一种并联机器人控制器的制作方法

本实用新型属于并联机器人领域，尤其涉及一种并联机器人控制器。

背景技术：

三自由度柔索并联机器人具有重要的应用价值，可用于起重、加工、检测、装配、搬运等操作任务。现有的柔索并联机器人机构是一种结构简单，能够完成大负载运转、复杂运动规律，实现高性能运动输出的新型空间三维平动自由度柔索并联机器人。尽管该混合驱动柔索并联机器人机构可以完成机器人重物块的运动，但由于该机器人系统具有大惯性、多输入多输出、非线性等特点，并且受系统模型的参数摄动以及重物块在运动中随机风等外界干扰的影响，使得混合驱动柔索并联机器人运动灵活性、稳定性和精确性还不够完善。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种更稳定的并联机器人控制器。

本实用新型是这样实现的，一种并联机器人控制器，包括三自由度混合驱动柔索并联机器人、主控工控机、信号处理电路、第一通信装置、第二通信装置、可编程逻辑控制器、传感器组和混合驱动控制器，所述主控工控机通过所述第一通信装置与可编程逻辑控制器连接，所述混合驱动控制器的输出端与柔索并联机器人连接，

所述信号处理电路包括测量工控机，所述测量工控机输入端与所述传感器组连接，所述测量工控机输出端通过第二通信装置与主控工控机连接，所述并联机器人控制器还包括与所述主控工控机连接的报警电路、显示设备。

优选地，所述三自由度混合驱动柔索并联机器人包括机构平台、设置所述机构平台四个角上的四个柔索塔、所述四个柔索塔分别连接一根柔索的一端，所述柔索的另一端连接载物平台；所述的传感器组包括一个重力传感器、三个光栅位移传感器、四个张力传感器和两个视觉传感器；所述重力传感器安装在 载物平台上，所述三个光栅位移传感器安装在载物平台上，所述三个光栅位移传感器分别测量X方向、Y方向、Z方向的位移，所述四个张力传感器安装在四根柔索上，所述的两个视觉传感器分别安装在载物平台的上方和下方。

优选地，所述柔索塔底端设有导向滑轮，所述柔索通过导向滑轮与柔索塔连接。

优选地，所述机构平台上设有支架，所述支架包括垂直机构平台且设置在机构平台侧边的主体，所述主体上部向载物平台延伸形成设置在载物平台的上方的上部延伸部，所述上部延伸部设有视觉传感器，所述主体下部向载物平台延伸形成设置在载物平台的下方的下部延伸部，所述下部延伸部设有视觉传感器。

优选地，所述信号处理电路还包括与所述传感器组连接信号调理电路、与所述信号调理电路连接的微控制器，所述微控制器通过无线信号收发电路与测量工控机连接。

优选地，所述无线收发电路包括UWB无线收发芯片和PCB天线

优选地，所述的混合驱动控制器共有四组，每一组结构相同，包括混合驱动机构、光电编码器、变频器和驱动器，可编程逻辑控制器的输出端与变频器和驱动器的输入端连接，变频器和驱动器的输出端与混合驱动机构连接，光电编码器的输出端与可编程逻辑控制器的输入端连接。

优选地，所述的混合驱动机构包括交流三相异步电机、交流伺服电机和双曲柄连杆机构，交流三相异步电机和交流伺服电机分别与双曲柄连杆机构的两个曲柄相连接，交流三相异步电机、交流伺服电机两种类型的输入通过连杆铰接合成；交流三相异步电机与变频器连接，交流伺服电机与驱动器连接，四根柔索的末端与柔索并联机器人的载物平台连接，四组混合驱动机构均与一台可编程逻辑控制器连接，四组变频器、四组伺服驱动器、四组混合驱动机构硬件布置及连线均相同。

优选地，所述第一通信装置或第二通信装置包括RS-232或RS-485或网线或USB通信装置。

本实用新型的并联机器人控制器能够有效控制四组混合驱动控制器实现四根柔索的协调收放完成柔索并联机器人空间三维平动自由度的高精度运动；采用由主控工控机、信号处理电路和可编程逻辑控制器组成的分布式控制模式， 具有系统响应快速、信号处理电路信息处理能力强、可靠性好；多传感器复合实时故障检测装置及方法能够有效、及时的检测出机器人的常见的各类故障。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的一种并联机器人控制器示意框图。

图2是本实用新型实施例提供的三自由度混合驱动柔索并联机器人示意图。

图3是本实用新型实施例提供的信号处理电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图3所示，本实用新型实施例提供的一种并联机器人控制器，包括三自由度混合驱动柔索并联机器人、主控工控机、信号处理电路、第一通信装置、第二通信装置、可编程逻辑控制器、传感器组和混合驱动控制器13，所述主控工控机通过所述第一通信装置与可编程逻辑控制器连接，所述混合驱动控制器13的输出端与柔索并联机器人连接，

所述信号处理电路包括测量工控机，所述测量工控机输入端与所述传感器组连接，所述测量工控机输出端通过第二通信装置与主控工控机连接，所述并联机器人控制器还包括与所述主控工控机连接的报警电路、显示设备。

并联机器人控制器能够有效控制四组混合驱动控制器13实现四根柔索3的协调收放完成柔索并联机器人空间三维平动自由度的高精度运动；采用由主控工控机、信号处理电路和可编程逻辑控制器组成的分布式控制模式，具有系统响应快速、信号处理电路信息处理能力强、可靠性好；多传感器复合实时故障检测装置及方法能够有效、及时的检测出机器人的常见的各类故障。

所述三自由度混合驱动柔索并联机器人包括机构平台1、设置所述机构平台1四个角上的四个柔索塔2、所述四个柔索塔2分别连接一根柔索3的一端，所 述柔索3的另一端连接载物平台4；所述的传感器组包括一个重力传感器5、三个光栅位移传感器6、四个张力传感器7和两个视觉传感器8；所述重力传感器5安装在载物平台4上，所述三个光栅位移传感器6安装在载物平台4上，所述三个光栅位移传感器6分别测量X方向、Y方向、Z方向的位移，所述四个张力传感器7安装在四根柔索3上，所述的两个视觉传感器8分别安装在载物平台4的上方和下方。

所述柔索塔2顶端设有导向滑轮9，所述柔索3通过导向滑轮9与柔索塔2连接。

所述机构平台1上设有支架10，所述支架10包括垂直机构平台1且设置在机构平台1侧边的主体，所述主体上部向载物平台4延伸形成设置在载物平台4的上方的上部延伸部11，所述上部延伸部11设有视觉传感器8，所述主体下部向载物平台4延伸形成设置在载物平台4的下方的下部延伸部12，所述下部延伸部12设有视觉传感器8。

所述信号处理电路还包括与所述传感器组连接信号调理电路、与所述信号调理电路连接的微控制器，所述微控制器通过无线信号收发电路与测量工控机连接。

所述无线收发电路包括UWB无线收发芯片和PCB天线

所述三自由度柔索3混合驱动并联机器人主要由四根柔索3，一个三自由度并联机构平台11，四个混合驱动器2，四根柔索塔23，一个载物平台44，一个支架105构成。其中四根柔索塔2成矩形竖直固定在三自由度并联机构平台1上，四根柔索3两端分别与载物平台4和四个混合驱动器相连接，并绕于柔索塔2顶端的导向滑轮9上。支架10竖直固定于三自由度并联机构平台1上，支架10一端延伸到载物平台4上端，另一端延伸到载物平台4下端。所述载物平台4将放置重物块。

重力传感器5，选用压电式重力传感器5，设置于载物平台4上。

位移传感器，选用三个同类光栅位移传感器6，分别为X方向光栅位移传感器6、Y方向光栅位移传感器6、Z方向光栅位移传感器6，同样设置于载物平台4上。

张力传感器7，选用四个同类应变片式张力传感器7，分别对应设置于四根柔索3上，分别为第一张力传感器、第二张力传感器、第三张力传感器、第四 张力传感器。

所述视觉传感器8，选用两个同类CCD视觉摄像传感器，安装于视支架10上端和下端。

传感器组通过调理电路及无线收发电路与信号处理中心的测量工控机连接，信号处理电路的测量工控机通过第二通信装置与主控工控机连接。

所述传感器组包括一个重力传感器5、三个光栅位移传感器6、四个张力传感器7和两个视觉传感器8。其中重力传感器5和光栅位移传感器6安装在柔索并联机器人的载物平台4上，张力传感器7安装在在四根柔索3上。所述的三个光栅位移传感器6分别安装载物平台4上，三个光栅位移传感器6分别测量X方向、Y方向、Z方向的位移，四个在柔索3上的张力传感器7，每一组结构相同，两个视觉传感器8分别安装在支架10的顶部和底部，分别对并联机构的柔索3和重物进行视频监控。各个传感器都连接到信号调理电路。

所述的信号处理电路包括信号调理电路、模/数转换电路、微控制器、无线信号收发芯片、无线信号天线和测量工控机。其中两个无线信号收发芯片分别与两个无线信号天线连接并形成两个收发信号组，信号调理电路与模数转换电路相连，模数转换电路与微控制器连接，从微控制器接到一组无线信号发送芯片，另一个收发信号组接入测量工控机。

所述的无线收发为UWB无线收发芯片和PCB天线组成，其中UWB无线发射芯片的输出端与PCB天线连接，接收芯片的输入端与天线连接，UWB发射芯片再分别于微控制器和测量工控机连接。

三自由度混合驱动柔索并联机器人的载物平台4放入重物块，并准备牵引重物块运动时，检测装置开始工作。检测系统开始初始化，载入系统运行时的初始设定的危险阈值；安装在并联机器人上的一个重力传感器5、三个张力传感器7和四个光栅位移传感器6这三类传感器开启，开始对柔索3张力、重物块重量、载物平台4位移进行实时无间断检测，并将三类传感器检测中所得信号通过信号调理电路处理、模/数转换，将信号进行滤波、放大、再滤波、调理、去噪处理，并将传感器采集的模拟信号转换为数字信号，不断传送到微控制器；微控制器将初步处理过的信号组再次调解成可无线发送信号后，通过无线信号发送芯片、无线信号接收芯片和两组天线完成检测信号组从微控制器到测量工控机的传送；测量工控机将对检测信号组进行初步判断，对比传感器得到的信 号，检查各类信号是否超出危险阈值，从而判断出并联机器人在运行时是否有故障产生，并将检测后产生的检测信号发送到主控控制器。

如果测量工控机判断出检测信号超出危险阈值，将通过第二通信装置把检测信号发送给主控工控机；主控工控机对接收到的检测信号进行更为详尽的分析和处理，完成并联机器人的力学计算、控制系统解算，定位到具体故障点、完成现场状态呈现并通过显示设备显示故障点，并调用视频子系统，运算出控制视觉传感器8的伺服电机的转角与转速，位于平台顶部的传感器主要检测4根柔索3的实时状态，并由伺服电机进行控制，构成反馈；位于平台底部的传感器主要检测重物块以及载物平台4的实时状态，由主控制机直接控制，两个视频传感器共同工作，从而定位到故障点。并通过显示设备显示故障点的动态视频实时状况，此外，主控工控机还将解算出的控制信号传送至并联机器人的控制系统中进行反馈控制；以保证能在第一时间内检测故障、记录故障、分析故障、修复故障以及接入控制系统用以调整故障；主控工控机、测量工控机、微控制器之间以串行总线方式和无线信号收发进行通信，构成一个通信网络系统。与主控工控机连接的报警电路根据主控工控机发出报警声和/闪烁报警灯。

所述的混合驱动控制器13共有四组，每一组结构相同，包括混合驱动机构、光电编码器、变频器和驱动器，可编程逻辑控制器的输出端与变频器和驱动器的输入端连接，变频器和驱动器的输出端与混合驱动机构连接，光电编码器的输出端与可编程逻辑控制器的输入端连接。

所述的混合驱动机构包括交流三相异步电机、交流伺服电机和双曲柄连杆机构，交流三相异步电机和交流伺服电机分别与双曲柄连杆机构的两个曲柄相连接，交流三相异步电机、交流伺服电机两种类型的输入通过连杆铰接合成；交流三相异步电机与变频器连接，交流伺服电机与驱动器连接，四根柔索3的末端与柔索并联机器人的载物平台4连接，四组混合驱动机构均与一台可编程逻辑控制器连接，四组变频器、四组伺服驱动器、四组混合驱动机构硬件布置及连线均相同。

所述第一通信装置或第二通信装置包括RS-232或RS-485或网线或USB通信装置。

所述的混合驱动机构包括交流三相异步电机、交流伺服电机和双曲柄连杆机构，交流三相异步电机和交流伺服电机分别与双曲柄连杆机构的两个曲柄相 连接，交流三相异步电机为双曲柄连杆机构提供主要的动力功率，交流伺服电机控制双曲柄连杆机构的柔性输出，而这两种类型的输入运动通过连杆铰接合成，这样使混合驱动机构在保证输出运动的同时，混合驱动机构的动力分配等特性也得到改善。混合驱动机构由做常速运动的交流三相异步电机和做变速运动的交流伺服电机的两个电机共同驱动，交流三相异步电机提供主要功率并通过变频器进行调速以保证交流三相异步电机转速恒定，交流伺服电机主要对柔索并联机器人运动提供控制调节作用，通过四根柔索3协同牵引控制柔索并联机器人的载物平台4高精度运动，而四组混合驱动机构的联动是通过一台可编程逻辑控制器来控制实现，四组变频器、四组伺服驱动器、四组混合驱动机构硬件布置及连线均相同。

所述的第一通信装置和第二通信装置选用专用通信RS-232/RS-485转换器用于主控工控机、可编程逻辑控制器和测量工控机之间的通信。所述主控工控机负责机器人系统轨迹规划、人机交互、系统维护，数据的保存、处理、显示、优化等多方面的功能。所述可编程逻辑控制器负责互联的四组混合驱动柔索3牵引系统的位置协调控制。所述测量工控机负责对测量数据的采集、处理、运行状态信息实时传送至主控工控机。主控工控机、测量工控机与可编程逻辑控制器之间采用ISA总线相连，用于设备的设置、程序下载和运行中的数据传递。所述的传感器测得混合驱动柔索并联机器人所需的信号，并将信号传送到测量工控机，测量工控机实时处理测量数据并通过通信装置把测量数据发送给主控工控机，主控工控机对接收到的信号进行分析处理，形成控制误差信号通过通信装置传送给可编程逻辑控制器，可编程逻辑控制器对控制指令进行分析，计算出控制信号下发给混合驱动控制器13，混合驱动控制器13驱动四根柔索3的协调收放实现柔索并联机器人的运动，进而构成一个大的闭环传递过程。

所述显示设备包括LED显示器、LCD显示器等。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。