一种教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统，所述的控制系统包括主站控制计算机和控制器，所述控制器包括DSP芯片控制器、集成芯片处理器、图像采集模块、无线传输模块和ARM控制器，DSP芯片控制器和ARM控制器均与主站控制计算机通信连接，DSP芯片控制器、图像采集模块、无线传输模块与ARM控制器之间通信连接，四台永磁直流伺服电机均与DSP芯片控制器通信连接，多个避障位移传感器、定位传感器、加速度传感器均与DSP芯片控制器和ARM控制器通信连接。本发明的教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统计算速度快，使关节机器人手臂转向灵活、动作稳定精确、体积小巧，性能稳定。
【专利说明】
一种教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统，属于装配作业 的四关节机器人手臂应用领域。
【背景技术】
[0002]在工业生产中，工业机器人可以代替人类做一些比较单调、比较频繁和重复率较 高的长时间作业，或是在危险、恶劣环境下的作业，一般用作搬取零件和装配工作，在微电 子制造业、塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域得到广泛的应 用，它对于提高生产自动化水平、劳动生产率和经济效益、保证产品质量、保障人身安全、改 善劳动环境，减轻劳动强度、节约原材料消耗以及降低生产成本等有着十分重要的意义。 [0003] SCARA工业机器人即装配作业的机器人手臂是一种圆柱坐标型的工业机器人，它 依靠旋转关节大臂和小臂来实现X-Y平面内的快速定位，依靠一个手腕移动关节和一个手 腕旋转关节在Z方向上做伸缩和旋转运动，其具有四个运动自由度，该系列的操作手在其动 作空间的四个方向具有有限刚度，而在剩下的其余两个方向上具有无限大刚度。这种结构 特性使得SCARA机器人擅长从一点抓取物体，然后快速的安放到另一点，因此SCARA机器人 在自动装配生产线上得到了广泛的应用。SCARA机器人结构紧凑、动作灵活，速度快、位置精 度高，它的使用大大提高了机器人对复杂装配任务的适应性，同时也降低了成本，提高了工 作空间利用率。
[0004] SCARA机器人结合了多学科知识，对于提升在校学生的动手能力、团队协作能力和 创新能力，促进学生课堂知识的消化和扩展学生的知识面都非常有帮助。教学用SCARA机器 人技术的开展可以培养大批相关领域的人才，进而促进相关领域的技术发展和产业化进 程。但是SCARA机器人在搬运货物过程中要时刻判断主控制器输入的位置参数，并判断周围 的环境时刻避障，然后由运动控制器反复控制其精确的加速和减速进行搬运货物，稍微的 误差累计就有可能在多回合运动中导致运输失败。国内对SCARA机器人的使用虽然有几十 年，但是由于国内工业机器人发展起步比较晚，受较多关键技术的影响，SCARA机器人的发 展也受所影响，传统的机器人原理如图1所示，在长期使用期间出现众多问题： (1)在SCARA机器人多轴伺服控制系统中，基于单片机或者是DSP的控制系统都需要编 写伺服控制软件，使得系统开发周期较长，而且大大降低了系统的运算速度，并且程序可移 植能力较差。
[0005] (2)在大多数情况下，随着时间的积累，搬运会存在一定的位置误差，依靠人工引 导到零位置的方法，不仅精确度不高，而且也不利于高密度搬运等工作。
[0006] (3)在SCARA大批量搬运过程中，搬运误差和质量问题时有发生，如果不将类似问 题检查出来，会为以后的运动过程留下隐患。目前对于SCARA工作的检测，主要依靠人工目 测等检验方法实现，这不仅存在主观因素影响大、劳动强度高、工作效率低等弊端，而目在 短时间内人工大批量检验SCARA工作结果也不现实。
[0007] (4)在SCARA大批量搬运生产中，有时会有重要的临时任务加入，普通的SCARA往往 通过停机的方式完成，造成效率较低。
【发明内容】
[0008] 本发明主要解决的技术问题是提供一种教学用无线传输三核快速关节机器人控 制系统，该教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统计算速度快，使关节机器人手臂 转向灵活、动作稳定精确、体积小巧，系统性能稳定，抗干扰能力强，可以远距离无线监控机 器人操作。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种教学用无线传输三核 快速关节机器人控制系统，所述关节机器人采用永磁直流伺服电机X驱动机器人大臂旋转 运动、采用永磁直流伺服电机Y驱动机器人小臂旋转运动、采用永磁直流伺服电机Z驱动机 器人手腕旋转运动、采用永磁直流伺服电机R驱动机器人手腕升降运动，所述机器人大臂上 安装有避障位移传感器Sl、避障位移传感器S2和加速度传感器Al，所述机器人小臂上安装 有避障位移传感器S3、避障位移传感器S4和加速度传感器A2，所述机器人手腕上安装有定 位传感器S5和加速度传感器A3,所述的控制系统包括主站控制计算机和控制器，所述控制 器包括DSP芯片控制器、集成芯片处理器、图像采集模块、无线传输模块和ARM控制器，所述 图像采集模块与无线传输模块之间通信连接，所述DSP芯片控制器、集成芯片处理器、无线 传输模块和ARM控制器均与所述主站控制计算机通信连接，所述DSP芯片控制器、集成芯片 处理器、无线传输模块和ARM控制器彼此之间通信连接，所述永磁直流伺服电机X、永磁直流 伺服电机Y、永磁直流伺服电机Z和永磁直流伺服电机R均与所述集成芯片处理器通信连接， 所述避障位移传感器Sl、避障位移传感器S2、避障位移传感器S3、避障位移传感器S4、定位 传感器S5、加速度传感器Al、加速度传感器A2和加速度传感器A3均同时与所述DSP芯片控制 器、集成芯片处理器和ARM控制器通信连接。
[0010] 在本发明一个较佳实施例中，还包括为所述关节机器人和控制系统提供电源的主 电源和备用电源，所述关节机器人中的各个所述电机和传感器以及控制系统中的控制器均 与所述主电源和/或备用电源电性连接。
[0011] 在本发明一个较佳实施例中，所述永磁直流伺服电机X、永磁直流伺服电机Y、永磁 直流伺服电机Z和永磁直流伺服电机R上匀设置有光电编码器，所述光电编码器与所述集成 芯片处理器电性连接。
[0012] 在本发明一个较佳实施例中，所述图像采集模块为CCD摄像头组件。
[0013] 在本发明一个较佳实施例中，所述图像采集模块内设置有解码芯片。
[0014] 本发明的有益效果是:本发明的教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统计 算速度快，使关节机器人手臂转向灵活、动作稳定精确、体积小巧，性能稳定，抗干扰能力 强，可以远距离无线监控机器人操作。
【附图说明】
[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 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发明的一些实施例，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它 的附图，其中： 图1为传统SCARA机器人控制器原理图； 图2为基于四轴永磁直流伺服电机SCARA机器人二维结构图； 图3为DSP控制器与集成芯片处理器连接示意图； 图4为基于三核四轴永磁直流伺服电机SCARA机器人控制器原理图； 图5为基于三核四轴永磁直流伺服电机SCARA机器人程序框图； 图6为基于三核四轴永磁直流伺服电机运动原理图； 图7为四轴电机加减速曲线图； 图8为本发明的教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统结构示意图。
[0016] 附图中各部件的标记如下：1、主站控制计算机，2、控制器，3、DSP芯片控制器，4、 ARM控制器，5、主电源，6、备用电源，7、永磁直流伺服电机X，8、永磁直流伺服电机Y，9、永磁 直流伺服电机Z，10、永磁直流伺服电机R，11、光电编码器，12、避障位移传感器Sl，13、避障 位移传感器S2，14、避障位移传感器S3，15、避障位移传感器S4，16、定位传感器S5，17、加速 度传感器Al，18、加速度传感器A2，19、加速度传感器A3，20、无线传输模块，21、图像采集模 块，22、解码芯片，23、集成芯片处理器。
【具体实施方式】
[0017] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范 围。
[0018] 请参阅图2至图8,本发明实施例包括:一种教学用无线传输三核快速关节机器人 控制系统，该机器人为基于四轴永磁直流伺服电机的SCARA机器人，即所述关节机器人采用 永磁直流伺服电机X7驱动机器人大臂旋转运动、采用永磁直流伺服电机Y8驱动机器人小臂 旋转运动、采用永磁直流伺服电机Z9驱动机器人手腕旋转运动、采用永磁直流伺服电机RlO 驱动机器人手腕升降运动，所述机器人大臂上安装有避障位移传感器Sl 12、避障位移传感 器S2 13和加速度传感器Al 17,所述机器人小臂上安装有避障位移传感器S3 14、避障位移 传感器S4 15和加速度传感器A2 18,所述机器人手腕上安装有定位传感器S5 16和加速度 传感器A3 19。
[0019] 所述的控制系统包括主站控制计算机1和控制器2,所述控制器2包括DSP芯片控制 器3、集成芯片处理器23、图像采集模块21、无线传输模块20和ARM控制器4,所述图像采集模 块21与无线传输模块20之间通信连接，所述DSP芯片控制器3、集成芯片处理器、无线传输模 块20和ARM控制器4均与所述主站控制计算机1通信连接，所述DSP芯片控制器3、集成芯片处 理器23、无线传输模块20和ARM控制器4彼此之间通信连接。所述永磁直流伺服电机X7、永磁 直流伺服电机Y8、永磁直流伺服电机Z9和永磁直流伺服电机RlO均与集成芯片处理器23通 信连接，所述避障位移传感器Sl 12、避障位移传感器S2 13、避障位移传感器S3 14、避障位 移传感器S4 15、定位传感器S5 16、加速度传感器Al 17、加速度传感器A2 18和加速度传感 器A3 19均同时与所述DSP芯片控制器3、集成芯片处理器23和ARM控制器4通信连接。
[0020] 优选地，本发明的教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统还包括为所述关 节机器人和控制系统提供电源的主电源5和备用电源6,所述关节机器人中的各个所述电机 和传感器以及控制系统中的控制器2均与所述主电源5和/或备用电源6电性连接。
[0021] 优选地，所述永磁直流伺服电机X 7、永磁直流伺服电机Y 8、永磁直流伺服电机Z 9和永磁直流伺服电机RlO上匀设置有光电编码器11，所述光电编码器11与所述集成芯片处 理器23电性连接。
[0022]优选地，所述图像采集模块21为CCD摄像头组件，所述图像采集模块21内设置有解 码芯片22。
[0023] CCD是一种光电转换式图像传感器，它利用光电转换原理把图像信息直接转换成 电信号，实现非电量的电测量，同时它还具有体积小、重量轻、噪声低、自扫描、工作速度快、 测量精度高、寿命长等诸多优点。为了及时处理搬运结果，本系统加入了基于CCD的实时图 像采集和无线传输系统。CCD摄像头输出模拟信号，通过解码芯片22对其进行解码，变成可 编程的数字信号，便于ARM对数字图像的处理和存储，然后通过无线系统与主站进行通讯和 传输。
[0024]本发明的控制系统采用DSP芯片控制器3+集成芯片处理器23(即LM628芯片，一种 美国国家半导体公司生产的大规模集成芯片）+ARM控制器4三核控制器，在电源打开状态 下，ARM控制器先对机器人备用电源SOC(荷电状态)和主电源进行判断，如果备用能源较低， 控制器将会通过无线装置向总站发出报警信号；如果备用电源和主电源工作正常，先由主 站控制计算机1通过无线传输模块20把搬运货物位置信息输入给ARM，由ARM计算出机器人 伺服系统的参数;SCARA机器人依靠图像采集系统自动引导到零位置，机器人先进入自锁状 态，一旦主站控制计算机1发出搬运命令，机器人携带的避障传感器、定位传感器和加速度 传感器均开启，SCARA机器人按照设定ARM优化的搬运路径快速搬运，DSP与LM628通讯， LM628按照伺服参数和传感器反馈实时调整SCARA机器人永磁直流伺服电机X、永磁直流伺 服电机Y、永磁直流伺服电机Z和永磁直流伺服电机R的PWM输出，实现四台永磁直流伺服电 机的实时伺服控制，DSP实时采集机器人运动信息并通过无线装置向总站传输;CCD摄像头 实时检测搬运结果，ARM对数字图像的处理和存储并通过无线系统传输，主站通过图像对比 技术自动检测搬运结果。如果ARM对搬运某一个位置有疑问，将与DSP通讯，DSP通过LM628使 SCARA机器人停车，然后主站通过图像对比对搬运信息进行判断，确认无误后通过无线装置 二次启动SCARA机器人继续未完成的任务;主站通过无线装置实时与ARM通讯传输新加入搬 运货物位置信息，由ARM更新机器人伺服系统参数，并与DSP通讯。
[0025] 参照图1，图2,图3和图4、图5、图6、图7,其具体的功能实现如下： DSCARA机器人电源打开后，ARM会对备用电源SOC和主电源进行判断，如果备用电源 SOC较低时，DSP将禁止控制四台永磁直流伺服电机的LM628工作，电机输入PffM波控制信号 被封锁，同时报警传感器将工作并通过无线装置向总站发出报警信号；如果电池 SOC正常， SCARA机器人进入待工作状态，等待工作命令。
[0026] 2)主站通过无线装置把大臂、小臂长度和升降杆长度等信息传入到ARM控制器， ARM控制器开启CCD图像采集系统，SCARA机器人依靠图像采集通过DSP开通LM628自动引导 SCARA机器人到设定工作的零位置位，SCARA机器人设定各个旋转角度螂=焉==?*，手 腕上升高度Wf= ?。
[0027] 3 )为了满足SCARA机器人的加减速运动需要，本发明采用如图7的运动时间梯形 图，此梯形图包含的面积就是机器人大臂、小臂和手腕要旋转的角度或者是手腕升降的高 度，为了方便控制，本发明采用单一加速度模式。
[0028] 4)无线装置发出运动模式，SCARA机器人通过ARM读取其工作模式，如果是人工工 作模式，主站开始与ARM控制器通讯，由主站输入SCARA机器人大臂、小臂和手腕需要旋转的 角度1?,?以及SCARA机器人手腕需要上升或者是下降的高度衊给ARM控制器，ARM控制 器根据Denavit-Hartenberg算法开始机器人位置和姿态正向求解:ARM控制器首先根据 SCARA机器人大臂、小臂和手腕需要旋转的角度巧，咚，巧以及3041^机器人手腕需要上升的 高度*计算出相邻两杆件坐标系之间的位姿矩阵I 01:，M12，，Mw，并用各自用4*4二 维数组标志，碼《，M k，M25，Mw分别表示如下：
[0029] ARM控制器然后通过公式Mtw 就可以求出手腕执行器完成任务 后的位置和姿态，并与DSP通讯，传输人工输入参数给DSP。
[0030] 5)无线装置发出运动模式，SCARA机器人读取其工作模式，主站开始与ARM控制器 通讯，由主站输入SCARA机器人所处的初始位置和给定位置三维坐标给ARM控制器，ARM控制 器根据Denavit-Hartenberg算法开始机器人逆向求解:ARM控制器首先根据大臂、小臂长度 以及最终的三维坐标中的X和Y坐标求出大臂需要旋转的角度巧，并借助咚的值求出蜷的值， 并根据三维坐标中的Z坐标求出手腕上升或降低的高度禽，最终求出旋转角度武，由于在求 解各的时候方程具有双解，所以SCARA机器人求出大臂、小臂和手腕需要旋转的角度磉，咚， 咚以及SCARA机器人手腕需要上升的高度:rf 3后，ARM控制器会对求解结果进行优化，然后ARM 控制器与DSP通讯，把机器人最有伺服运动参数传输给DSP控制器。
[0031] 6)DSP控制器接受SCARA机器人大臂、小臂和手腕需要旋转的角度峪，咚，芎以及 SCARA机器人手腕需要上升的高度A后，大臂、小臂和手腕上的传感器S1~S5将开启，首先 SCARA机器人对各个旋转臂旋转角度内的障碍物进行判断，如存在障碍物将向DSP发出中断 请求，DSP会对中断做第一时间响应，然后DSP禁止四轴LM628工作，四轴永磁直流伺服电机 PWM波控制信号被封锁，SCARA机器人禁止永磁直流伺服电机X、永磁直流伺服电机Y、永磁 直流伺服电机Z和电机永磁直流伺服电机R工作，机器人自锁在原地;然后ARM通过无线装置 向总站发出中断请求，为了防止信息误判，总站二次判断运动范围内的障碍物信息，由总站 人为处理障碍物，防止障碍物影响搬运工作。
[0032] 7)如果总站二次通过图像采集结果确定无障碍物进入运动区域，将通过无线装置 与DSP通讯，DSP控制器按照图7的速度时间曲线对运动位置进行分解，DSP首先把三个旋转 角度咚，珲，吸转化为三台永磁直流伺服电机的加速度、速度和位置初始指令值，然后DSP与 LM628通讯，LM628结合电机X、电机Y和电机Z的光电编码器反馈，经LM628内部伺服调节程序 生成电机X、电机Y和电机Z的PffM波控制信号，PWM波控制信号经驱动桥放大后驱动各个电机 运动。DSP控制器根据输入偏差大小实时调整LM628内部伺服控制程序的PID参数，LM628控 制器通过调整永磁直流伺服电机的驱动脉冲数目调整其旋转角度，通过调整永磁直流伺服 电机控制信号的频率实现角速度快慢的变化，使三轴永磁直流伺服电机时刻同步工作，DSP 时刻记录机器人已经运动的位置参数，并通过无线实时向总站传输。
[0033] 8)在SCARA机器人移动过程中，传感器S1~S4时刻对运动范围内的移动障碍物进行 判断，如果有障碍物进入运动范围，DSP立即通过LM628使SCARA机器人的大臂、小臂和手腕 按照图7的减速运动曲线立即停车，DSP控制器记录下当前旋转角度和，线，咚信息，并通过 无线与主站通讯;等障碍物消失后，主站通过无线与ARM通讯，重新计算对新位置的旋转角 度H劣，然后DSP控制LM628按照图7的运动曲线重新经过三段运动轨迹:加速运动、匀 速运动和减速运动，最终到达设定点。
[0034] 9)在移动过程中，DSP时刻记录加速度计反馈的大臂、小臂和手腕旋转的角加速 度，控制器通过二次积分得到大臂、小臂和手腕的旋转角度，并与设定的位置角度值相比 较，如果偏差大于设定阀值，DSP把这个偏差转化为三台永磁直流伺服电机新的加速度、速 度和位置初始指令值，在下一个采样周期，DSP与LM628通讯，LM628结合电机X、电机Y和电机 Z电机光电编码器反馈的反馈，经LM628内部伺服调节程序生成电机X、电机Y和电机Z的PWM 波控制信号，PWM波控制信号经驱动桥放大后驱动各个电机运动。DSP控制器根据输入偏差 大小实时调整LM628内部伺服控制程序的PID参数，LM628控制器通过调整永磁直流伺服电 机的驱动脉冲数目调整其旋转角度，通过调整永磁直流伺服电机控制信号的频率实现角速 度快慢的变化，进而消除上一个采样周期产生的误差，使SCARA机器人按照设定轨迹完成任 务。
[0035] 10)在SCARA机器人运动过程中，DSP会时刻储存所经过的SCARA机器人所处的位置 或者是经过的参考点，并根据这些距离信息由DSP计算得到相对下一个参考点SCARA机器人 永磁直流伺服电机X、永磁直流伺服电机Y、永磁直流伺服电机Z分别要运行的角度、角度速 度和角加速度，LM628结合电机X、电机Y和电机Z电机光电编码器反馈的反馈，经内部伺服调 节程序生成电机X、电机Y和电机Z的PffM波控制信号，PffM波控制信号经驱动桥放大后驱动各 个电机运动。DSP控制器根据输入偏差大小实时调整LM628内部伺服控制程序的PID参数，通 过调整永磁直流伺服电机的驱动脉冲数目调整其旋转角度，通过调整永磁直流伺服电机控 制信号的频率实现角速度快慢的变化，使SCARA机器人按照设定速度快速前行。
[0036] 11)在SCARA机器人完成三轴旋转角度H今的伺服控制后，DSP二次检测加速 度传感器的积分值，如果发现SCARA机器人在运动过程受到外界干扰后三个旋转角度^，咚， 砵与设定角度的误差超过设定阀值时，CXD图像采集系统实时采集搬运信息，经ARM处理后 通过无线装置向总站发出图像传输请求，总站通过图像对比技术自动检测搬运结果，如果 确实存在一定误差，总站通过无线装置开始与DSP通讯，DSP把三个旋转角度偏差，Ag， 转化为三台永磁直流伺服电机位置微调的加速度、速度和位置初始指令值，然后DSP与 LM6 28通讯，LM6 28结合电机X、电机Y和电机Z电机光电编码器反馈的反馈，经LM6 28内部伺服 调节程序生成电机X、电机Y和电机Z的PffM波控制信号，PWM波控制信号经驱动桥放大后驱动 各个电机运动。DSP控制器根据输入偏差大小实时调整LM628内部伺服控制程序的PID参数， LM628控制器通过调整永磁直流伺服电机的驱动脉冲数目调整其旋转角度，通过调整永磁 直流伺服电机控制信号的频率实现角速度快慢的变化，通过三轴永磁直流伺服电机的再次 工作使机器人大臂、小臂和手腕到达设定位置。
[0037] 12)当SCARA机器人的大臂、小臂和手腕完成角度螂，蜱，咚的角度补偿到达设定位 置后，DSP按照图7的速度时间曲线，把手腕要升降的距离七转化为永磁直流伺服电机R的加 速度、速度和位置初始指令值，然后DSP与LM628通讯，LM628结合电机R光电编码器的反馈， 经内部伺服调节程序生成电机R的ΠΜ波控制信号，PBi波控制信号经驱动桥放大后驱动各 个电机运动。DSP控制器根据输入偏差大小实时调整LM6 28内部伺服控制程序的PID参数， DSP控制器通过调整永磁直流伺服电机的驱动脉冲数目调整其旋转角度，通过调整永磁直 流伺服电机控制信号的频率实现角速度快慢的变化，使手腕平稳在设定时间内到达设定位 置。
[0038] 13)在运动过程中如果SCARA机器人发现位置参数求解出现死循环将向ARM发出中 断请求，ARM会对中断做第一时间响应，ARM控制器将立即与DSP通讯，DSP立即通过LM628封 锁四台永磁直流伺服电机的控制信号，然后机器人原地自锁，ARM控制器通过无线装置与主 站进行通讯，CCD时刻采集周围信息并通过无线传输，主站对图像采集信息进行分析，并根 据采集结果二次重新启动SCARA机器人，通过无线装置二次向SCARA机器人重新输入搬运信 息。
[0039] 14 )装在永磁直流伺服电机X、永磁直流伺服电机Y、永磁直流伺服电机Z、永磁直流 伺服电机R上的光电编码器会输出其位置信号A和位置信号B，光电编码器的位置信号A脉冲 和B脉冲逻辑状态每变化一次，DSP内的位置寄存器会根据电机的运行方向加1或者是减1; 光电编码器的位置信号A脉冲和B脉冲和Z脉冲同时为低电平时，就产生一个INDEX信号给 DSP内部寄存器，记录永磁直流伺服电机的绝对位置，然后换算成SCARA机器人大臂、小臂或 者是手腕在三维坐标系统中的具体位置，DSP通过无线装置实时向总站发出数据传输信息。
[0040] 15)SCARA机器人在运行过程ARM控制器时刻对AC交流主电源进行监控，如果控制 器发现主电源出现故障突然断电时，ARM会与DSP通讯，并开通备用电源，由备用电源为四轴 永磁直流伺服电机提供能量，DSP通过LM628内部伺服调节程序实时调整四台永磁直流伺服 电机的Pmi输出，LM628控制器通过调整永磁直流伺服电机的驱动脉冲数目调整其旋转角 度，通过调整永磁直流伺服电机控制信号的频率实现角速度快慢的变化，使SCARA机器人完 成这次搬运任务，然后DSP控制LM628封锁四路永磁直流伺服电机的PffM控制信号，机器人原 地自锁;SCARA机器人通过ARM与主站通过无线进行通讯，通知主站进行检修。
[0041] 16)在SCARA机器人在搬运过程中，如果主站有新的任务输入，主站先通过无线装 置与ARM通讯并传输新的工作任务，ARM控制器计算出新的伺服控制位置参数并与DSP通讯， DSP首先完成当前的任务，并更新下一个伺服控制的位置参数。
[0042] 17)在SCARA机器人在搬运过程中，主站会对基于CCD的采集图像进行自动分析对 比，如发现问题某一位置存在问题时，主站先通过无线装置与DSP通讯，DSP首先通过LM628 完成当前任务并在设定零位置停车，有主站自动检测搬运结果，自动检测完毕后通过ARM更 新DSP下一个伺服控制的位置参数。
[0043] 18)在SCARA机器人多轴伺服系统工作过程中，如果DSP伺服控制器检测到某一个 永磁直流伺服电机的转矩出现脉动，由于本发明采用的永磁直流伺服电机力矩与电机电流 成正比例，因此控制器会很容易补偿此干扰，并根据干扰大小DSP实时调整LM628内部的PID 参数，减少了电机转矩扰动对SCARA机器人运动过程的影响。
[0044] 19)当SCARA机器人完成任务，实现位置归零时，其携带的加速度传感器A1~A3会时 刻检测其加速度，当加速度超过预设阀值时，在下一个周期DSP控制器会通过LM628修正上 一个周期带来的误差，同时基于CCD图像采集系统实时工作，并引导机器人自动导引到机器 人设定零位置，SCARA机器人按照图7的速度-时间运动曲线实现从某一点到零位的归位，然 后零位自锁，等待下一个搬运命令。
[0045] 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. 一种教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统，其特征在于，所述关节机器人 采用永磁直流伺服电机X驱动机器人大臂旋转运动、采用永磁直流伺服电机Y驱动机器人小 臂旋转运动、采用永磁直流伺服电机Z驱动机器人手腕旋转运动、采用永磁直流伺服电机R 驱动机器人手腕升降运动，所述机器人大臂上安装有避障位移传感器S1、避障位移传感器 S2和加速度传感器Al，所述机器人小臂上安装有避障位移传感器S3、避障位移传感器S4和 加速度传感器A2,所述机器人手腕上安装有定位传感器S5和加速度传感器A3,所述的控制 系统包括主站控制计算机和控制器，所述控制器包括DSP芯片控制器、集成芯片处理器、图 像采集模块、无线传输模块和ARM控制器，所述图像采集模块与无线传输模块之间通信连 接，所述DSP芯片控制器、无线传输模块和ARM控制器均与所述主站控制计算机通信连接，所 述DSP芯片控制器、集成芯片处理器、无线传输模块和ARM控制器彼此之间通信连接，所述永 磁直流伺服电机X、永磁直流伺服电机Y、永磁直流伺服电机Z和永磁直流伺服电机R均与所 述集成芯片处理器通信连接，所述避障位移传感器S1、避障位移传感器S2、避障位移传感器 S3、避障位移传感器S4、定位传感器S5、加速度传感器Al、加速度传感器A2和加速度传感器 A3均同时与所述DSP芯片控制器、集成芯片处理器和ARM控制器通信连接。2. 根据权利要求1所述的教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统，其特征在于， 还包括为所述关节机器人和控制系统提供电源的主电源和备用电源，所述关节机器人中的 各个所述电机和传感器以及控制系统中的控制器均与所述主电源和/或备用电源电性连 接。3. 根据权利要求1所述的教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统，其特征在于， 所述永磁直流伺服电机X、永磁直流伺服电机Y、永磁直流伺服电机Z和永磁直流伺服电机R 上匀设置有光电编码器，所述光电编码器与所述集成芯片处理器电性连接。4. 根据权利要求1至3任一项所述的教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统，其 特征在于，所述图像采集模块为CCD摄像头组件。5. 根据权利要求4所述的教学用无线传输三核快速关节机器人控制系统，其特征在于， 所述图像采集模块内设置有解码芯片。
【文档编号】B25J9/18GK105922270SQ201610409059
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】张好明
【申请人】江苏若博机器人科技有限公司