專利名稱：具有plc功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)器人控制技術(shù)，特別涉及一種具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng),米用不教器+主控制器(一般為工控機(jī))的方案，其示教器通常與主控制器分開，分別由不同的處理器執(zhí)行，主控制器一般由工控機(jī)完成，成本高，體積大，同時(shí)由于工控機(jī)的價(jià)格昂貴、可靠性低，使其很難滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求。采用PLC控制I/O輸入輸出，能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人及其外圍設(shè)備的自動(dòng)控制，對(duì)氣動(dòng)、電動(dòng)或混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較好的通用性，可靠性高、故障率低，但是若單獨(dú)采用PLC產(chǎn)品，成本高，同時(shí)若需要監(jiān)控I/O狀態(tài)，還需另外配置顯示設(shè)備(如觸摸屏顯示器)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型是針對(duì)工業(yè)機(jī)器人主控制器成本高、體積大的問題，提出了一種具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，示教器與主控制器一體化設(shè)計(jì)，運(yùn)用一個(gè)嵌入式微處理器完成機(jī)器人的編程，數(shù)據(jù)處理，管理文件，監(jiān)控狀態(tài)等功能，并且使控制系統(tǒng)具有PLC編程的功能，特提供了一種示教器與主控制器集成于一體的并且具有PLC功能的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括ARM微處理器，存儲(chǔ)模塊，通訊模塊，IXD和觸摸屏顯示模塊，I/O接口模塊，操縱桿模塊，快捷按鈕，示教控制和PLC控制通過IXD和觸摸屏顯示模塊將指令輸入ARM微處理器，操縱桿模塊和快捷按鈕直接將指令輸入ARM微處理器，I/O接口模塊接機(jī)器人執(zhí)行器的輸入和輸出信號(hào)端，ARM微處理器與存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)用，ARM微處理器處理數(shù)據(jù)、計(jì)算軌跡后通過通訊模塊將控制信號(hào)發(fā)給機(jī)器人執(zhí)行控制單元。所述ARM微處理器采用ARM作為處理器的主控芯片，處理器軟件采用WINCE嵌入式系統(tǒng)作為核心，用戶程序包括操作界面，文件管理程序，通訊程序，示教系統(tǒng)，軌跡算法程序，PLC編輯程序和PLC解碼程序。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，將PLC系統(tǒng)與機(jī)器人示教控制系統(tǒng)集成為一體，可運(yùn)用各種算法，提高電機(jī)控制的性能?？梢圆捎肞LC的梯形圖和指令清單作為控制機(jī)器人及其外圍設(shè)備的編程語言，使操作更加方便，簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的自動(dòng)控制。通過PLC實(shí)現(xiàn)不同條件時(shí)對(duì)機(jī)器人不同程序的調(diào)用與控制，實(shí)現(xiàn)同一臺(tái)機(jī)器人完成不同工作的柔性化控制。PLC梯形圖語言簡(jiǎn)潔、直觀的圖形符號(hào)及注釋信息，使對(duì)工業(yè)機(jī)器人的控制更加直觀明了，操作和使用也更加方便。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)計(jì)小巧便捷。

[0007]圖I為本實(shí)用新型具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)示教流程圖；圖4為本實(shí)用新型具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)中PLC系統(tǒng)I/O接口圖；圖5為本實(shí)用新型具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)PLC功能流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖f 2具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)架構(gòu)圖和軟件架構(gòu)圖，系統(tǒng)包括由ARM9微處理器，存儲(chǔ)模塊，通訊模塊，IXD和觸摸屏顯示模塊，I/O接口模塊，操縱桿模塊，快捷按鈕組成的硬件部分和由WINCE嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核，基于硬件的驅(qū)動(dòng)程序，用戶程序組成的軟件部分。工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)以ARM9處理芯片為核心。ARM9作為控制系統(tǒng)主控芯片，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制、人機(jī)交互以及多機(jī)通訊、軌跡算法，示教控制，PLC控制等，可運(yùn)用各種算法，提高控制電機(jī)的性能。機(jī)器人控制系統(tǒng)的觸摸顯示屏是對(duì)機(jī)器人控制的輸入輸出設(shè)備，它不僅能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的輸入功能，同時(shí)具有人機(jī)交互顯示輸出的功能，完成操作者輸入信息的顯示和機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)以及提示信息的顯示。通過控制系統(tǒng)對(duì)示教動(dòng)作進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)控制算法，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，通過串口將示教數(shù)據(jù)發(fā)送給多軸運(yùn)動(dòng)控制卡，運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制?？梢酝ㄟ^操縱桿直接進(jìn)行示教控制，也可以進(jìn)行在線編程?？旖莅粹o用作熱鍵使用，操作者可以在軟件中根據(jù)自己的需要對(duì)快捷按鈕進(jìn)行功能設(shè)置，用來給操作者操作時(shí)帶來方便。控制系統(tǒng)軟件采用WINCE嵌入式系統(tǒng)為核心，用戶程序包括操作界面，文件管理程序，通訊程序，示教系統(tǒng)，軌跡算法程序，PLC編輯程序和PLC解碼程序。示教系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的示教編程，同時(shí)具有存儲(chǔ)功能，操作的程序能保存在存儲(chǔ)器中，并在需要時(shí)可以調(diào)用。如圖3所示控制系統(tǒng)示教流程，在觸摸屏上，打開示教指令編輯軟件，打開或新建一個(gè)示教文件，選擇運(yùn)動(dòng)模式、速度模式，指定起點(diǎn)、終點(diǎn)、運(yùn)行時(shí)間、抓手動(dòng)作等。然后處理器將進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，計(jì)算出機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)需要旋轉(zhuǎn)的角度，然后根據(jù)插入的提升點(diǎn)和下方點(diǎn)進(jìn)行軌跡規(guī)劃，計(jì)算軌跡方程，對(duì)軌跡定間隔插值，求出需要發(fā)送的控制序列點(diǎn)，若計(jì)算完畢，各序列點(diǎn)將通過串口發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制卡，各個(gè)關(guān)節(jié)的電機(jī)動(dòng)作，運(yùn)行作業(yè)。運(yùn)動(dòng)控制卡的核心為DSP，用作電機(jī)控制，根據(jù)接收到的示教器指示做出多軸控制對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并接收編碼器反饋信號(hào)實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)位置。用戶通過PLC編輯軟件可以輸入PLC梯形圖或指令清單，編譯之后生成的機(jī)器語言可以被機(jī)器人執(zhí)行。PLC處理采集并控制機(jī)器人及外圍設(shè)備信號(hào)。對(duì)工業(yè)機(jī)器人來說，最基本的I/O信號(hào)端口就是末端執(zhí)行器的開與關(guān)的控制，但是機(jī)器人的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)往往還有其他的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)要控制。實(shí)際上，除了現(xiàn)有的I/O端口，復(fù)雜大型的作業(yè)還要擴(kuò)展I/O才能滿足控制的需要。PLC在這時(shí)控制I/O端口，顯得極為方便。一般來說，末端執(zhí)行器的動(dòng)力來源獨(dú)立于機(jī)器人，有來自電機(jī)、氣動(dòng)的還有來自液壓兀件的。末端執(zhí)行器的控制可以利用I/o接口板來實(shí)現(xiàn)，用PLC編程調(diào)用這些口，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)末端執(zhí)行器的控制。在I/O上的端口要與PLC程序中定義的名稱要對(duì)應(yīng)。輸入輸出信號(hào)的特征取決于編程和接線定義的具體情況。機(jī)器人多用在自動(dòng)工位上，由外圍設(shè)備控制程序啟動(dòng)和運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，這時(shí)就可以通過PLC實(shí)現(xiàn)不同條件時(shí)對(duì)機(jī)器人不同程序的調(diào)用與控制，實(shí)現(xiàn)同一臺(tái)機(jī)器人完成不同工作的柔性化控制。PLC要指令焊接機(jī)器人進(jìn)行何種工件規(guī)格的焊接，進(jìn)行工件I還是工件2的焊接等，并將相應(yīng)的焊接狀態(tài)在操作終端中顯示出來。為了實(shí)現(xiàn)這些控制指令，我們利用機(jī)器人控制系統(tǒng)中的“工作選擇”端口，進(jìn)行不同“工作”的定義，每個(gè)“工作”代表一個(gè)自定義的控制指令。通過“工作選擇”端口的輸入端子的不同組合，可以定義不同的“工作”號(hào)，不同的“工作”號(hào)對(duì)應(yīng)不同的控制指令。如圖4所示PLC系統(tǒng)I/O接口圖，如利用“工作選擇”的LineA IN5^IN7的信號(hào)組合來表示不同的“工作”，每個(gè)“工作”對(duì)應(yīng)不同的工位及工件規(guī)格的焊接指令。當(dāng)IN5和IN7為ON時(shí)，表示要進(jìn)行左工位第3種工件規(guī)格
的焊接，如下表所示。
權(quán)利要求1 一種具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括ARM微處理器，存儲(chǔ)模塊，通訊模塊，LCD和觸摸屏顯示模塊，I/O接口模塊，操縱桿模塊，快捷按鈕，其特征在于，示教控制和PLC控制通過IXD和觸摸屏顯示模塊將指令輸入ARM微處理器，操縱桿模塊和快捷按鈕直接將指令輸入ARM微處理器，I/O接口模塊接機(jī)器人執(zhí)行器的輸入和輸出信號(hào)端，ARM微處理器與存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)用，ARM微處理器處理數(shù)據(jù)、計(jì)算軌跡后通過通訊模塊將控制信號(hào)發(fā)給機(jī)器人執(zhí)行控制單元。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種具有PLC功能的六軸工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，示教控制和PLC控制通過LCD和觸摸屏顯示模塊將指令輸入ARM微處理器，操縱桿模塊和快捷按鈕直接將指令輸入ARM微處理器，I/O接口模塊接機(jī)器人執(zhí)行器的輸入和輸出信號(hào)端，ARM微處理器與存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)用，ARM微處理器處理數(shù)據(jù)、計(jì)算軌跡后通過通訊模塊將控制信號(hào)發(fā)給機(jī)器人執(zhí)行控制單元。將PLC系統(tǒng)與機(jī)器人示教控制系統(tǒng)集成為一體，可運(yùn)用各種算法，提高電機(jī)控制的性能。操作更加方便，簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的自動(dòng)控制。通過PLC實(shí)現(xiàn)不同條件對(duì)機(jī)器人不同程序的調(diào)用與控制，實(shí)現(xiàn)同一臺(tái)機(jī)器人完成不同工作的柔性化控制。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)新穎，設(shè)計(jì)小巧便捷。
文檔編號(hào)B25J9/16GK202726918SQ20122020764
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者秦緒祥, 蔡錦達(dá), 孫福佳, 楊麗紅 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)