应起来却有困难。
[0003]针对这个问题,欧洲有人设计了一种关节力感应式的手推示教机器人,其原理是在伺服电机驱动器的力矩环上去感应判别,并且分离得到手推力矩,然后通过控制软件使得电机跟随手推运动,此方案从纯技术角度很完美的解决了手推示教的问题,但是其立足点是机器人关节的伺服电机驱动器技术,技术等级要求很高,制造成本非常高昂,而且维护调试技术难度极大,即便在欧美,也没有得到普及的应用。
[0004]国内的同行们,针对这个问题,设计了一种采用机械离合器配合编码器的简易方案,其原理是,在机器人关节处加离合器,示教的时候松开离合器,这样关节就不被电机系统拖累,得到较为松弛的关节效果,然后用编码器去记忆当前关节的角度得到示教位置,此方案技术难度低,控制软件很容易实现,但是机械结构复杂,离合器故障率高,同时最为致命的缺点是,即便松开了离合器,机器人笨重的手臂依然让人手很难精准推动。

【发明内容】

[0005]本发明主要解决的技术问题是提供一种基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统,具有可靠性能高、定位精确、结构紧凑、成本低等优点,同时在小型数控机床的应用及普及上有着广泛的市场前景。
[0006]为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是:
提供一种基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统,其包括:控制头、三维坐标位移传感器、运动控制模块和三维位姿检测模块,
所述三维坐标位移传感器包括3组涡流传感器,且3组涡流传感器的位置呈正交XYZ轴排列,所述三维坐标位移传感器设置于机器人手臂的末端,当人手捏住控制头推动时,控制头产生位移,带动各方向的涡流传感器移动,控制系统通过检测三个轴向的涡流传感器可以计算得到手推力的空间矢量方向与力度,从而操纵机器人跟随着人手的意图移动末端所述运动控制模块采用了嵌入式结构,且其包括通用电路模块、轴控制电路模块、驱动模块和离线编程模块,
所述驱动模块包括电机和驱动器,
所述通用电路模块通过总线和串行接口与外界通信,从控制面板接收命令,并将状态通过显示接口显示在IXD或VFD上,
所述轴控制电路模块对反馈信号进行处理,并根据伺服计算的结果产生输出控制信号,同时对电机或驱动器的各种信号进行连接,
所述离线编程模块包括图形显示模块、三维建模模块、传感器仿真模块、编程处理模块和运动学模块,所述图形显示模块完成对场景管理、动画绘制、仿真时钟控制和信息图像显示的控制,所述三维建模模块建立机器人及其工作环境的三维模型,并为每个环境实体创建对象,所述传感器仿真模块完成对物理传感器功能的模拟,所述编程处理模块进行机器人的文本编辑、编译和链接,所述运动学模块完成运动学计算,并根据机器人与环境的当前状态进行碰撞检测,
所述三维位姿检测模块在机器人末端执行器上装在测量体时,通过比较测量体的相对位姿参数的变化量,对机器人的重复位姿进行精度检测。
[0007]在本发明一个较佳实施例中,所述通用电路包括DSP模块、通信接口电路和外部设备连接电路,DSP模块进行轨迹生成、伺服计算和系统监控操作,且伺服计算的结果发送到轴控制电路,对具体电机进行控制。
[0008]在本发明一个较佳实施例中,所述外部设备连接电路包括显示接口和控制面板接
□ O
[0009]在本发明一个较佳实施例中,所述输出控制信号包括模拟电压、PffM信号或步进脉冲。
[0010]在本发明一个较佳实施例中,所述轴控制电路包括FPGA/CPLD装置、AD转换器和DA转换器。
[0011]在本发明一个较佳实施例中,所述轴控制电路以轴为单位实现,每个轴都是一个完整的t旲块。
[0012]在本发明一个较佳实施例中,所述三维位姿检测模块包括传感器接前置器、多路开关、信号预处理模块、A/0变换模块、接口电路和计算机模块。
[0013]本发明的有益效果是:由于是虚拟的手推,本质上机器人的运动依然是由其关节电机作为动力,很好的解决了笨重的机器人末端人手不好操作的问题,简单实用的、高效率,同时由于其关节结构完全和不加手推方案的机器人完全一致,无需离合器和编码器,可靠性得到了很大程度的保证,另外,由于只需要在控制器中做软件设定调整,其综合制造维护,以及调试成本都很低廉。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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它的附图,其中:
图1是本发明机器人的运动控制的结构示意图;
图2是本发明基于DSP的具有开放结构的运动控制模块的结构示意图;
图3是本发明运动控制模块的单轴控制模块的结构示意图;
图4是本发明离线编程模块的结构示意图;
图5是本发明三维位姿检测传感模块的结构示意图;
图6是本发明三维位姿检测传感器的测量空间结构; 图7是本发明直线插补的流程图;
图8是本发明时间分割法圆弧插补的流程图。
【具体实施方式】
[0015]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,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它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0016]请参阅图1-8,本发明实施例包括:
一种基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统,提出了以三维位移传感器和控制器相结合的高效控制系统,本方案在机器人的末端安装三维位移传感器,当人手推动三维位移传感器的时候,控制系统检测到位移量和位移速度,此时经过计算使得机器人的末端跟随人手的运动方向,实现了虚拟的机器人被手推动的感觉,此方案稳定可靠,造价低廉,很适合在目前国内的制造业推行。
[0017]所述基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统与传统的离合器式的手推示教完全不同,本系统无需在关节上安装编码器与离合器,机械结构完全与原有机器人系统一致,仅仅需要在机器手臂的末端安装一个三坐标位移传感器,该传感器由三组位置呈正交XYZ排列的涡流传感器和相关机构构成,当人手捏住控制头推动时,控制头产生位移,带动各方向的涡流传感器移动,控制系统通过检测三个轴向的涡流传感器可以计算得到手推力的空间矢量方向与力度。从而操纵机器人跟随着人手的意图移动末端,从而实现无需按键,很轻松的手推机器人末端的示教。作为项目的核心,本项目拟对机器人控制器和三维位姿测量技术进行研究,同时,项目还对各种轨迹生成算法进行优化。
[0018]一.运动控制模块:
运动控制模块起着重要的作用,它接收主机发出的运动控制指令,完成关节轨迹规划、反馈信号处理以及伺服计算等多项功能,实现对底层电机的实时控制。运动控制模块以“卡”的形式出现,可以嵌入到PC机中,构成运动控制系统的核心。运动控制卡的输出可以是PffM波形、也可以是电压或其他相应的控制信号,这些控制信号在作用到电机之前,一般需要通过驱动器进行功率放大。驱动机器人关节的电机可以是直流电机、交流伺服电机甚至是步进电机,在本系统中,所使用的是直流伺服电机。其特点是控制简单,启动转矩大,体积小重量轻,缺点是效率不高。机器人的关节位置信息通过电机轴上的光电码盘返回。
[0019]运动控制模块可以采用适用于开放式机器人控制的多轴运动控制器的实现方案。该方案以DSP为核心器件,其构成电路可以分为两大部分:通用电路和轴控制电路。
[0020]通用电路部分包括基本的DSP系统(DSP、RAM、R0M等),通信接口电路(总线接口、DPRAM、串行通信接口等),以及外部设备连接电路(显示接口、控制面板接口等)。通用电路部分完成一个运动控制器中基本的功能,它通过总线和串行接口与外界通信,从控制面板接收命令,并将状态通过显示接口显示在LCD或VFD上。轨迹生成、伺服计算和对整个系统监控的任务由DSP完成,伺服计算的结果将发送到轴控制电路,最终实现对具体电机的控制。
[0021]轴控制电路的结构是与具体电机相关的,它的主要任务是对反馈信号进行处理、根据伺服计算的结果产生输出控制信号(模拟电压、PWM信号或步进脉冲),并实
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1