现对电机或驱动器的各种信号量的连接。轴控制电路以轴为单位实现，每个轴都是一个完整的模块，可以针对不同的系统，增加或减少轴控制电路的数目。轴控制电路一般以FPGA/CPLD器件和AD、DA转换器为核心构建，利用FPGA/CPLD器件的在线可编程能力，适应不同电机控制的需要。
[0022]与基本PID不同，其微分作用只安排在反馈回路中，优点在于可以避免参考信号快速变化时引起的定点冲击现象。这种结构一般可称之为微分先行，或P1-D结构，它是二自由度PID控制的一个特殊情况。这种控制结构适用于给定值频繁升降的场合，可以避免升降时引起的系统振荡，从而明显地改善系统的动态性能。图中CP表示给定位置，AP、AV表示实际位置和速度，Kp、K1、Kd分别代表比例、积分和微分增益，DACount是数字PID的计算结果，它经D/A转换后便得到控制电压信号Uc。
[0023]本项目机器人离线编程系统的功能结构在目前实现的系统中，按其功能逻辑主要分为5个模块:图形显示、三维建模、传感器仿真、编程处理以及运动学模块。
[0024]图形显示模块的功能包括对场景的管理、动画绘制以及仿真时钟控制等与显示相关的功能；三维建模模块的功能是建立起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；传感器仿真是对物理传感器功能的模拟；而编程处理模块主要解决机器人编程问题，包括文本编辑、编译、链接等；运动学模块完成与运动学相关的计算，并根据机器人与环境的当前状态进行碰撞检测。
[0025]二.三维位姿检测模块:
对于位姿检测传感系统，是指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，可完成对机器人的重复位姿精度检测。位姿检测传感器系统由传感器接前置器、多路开关、信号预处理、A/0变换、接口电路、最终接进行数据处理的计算机系统构成。控制器心通过安装在焊枪端的信号处理过程，自动记忆控末端执行器移动轨迹，快速实现示教编程。
[0026]为了能用测量信息计算出相对位姿，由6个电涡流传感器组成的特定空间结构来提供位姿和测量数据。传感器的测量空间结构，即6个传感器构成三维测量坐标系，其中传感器1、2、3对应测量坐标系，传感器4、5对应测量面xOz，传感器6对应测量面yOz。每个传感器在坐标系中的位置固定，这6个传感器所标定的测量范围就是测量系统的测量范围。当测量体相对测量坐标系发生位姿变化时，电涡流传感器的输出信号会随测量距离成比例地变化。
[0027]三.运动控制系统中的插补运算优化设计
所谓插补就是根据零件轮廓尺寸，结合精度和工艺等方面的要求，按照一定的数学方法在理想的轨迹或轮廓上的已知点之间确定一些中间点，从而逼近理想工件外形轮廓〃换句话说，插补过程就是对给定曲线进行/数据点的密化O过程。在运动控制系统中执行电机控制、实现轨迹规划起着重要作用。现代常用的插补算法有基准脉冲插补和数据采样插补。在基准脉冲插补中，按基本原理又分为以区域判别为特征的逐点比较法插补，以比例乘法为特征的数字脉冲乘法器插补。数据采样插补法又称时间分割插补法，这种方法是把加工一段直线或圆弧的整段时间细分为许多相等的时间间隔，称为单位时间间隔(或插补周期)ο每经过一个单位时间间隔就进行一次插补运算，算出在这一时间间隔内的各坐标轴的进给量，边计算边插补，直至到达插补轨迹终点。在逐点比较法中，每进给一步都需要进行偏差判别、坐标进给、新偏差计算和终点比较四个节拍，其插补算法运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，速度变化小，调节方便，在两个坐标开环CNC控制系统中应用普遍，但是这种方法不能实现多轴联动，不能满足插补精度要求较高的场合，其应用范围受到了很大限制。与逐点比较法相比，数据采样法具有运算速度快、实时性强、控制精度高等特点，因此，经过比较上述方法的优缺点本系统采用数据采样法实现空间轨迹图形的插补运算。
[0028]在具体实现时候，项目采用基于时间分割的直线插补法和基于坐标旋转和时间分割法的圆弧插补法。直线插补软件流程图如图7所示，圆弧插补软件流程图如图8所示。在插补的过程中，插补速率的计算是关键，它影响到插补轨迹的特性，如误差的大小。轨迹的优劣性等〃采用TMS320F2812 DSP中的定时器O来控制采样周期，当采样周期到来时，获得各轴脉冲进给量，通过PWM波的形式输出，驱动各轴电机运动，从而实现各种轨迹的插补。
[0029]本发明基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统的有益效果是: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。
[0030]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统，其特征在于，所述外部设备连接电路包括显示接口和控制面板接口。4.根据权利要求1所述的基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统，其特征在于，所述输出控制信号包括模拟电压、PWM信号或步进脉冲。5.根据权利要求1所述的基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统，其特征在于，所述轴控制电路包括FPGA/CPLD装置、AD转换器和DA转换器。6.根据权利要求1所述的基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统，其特征在于，所述轴控制电路以轴为单位实现，每个轴都是一个完整的模块。7.根据权利要求1所述的基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统，其特征在于，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/Ο变换模块、接口电路和计算机模块。
【专利摘要】本发明公开了一种基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统，包括：三维位移传感模块系统、主控单元模块、通信模块、驱动电机接口模块、光电隔离I/O接口模块和外围存储模块等。通过上述方式，本发明基于手推示教式五轴水平关节机器人的控制系统，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。
【IPC分类】B25J9/16
【公开号】CN105033996
【申请号】CN201510265038
【发明人】胡延苏
【申请人】苏州法鲁克自动化设备有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月22日