一种六自由度串联机器人的控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人控制系统技术领域，尤其是一种六自由度串联机器人的控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着机器人在各领域的发展、机器人系统的不断升级，人们对机器人的控制要求也越来越高，既要保证机器人的控制精度，又要保证机器人控制的可靠性、安全性以及机器人应用场合的多样化；现有的六自由度串联机器人控制系统大部分是封闭的，虽然这种机器人控制简单，但只能针对特定的作业任务完成工作，而且每次应用机器人都要通过示教盒对其进行位置校正，不仅增加了机器人的操作复杂程度，控制的稳定性以及控制精度也难以保证，而且限制了机器人的应用领域。
【发明内容】
[0003]本发明的首要目的在于提供一种便于操作，能够实现对机器人的实时控制，控制精度高的六自由度串联机器人的控制系统。
[0004]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种六自由度串联机器人的控制系统，包括通过串口通信电路与上位机双向通讯的主控制器，其输出端分别与机器人手爪抓紧电路、驱动电路的输入端相连，驱动电路的输出端与安装在机器人手臂各关节处的电机相连；安装在机器人手臂各关节处的角度传感器、安装在机器人手爪处的压力传感器的信号输出端均与模拟信号处理电路的输入端相连，模拟信号处理电路的输出端与主控制器的输入端相连，所述主控制器采用MCF52259芯片。
[0005]所述驱动电路、电机的个数均为六个，所述角度传感器的个数为六个，所述压力传感器的个数为一个，所述模拟信号处理电路的个数为七个。
[0006]所述串口通信电路采用电平转换芯片ICL3232，其I脚通过电容C43与其3脚相连，其4脚通过电容C44与其5脚相连，其11、10、12、9脚分别与MCF52259芯片的18、16、15、17脚相连，其15脚接地，其6脚通过电容C46接地，其14、7、13、8脚分别与电感L2、L3、L4、L5的一端相连，电感L2、L3、L4、L5的另一端分别与RS232接口的8、2、7、3脚相连，RS232接口的11、10脚相连后通过电感L6接地；所述电感L2、L3、L4、L5、L6均为贴片式电感，所述电容C43、C44、C46均为贴片式电容。
[0007]所述驱动电路采用THB6064AH驱动芯片，其3、4、7、8、9、18、19、21、22脚分别与MCF52259 芯片的 108、109、120、122、123、126、127、11、121 脚相连；其 I 脚与发光二极管 D5的阴极相连，发光二极管D5的阳极通过电阻R13接+5V直流电；其15脚通过电阻R14接地；其16、14、12、10脚与电机的输入端相连；其11脚通过电阻R19接地；其23脚通过电阻R15接地；其24脚分两路输出，一路接+5V直流电，另一路通过电容C27接地；其25脚与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端分别与电阻R16、电阻R17、THB6064AH驱动芯片的5脚相连，电阻R17的另一端接+5V直流电，电阻R16的另一端与电阻R15共地；所述电阻R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19均为贴片式电阻，所述电容C27为贴片式电容。
[0008]所述模拟信号处理电路包括电阻R67，其一端与角度传感器或压力传感器的信号输出端相连，其另一端分别与电阻R65、R64的一端相连，电阻R64的另一端接地，电阻R65的另一端分别与电阻R69、电容C53的一端相连，电阻R69的另一端与运放U9A的正相输入端相连，运放U9A的正相输入端通过电容C54接地，电容C53的另一端与运放U9A的输出端相连，运放U9A的反相输入端分别与电阻R66、电阻R68的一端相连，电阻R66的另一端接地，电阻R68的另一端与运放U9A的输出端相连，运放U9A的输出端与MCF52259芯片的66脚相连，所述运放U9A采用NE5532P芯片；所述电阻R66、R67、R68、R69均为贴片式电阻，所述电容C53、C54均为贴片式电容。
[0009]所述机器人手爪抓紧电路包括三极管Q102，其基极与MCF52259芯片的57脚相连，其发射极接地，其集电极通过电阻R170与发光二极管DllO的阴极相连，发光二极管DllO的阳极接+5V直流电，MOS管Q103的栅极接在电阻R170、三极管Q102的集电极之间，MOS管Q103的源极与三极管Q102的发射极共地，MOS管Q103的漏极分别与二极管D109的阳极、电磁阀的电磁线圈的一端相连，二极管D109的阴极与电阻R168的一端相连，电阻R168的另一端与电阻R169相连后接+24V直流电，电阻R169的另一端接电磁阀的电磁线圈的另一端，电磁阀安装在机器人手爪处。
[0010]本发明的另一目的在于提供一种六自由度串联机器人的控制系统的控制方法，该方法包括下列顺序的步骤:
(1)上电初始化，主控制器判断是否接收到上位机发送的命令信号，如果未接收到，返回本步骤继续判断；否则，进入下一步；
(2)通过角度传感器采集的信号判断手臂各关节是否在原点，若判断结果为是，则进入下一步，否则，手臂各关节处的电机趋向于原点转动，然后返回判断手臂各关节是否在原占.V，
(3)手臂关节处电机旋转，使机器人进入指定工作位置；
(4)通过角度传感器采集的信号判断机器人是否进入指定工作位置，若判断结果为是，则进入下一步，否则返回上一步；
(5)机器人手爪夹紧物体；
(6)通过压力传感器采集的信号判断是否抓取到物体，若判断结果为是，机器人将物体放到指定位置，完成工作，否则，返回上一步。
[0011 ] 由上述技术方案可知，通过本发明，工作人员可以根据具体工况要求，通过对主控制器进行编程，设置机器人的工作路径，机器人根据主控制器内已编写好的控制程序自动检测位置并完成工作，不仅减少了机器人不必要的操作，控制简单方便，而且可以通过改变控制程序使机器人应用在更多场合。此外，本发明采用32位MCF52259微控制器芯片作为主控制器，通过RS232与上位机进行串口通信，以及传感器反馈的信号，实现对机器人的实时控制，控制精度高，控制稳定可靠。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的电路框图。
[0013]图2、3、4、5、6分别为图1中的主控制器、串口通信电路、驱动电路、模拟信号处理电路、机器人手爪抓紧电路的电路原理图。
[0014]图7为本发明的控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0015]一种六自由度串联机器人的控制系统，包括通过串口通信电路I与上位机双向通讯的主控制器2，其输出端分别与机器人手爪抓紧电路5、驱动电路3的输入端相连，驱动电路3的输出端与安装在机器人手臂各关节处的电机相连；安装在机器人手臂各关节处的角度传感器、安装在机器人手爪处的压力传感器的信号输出端均与模拟信号处理电路4的输入端相连，模拟信号处理电路4的输出端与主控制器2的输入端相连，所述主控制器采用MCF52259芯片。所述驱动电路3、电机的个数均为六个，所述角度传感器的个数为六个，所述压力传感器的个数为一个，所述模拟信号处理电路4的个数为七个，如图1、2所示。所述主控制器2根据上位机发送的命令，发送脉冲信号给驱动电路3，驱动电路3工作并传送信号给电机，电机旋转，进而驱动被控对象即机器人手臂与手爪按要求运动；主控制器2根据接收到的传感器信号调整输出的脉冲信号，进而调整机器人的运动轨迹，使机器人按预先要求的轨迹运动。
[0016]如图3所示，所述串口通信电路I采用电平转换芯片ICL3232，其I脚通过电容C43与其3脚相连，其4脚通过电容C44与其5脚相连，其11、10、12、9脚分别与MCF52259芯片的18、16、15、17脚相连，其15脚接地，其6脚通过电容C46接地，其14、7、13、8脚分别与电感L2、L3、L4、L5的一端相连，电感L2、L3、L4、L5的另一端分别与RS232接口的8、2、7、3脚相连，RS232接口的11、10脚相连后通过电感L6接地；所述电感L2、L3、L4、L5、L6均为贴片式电感，所述电容C43、C44、C46均为贴片式电容。电平转换芯片ICL3232用于将TTL电平转换为RS232电平，连接RS232串行通信接口。
[0017]如图4所示，所述六个驱动电路3的结构相同，以其中一个驱动电路3为例，所述驱动电路3采用THB6064AH驱动芯片，其3、4、7、8、9、18、19、21、22脚分别与MCF52259芯片的108、109、120、122、123、126、127、11、121脚相连；其I脚与发光二极管D5的阴极相连，发光二极管D5的阳极通过电阻R13接+5V直流电；其15脚通过电阻R14接地；其16、14、12、10脚与电机的输入端相连；其11脚通过电阻R19接地；其23脚通过电阻R15接地；其24脚分两路输出，一路接+5V直流电，另一路通过电容C27接地；其25脚与电阻R18的一端相连，电阻R18的另一端分别与电阻R16、电阻R17、THB6064AH驱动芯片的5脚相连，电阻R17的另一端接+5V直流电，电阻R16的另一端与电阻R15共地；所述电阻R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19均为贴片式电阻，所述电容C27为贴片式电容。当芯片起到过流或过温保护时，发光二极管D5通过电流，变亮；24V电压为电机的驱动电源信号。PT1脚和PTIl脚用于选择电机的衰减方式，PTI2脚、PTI3脚和PTI4脚用于选择电机的细分功能，PTI5脚选择芯片的使能，PTI6脚为芯片复位信号，PTI7脚用于选择电机的正反转，PWMO脚给芯片提供脉冲信号，控制电机转动角度。
[0018]如图5所示，所述七个模拟信号处理电路4的结构相同，以其中一个模拟信号处理电路4为例，所述模拟信号处理电路4包括电阻R6