具备认知能力的智能工业机器人运动控制系统的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种具备认知能力的智能工业机器人运动控制系统。

背景技术：

工业机器人中的运动控制系统是机器人的最重要组成部分，其相当于人体的大脑，可以由多个功能部分组成，例如运动轨迹分析，运动控制、感知、视觉等。

如图1所示，现有技术中的工业机器人运动控制系统包括：用于完成机器人示教、示教检查、再现运动控制、示教编程、程序解释、预处理及参数设置的主控制器11、与主控制器11连接的用于完成机器人运动数据正逆解算法、插补算法、速度控制及轨迹规划的算法控制器12和用于显示程序编辑和机器人状态的显示屏13、串口协议控制器14、以及与串口协议控制器14连接的按键板15，其中，主控制器11与串口协议控制器14共享内存，算法控制器12与串口协议控制共享内存，主控制器11发出的指令通过串口协议控制器14及其串口实现与机器人伺服和本体装置30的通信。

但是，上述机器人运动控制系统却无法对工艺轨迹进行自主跟踪、定位，无法自主检测所服务对象的产品尺寸、工作环境，不能统一控制机器人和生产线的伺服系统。即便现有技术中有些机器人具备了感知能力，但是也需要复杂的外部接口结构，运行效率低，可维护性复杂。

技术实现要素：

为此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种具备认知能力的智能工业机器人运动控制系统，使得该运动控制系统接口结构简单、运行效率高、系统稳定、便于维护，同时具备认知能力，可无限扩展外部伺服装置。

于是，本发明提供了一种具备认知能力的智能工业机器人运动控制系统，包括用于完成机器人示教、示教检查、再现运动控制、示教编程、程序解释、预处理及参数设置的主控制器、与主控制器连接的用于完成机器人运动数据正逆解算法、插补算法、速度控制及轨迹规划的算法控制器、用于显示程序编辑和机器人状态的显示屏、总线协议控制器、与总线协议控制器通过串口进行通信的按键板、以及与总线协议控制器共享内存的感知传感控制器，总线协议控制器与主控制器和算法控制器共享内存，并通过总线与机器人伺服和本体装置进行通信。

上述运动控制系统还包括：与总线协议控制器共享内存的用于控制扩展的生产线电器系统的PLC控制模块。

其中，所述感知传感控制器包括视觉、红外、超声、激光传感控制器。

所述主控制器包括：中央处理芯片、显示接口、键盘接口及通信接口，所述中央处理芯片运行嵌入式linux系统，构成控制系统的上位机；所述显示接口由LVDS连接到显示屏；所述键盘接口由总线板的共享内存传到中央处理芯片。

所述总线协议控制器为EtherCAT总线协议控制器，EtherCAT总线协议控制器通过EtherCAT总线与机器人伺服和本体装置进行通信。

本发明所述具备认知能力的智能工业机器人运动控制系统，通过增设感知传感控制器、以及将感知传感控制器通过内部接口与主控制器连接，使得所述运动控制系统不但具有了自主感知和认知能力，而且由于内部接口的使用提高了系统运行效率，使得系统更加稳定，便于维护；所述运动控制系统通过对PLC控制模块的统一调度，可以统一连接机器人伺服装置和生产线装置，并通过主控制器协调上位机统一调度，无限扩展伺服装置。

附图说明

图1为现有技术中工业机器人运动控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所述具备认知能力的智能工业机器人运动控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明进行详细描述。

如图2所示，本实施例提供了一种具备认知能力的智能工业机器人运动控制系统，包括：主控制器21、算法控制器22、显示屏23、总线协议控制器24、按键板25、和感知传感控制器26。

其中，主控制器21，用于完成机器人示教、示教检查、再现运动控制、示教编程、程序解释、预处理及参数设置。算法控制器22，与主控制器连接用于完成机器人运动数据正逆解算法、插补算法、速度控制及轨迹规划的算法。显示屏23，用于显示程序编辑和机器人状态。按键板25与总线协议控制器24通过串口进行通信。感知传感控制器26与总线协议控制器共享内存，总线协议控制器26与主控制器21和算法控制器22共享内存，并通过总线与机器人伺服和本体装置30进行通信。

为了使一套控制系统既可以控制机器人，也可以控制产线，上述运动控制系统还可以进一步包括：与总线协议控制器24共享内存的用于控制扩展的生产线电器系统的PLC控制模块27。

为了具备自主感知和认知能力，所述感知传感控制器26可以包括：视觉、红外、超声、激光等传感控制器。

所述主控制器包括：中央处理芯片、显示接口、键盘接口及通信接口，所述中央处理芯片运行嵌入式linux系统，构成控制系统的上位机；所述显示接口由LVDS连接到显示屏；

所述键盘接口由总线板的共享内存传到中央处理芯片。所述上位机包括调度模块、示教控制模块、示教检查控制模块、再现控制模块、解释模块、预处理模块、通信模块、监控故障处理模块、参数设置模块以及显示模块，所述调度模块用于在启动机器人系统后，建立一个正常的工作环境，启动调度线程、通信线程、解释线程及界面线程，然后等待按键操作并监控当前机器人的状态，协调上位机的各个模块完成机器人控制。

所述传感控制模块通过视觉、激光、红外、超声等传感末端获取工作环境和工作对象尺寸、轨迹等参数，通过总线控制模块与主控制器进行交互，由主控制器根据传感控制模块所获取的参数启动调度模块，建立机器人正常工作环境，协调上位机的各个模块完成机器人控制。

所述PLC控制模块对外提供PLC控制点，其统一调度和控制通过总线协议模块与主控制器进行通讯，由主控制器上位机完成调度并建立工作环境，协调上位机统一控制机器人运动和PLC运动。

示教控制模块通过操作轴操作键选择坐标系及速度等级来完成机器人示教运动，达到用户指定的位置； 示教检查控制模块用来检查示教好的程序是否按预想的路径或逻辑运行，通过按下“前进”或“后退”键进行逐行检查，直到达到预想的编程要求。

本实施例所述总线协议控制器为EtherCAT总线协议控制器，EtherCAT总线协议控制器通过EtherCAT总线与机器人伺服和本体装置进行通信。

本实施例采用的EtherCAT总线是一种环形网络拓扑结构，EtherCAT通信协议规范是一种数字化、串行网络的数据总线，通信速率最高达到100Mbits/s，挂接设备最多达255个，电气传输采用平衡方式。EtherCAT总线具有精准同步机制，通过总线连接机器人六个关节伺服装置，同时通过主控制器和PLC控制模块连接生产线伺服装置、感应装置等，实现机器人和生产线同步控制。本实施例采用高性能ARM核作为一个嵌入式上位机系统，采用DSP作为运动控制算法核，各个CPU通过高速接口和共享内存方式进行通信，可见，本实施例所述运动控制系统由多模块组成，具有较高的稳定性、很好的移植性、体积小、成本低、实时控制性强的特点。各个模块根据各自性能完成相应功能提高资源利用率，减少了处理的复杂度，增强了可靠性。其中显示模块使用minigui模块，minigui由开源Linux图形用户界面支持系统，是一款面向嵌入式系统的高级窗口系统和图形用户界面支持系统的模块，具有较好的人机界面，采用LVDS连接控制器和显示屏具有较好的显示抗干扰性。本实施例将机器人与传感技术、PLC功能集成在一起，解决了机器人的感知和认知能力，机器人控制系统可以无限扩展伺服驱动装置。

主控制器21与显示屏23通过LVDS（Low-Voltage Differential Signaling， 低电压差分信号）接口进行通信，主控制器21与算法控制器22通过HPI（HOST PORT INTERFACE，与主机通信）接口进行通信。

本发明实施例所述具备认知能力的智能工业机器人运动控制系统，优化了智能工业机器人结构体系，并开发了相关产品，部分产品已处于实验和小规模应用阶段。经实验测试和现场实际应用，发现具备感知和认知能力的工业机器人控制系统在工艺编程方面较传统工业机器人有很大改善，系统故障率较低，系统维护和维修简便。

综上所述，本发明实施例所述具备认知能力的智能工业机器人运动控制系统，通过增设感知传感控制器、以及将感知传感控制器所获取的工作环境、工作对象参数通过内部接口与主控制器连接，通过主控制器上位机的调度使得所述运动控制系统具有了自主感知和认知能力，基于内部接口的使用提高了系统运行效率，使得系统更加稳定，便于维护，通过内部PLC控制模块的统一调度，使得运动运动控制系统可以同时连接机器人伺服装置和生产线伺服装置，进行动作的统一控制，无需外接部件和接口。

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