一种机械臂驱动模块、机器人组态驱动及控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及机器人控制领域，具体地说是一种机械臂驱动模块、机器人组态驱动及控制系统。
【背景技术】
[0002]随着科技的发展、工业技术的进步，越来越多的工作被机器人所取代，特别是在重复性高的流水生产线上，机器人得到了更多的应用。
[0003]机器人需要相应控制系统控制，国内外都有不少对机器人控制系统的研究，取得了不少成果，然则这些机器人控制系统都有一个特点:只能控制固定自由度的特定机器人，通用性较差;随着科技的发展，将出现越来越多自由度可变的机器人，现有机器人控制系统通用性差的特点将越来越明显，其应用场合也将受到越来越多的限制。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的不足，设计出一种机械臂驱动模块、机器人组态驱动及控制系统。该实用新型具有机械臂驱动模块化、机器人驱动系统组态化的特点，能满足不同关节自由度的机器人的驱动控制要求，可广泛应用于各种机器人上，使机器人更方便、更广泛应用于各行各业。
[0005]本实用新型采用如下技术方案:
[0006]本实用新型的一种机械臂驱动模块，其包括输入接口模块、电机驱动模块、传感器信号采集模块及输出接口模块;所述输入接口模块包括数据传输接口、芯片电源接口及独立电源接口；所述电机驱动模块包括电连接的信号隔离电路及驱动芯片电路;所述输出接口模块包括电机接口及传感器接口；所述数据传输接口分别与所述信号隔离电路及传感器信号采集模块电连接;所述芯片电源接口分别与所述信号隔离电路、驱动芯片电路及传感器信号采集模块电连接;所述独立电源接口与所述驱动芯片电路电连接;所述驱动芯片电路与电机接口电连接;所述电机接口与一机械臂的电机电连接;所述传感器信号采集模块与传感器接口电连接;所述传感器接口与所述电机相配合使用的传感器连接;所述输入接口模块与一外部电源及外部总线电连接;所述外部电源分别与芯片电源接口及独立电源接口电连接，其给机械臂驱动模块供电;所述外部总线与数据传输接口电连接，其用于外部与机械臂驱动模块通信。
[0007]所述信号隔离电路对来自外部经过数据传输接口的电机控制信号进行隔离、放大，然后输送至所述驱动芯片电路，驱动芯片电路输出信号经电机接口至所述机械臂的电机上，控制电机的运行，从而驱动机械臂运行;所述驱动芯片电路包括电机驱动芯片及外围电路;所述电机驱动芯片指单个或多个并联使用的集成驱动芯片;所述多个并联使用的集成驱动芯片用于增大电机驱动模块的驱动能力；或者，所述驱动芯片电路指由多个分立器件组成的至少两个半桥并联的驱动电路；多个半桥并联用于增大电机驱动模块的驱动能力。
[0008]所述传感器信号采集模块包括编码器信号采集电路、位置传感器信号采集电路或温度传感器信号采集电路中的一种或多种;所述编码器采集电路通过传感器接口与所述机械臂上的编码器电连接，其用于采集、处理编码器的信号;所述编码器采用一体式编码器或由码盘及光电开关组成的编码器;所述位置传感器信号采集电路与所述机械臂上的位置传感器电连接，其用于采集、处理位置传感器的信号;所述温度传感器信号采集电路与安装于所述机械臂电机上的温度传感器电连接，其用于检测所述电机的温度信号;所述传感器信号采集模块上还设有传感器选择开关，所述传感器选择开关用于选择编码器信号采集电路、位置传感器信号采集电路及温度传感器信号采集电路中的一种或多种工作;所述传感器信号采集模块通过数据传输接口与外部通信，即外部的控制信息通过数据传输接口输送至传感器信号采集模块，而传感器信号采集模块采集、量化的传感器信号通过数据传输接口输送至外部。
[0009]本实用新型的一种机器人组态驱动系统，其包括η个所述机械臂驱动模块、模块选择电路、芯片电源、独立电源及总线接口，其中η>1;所述的机械臂驱动模块包括第一驱动模块、第二驱动模块及第η驱动模块;所述机械臂驱动模块的数量η由驱动对象即机器人的关节自由度数决定;η个机械臂驱动模块以组态形式置于机器人组态驱动系统内；所述模块选择电路分别与η个机械臂驱动模块电连接;所述芯片电源分别与η个机械臂驱动模块的芯片电源接口电连接;所述独立电源分别与η个机械臂驱动模块的独立电源接口电连接;所述总线接口分别与模块选择电路及η个机械臂驱动模块电连接，其是所述机器人组态驱动系统与外部通信的接口。
[0010]所述机器人组态驱动系统的芯片电源分别给η个机械臂驱动模块供电，同时还给模块选择电路供电;所述独立电源具有多路输出，且每路输出的能力不尽相同，即输出电压幅值不尽相同或输出最大电流不尽相同；所述独立电源给η个机械臂驱动模块的驱动芯片电路供电，每路输出能力不尽相同的独立电源以满足机械臂驱动模块驱动能力不同的要求。
[0011]所述机器人组态驱动系统的模块选择电路通过总线接口接收来自外部的控制信息，将控制信息解析、译码后，选择某一个或某几个机械臂驱动模块工作。
[0012]本实用新型的一种机器人控制系统，其包括所述机器人组态驱动系统及控制器；所述机器人组态驱动系统外接所述控制器，所述机器人组态驱动系统的总线接口与所述控制器电连接;所述控制器通过总线接口接收来自机器人组态驱动系统的信息并在分析、处理后发出控制信息至机器人组态驱动系统，所述模块选择电路解析、译码部分控制信息后选择某一或多个机械臂驱动模块工作，所述机械臂驱动模块控制与之电连接的电机或传感器工作，从而使相应机械臂运转，进而实现控制机械臂。
[0013]作为另一种优选的结构，所述控制器内置于机器人组态驱动系统内，其与总线接口电连接，并由芯片电源供电。
[0014]所述机器人控制系统的控制器包括处理器及输入模块；所述处理器采用个人电脑、工控机、PLC或其它由具有处理器功能的嵌入式系统;所述输入模块指给控制器输入控制参数及指令的电路模块。
[0015]所述机器人控制系统的控制器与一上位机或遥控器电连接，所述控制器接收来自上位机、遥控器或控制器内部的输入模块的控制参数及指令;所述上位机，采用工控机、个人PC、平板电脑、智能手机、嵌入式设备或其它终端机，上位机与控制器相互通信，即控制器把机器人组态驱动系统的信息传送给上位机，上位机对信息分析、处理后，发送控制参数及指令至控制器，控制器解析指令后控制机器人组态驱动系统驱动机器人的机械臂。
[0016]所述机器人控制系统，其控制方法，包括控制单个机械臂运行、控制多个机械臂运行及采集机器人机械臂的状态信息;所述控制单个机械臂运行，指控制器接收来自上位机、遥控器或者输入模块的控制参数及指令及机械臂驱动模块采集的某一机械臂的状态信息，综合处理后，发送控制信息至机械臂驱动模块，从而控制相应的电机运行，进而控制所述机械臂;所述控制多个机械臂运行，指控制器接收来自上位机、遥控器或者输入模块的控制参数及指令及机械臂驱动模块采集的所述多个机械臂的状态信息，综合处理后，发送控制信息至多个机械臂驱动模块，从而控制相应的多个电机运行，进而控制所述的多个机械臂；所述采集机器人机械臂的状态信息，包括机械臂的位置、姿态信息及电机的温度信息;所述状态信息用于对机器人机械臂实施闭环控制或供上位机使用。
[0017]本实用新型与现有技术相比，具有的有益效果是:
[0018]1.本实用新型的机械臂驱动模块，实现了机械臂驱动的模块化，并且机械臂驱动模块可组态；
[0019]2.本实用新型的机械臂驱动模块，具有采集多种传感器信息的功能，为机械臂的多样化控制提供硬件条件，也方便外部对机械臂的控制；
[0020]3.本实用新型的机械臂驱动模块的传感器信号采集电路上设有传感器选择开关，可选不同的传感器信号采集电路工作，能满足具有不同传感器机械臂的驱动要求；
[0021]4.本实用新型的机械臂驱动模块的驱动芯片电路采用多片集成芯片并联或多路由分立器件组成的半桥并联方式时，能满足不同机械臂的电机对驱动芯片电路驱动能