一種具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)控制器，所述運(yùn)動(dòng)控制器通過總線控制多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)；所述伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)均采用位置控制模式；所述運(yùn)動(dòng)控制器包括位置接收單元、點(diǎn)表生成單元和位置控制單元；所述位置接收單元用于接收所述電機(jī)的編碼器反饋的位置信號(hào)；所述點(diǎn)表生成單元用于將所述位置信號(hào)換算成坐標(biāo)點(diǎn)并根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)生成點(diǎn)表；所述位置控制單元根據(jù)生成的點(diǎn)表完成對(duì)電機(jī)位置的閉環(huán)控制，使得Delta機(jī)器人的目標(biāo)位置與實(shí)際位置保持一致，從而實(shí)現(xiàn)牽引視教的功能。本發(fā)明提高Delta機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。
【專利說明】
一種具有牽引視教功能的De I ta機(jī)器人控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]Delta機(jī)器人屬于高速、輕載的并聯(lián)機(jī)器人，一般通過示教編程或視覺系統(tǒng)捕捉目標(biāo)物體，由三個(gè)或四個(gè)并聯(lián)的伺服軸確定抓具中心(TCP)的空間位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的運(yùn)輸，加工等操作。
[0003]一般的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)是由控制器、伺服系統(tǒng)、視覺跟蹤系統(tǒng)和輸送帶跟蹤系統(tǒng)組成，但是其控制系統(tǒng)的各部件的拓?fù)溥B接方式千差萬別，其內(nèi)部核心控制算法和跟蹤算法也是不一樣的，因此通用性不高。特別是在軌跡規(guī)劃方面，各個(gè)機(jī)器人廠家的軌跡規(guī)劃方式也各不相同且目前市場(chǎng)上的Delta機(jī)器人所能提供的軌跡單一且無法實(shí)現(xiàn)不規(guī)則軌跡規(guī)劃，沒有很好的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)CN 103645725A公開了一種機(jī)器人示教軌跡規(guī)劃方法和系統(tǒng)，涉及工業(yè)過程中的機(jī)器人示教領(lǐng)域，其包括:在對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教過程中，采集示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn);根據(jù)示教軌跡的空間關(guān)鍵點(diǎn)，用多結(jié)點(diǎn)樣條插值函數(shù)以及最小二乘擬合方法，得到示教軌跡曲線。雖然該方法提高了軌跡控制的精度，但是其現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性仍然較差，所提供的軌跡仍然比較單一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，提高Delta機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)適應(yīng)性，可以實(shí)現(xiàn)不規(guī)則軌跡規(guī)劃。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)控制器，所述運(yùn)動(dòng)控制器通過總線控制多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī);所述伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)均采用位置控制模式;所述運(yùn)動(dòng)控制器包括位置接收單元、點(diǎn)表生成單元和位置控制單元;所述位置接收單元用于接收所述電機(jī)的編碼器反饋的位置信號(hào);所述點(diǎn)表生成單元用于將所述位置信號(hào)換算成坐標(biāo)點(diǎn)并根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)生成點(diǎn)表;所述位置控制單元根據(jù)生成的點(diǎn)表完成對(duì)電機(jī)位置的閉環(huán)控制，使得Delta機(jī)器人的目標(biāo)位置與實(shí)際位置保持一致，從而實(shí)現(xiàn)牽引視教的功能。
[0007]所述運(yùn)動(dòng)控制器包括兩個(gè)以太網(wǎng)口，其中一個(gè)以太網(wǎng)口通過Ethercat/CANopen協(xié)議連接多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，另一個(gè)以太網(wǎng)口通過Modbus TCP協(xié)議連接人機(jī)界面。
[0008]所述運(yùn)動(dòng)控制器還包括路徑規(guī)劃模板單元;所述路徑規(guī)劃模板單元利用數(shù)學(xué)計(jì)算提供默認(rèn)軌跡路徑規(guī)劃模板。
[0009]所述默認(rèn)軌跡路徑規(guī)劃模板包括圓頂門型軌跡模板、直角門型軌跡模板和蛙跳軌跡模板。
[0010]所述位置接收單元在運(yùn)動(dòng)控制器松開電機(jī)的抱閘時(shí)通過人工牽引Delta機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的方式接收電機(jī)的編碼器反饋的位置信號(hào)。
[0011]所述編碼器為多圈絕對(duì)值編碼器。
[0012]所述伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)采用一體式結(jié)構(gòu)。
[0013]所述運(yùn)動(dòng)控制器通過差分方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0014]所述伺服驅(qū)動(dòng)器預(yù)留直流母線供電接口，且與整流逆變單元相連。
[0015]所述運(yùn)動(dòng)控制器集成第三方工具和路由器功能，通過運(yùn)動(dòng)控制器能夠直接調(diào)試連接在運(yùn)動(dòng)控制器上的伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)。
[0016]有益效果
[0017]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0018]1.電機(jī)通過自動(dòng)記憶軌跡點(diǎn)的方式生成一張點(diǎn)表，通過調(diào)用此點(diǎn)表來實(shí)現(xiàn)牽引視教功能，從而大大提高了 Delta機(jī)器人軌跡對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)合的適應(yīng)性。
[0019]2.通過在運(yùn)動(dòng)控制器內(nèi)部進(jìn)行編程，提供三種默認(rèn)軌跡模板“圓頂門型”、“直角門型”、“蛙跳”，且提供直觀的參數(shù)輸入方式，豐富了軌跡種類，提高了應(yīng)用場(chǎng)合的適應(yīng)性。
[0020]3.電機(jī)的控制采用總線通訊的方式，突破了傳統(tǒng)脈沖方式的最高脈沖頻率對(duì)最高速度和最大精度的限制，在保證高精度的情況度下實(shí)現(xiàn)高速度，控制器與電機(jī)之間使用EtherCAT/CANopen進(jìn)行通訊，其布線更方便，維護(hù)成本更低，傳輸速度更快，一個(gè)控制周期控制在2ms以內(nèi)，精度更高?？刂葡到y(tǒng)可以輕松讀取伺服驅(qū)動(dòng)器中的所有參數(shù)，更加方便進(jìn)行各種控制操作。
[0021]4.運(yùn)動(dòng)控制器集成驅(qū)動(dòng)器第三方工具，通過控制器能夠直接調(diào)試連接在控制器上的伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)，無需來回去切換驅(qū)動(dòng)器的通訊線，即可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)的調(diào)整;控制器也可做為連接到驅(qū)動(dòng)器的路由，可以不用接任何的調(diào)試線，用驅(qū)動(dòng)器自帶的軟件進(jìn)行調(diào)試，這種方式可以減少調(diào)試難度。
[0022]5.驅(qū)動(dòng)器電機(jī)一體化電機(jī)系統(tǒng)采用共直流母線技術(shù)和驅(qū)動(dòng)器電機(jī)一體化技術(shù)，節(jié)省了電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的連線，使整個(gè)系統(tǒng)更節(jié)能，布線更省，降低了干擾。
[0023]6.遠(yuǎn)程1采用總線方式進(jìn)行擴(kuò)展，也可以大大減少線纜的長度。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)整體框圖；
[0025]圖2是本發(fā)明中控制器的框圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0028]本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括運(yùn)動(dòng)控制器、多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、I/o擴(kuò)展模塊和視覺跟蹤系統(tǒng)。本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)控制器通過Ehtercat/CANopen總線控制多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、I/O擴(kuò)展模塊和視覺系統(tǒng)。四個(gè)電機(jī)采用位置模式進(jìn)行控制，運(yùn)動(dòng)控制器通過現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)獲取位置控制數(shù)據(jù)，并根據(jù)得到的數(shù)據(jù)控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)人機(jī)界面進(jìn)行數(shù)據(jù)的設(shè)定和監(jiān)控，并可以通過人機(jī)界面進(jìn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷和控制。
[0029]如圖2所示，所述運(yùn)動(dòng)控制器包括位置接收單元、點(diǎn)表生成單元和位置控制單元；所述位置接收單元用于接收所述電機(jī)的編碼器反饋的位置信號(hào);所述點(diǎn)表生成單元用于將所述位置信號(hào)換算成坐標(biāo)點(diǎn)并根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)生成點(diǎn)表;所述位置控制單元根據(jù)生成的點(diǎn)表完成對(duì)電機(jī)位置的閉環(huán)控制，使得Delta機(jī)器人的目標(biāo)位置與實(shí)際位置保持一致，從而實(shí)現(xiàn)牽引視教的功能。其中，所述位置接收單元在運(yùn)動(dòng)控制器松開電機(jī)的抱閘時(shí)通過人工牽引Delta機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的方式接收電機(jī)的編碼器反饋的位置信號(hào)，也就是說，位置接收單元在使用運(yùn)動(dòng)控制器松開伺服電機(jī)的抱閘時(shí)人工牽引Delta機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)同時(shí)獲取電機(jī)編碼器位置數(shù)據(jù)。
[0030]其中，編碼器可以采用多圈絕對(duì)值編碼器，多圈絕對(duì)值編碼器由于測(cè)量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多，這樣在安裝時(shí)不必找零點(diǎn)，也無需通過外部信號(hào)進(jìn)行回零，只需要將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以自行找到電機(jī)零位，如此大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試過程，使用十分方便。
[0031]所述運(yùn)動(dòng)控制器還包括路徑規(guī)劃模板單元;所述路徑規(guī)劃模板單元利用數(shù)學(xué)計(jì)算提供默認(rèn)軌跡路徑規(guī)劃模板。所述默認(rèn)軌跡路徑規(guī)劃模板包括圓頂門型軌跡模板、直角門型軌跡模板和蛙跳軌跡模板。
[0032]系統(tǒng)中采用的運(yùn)動(dòng)控制器是Robox的URMC2，該控制器本身集成有兩個(gè)以太網(wǎng)口，兩個(gè)以太網(wǎng)口都可以支持標(biāo)準(zhǔn)的Ethercat/CANopen協(xié)議和Modbus TCP協(xié)議，其中一個(gè)以太網(wǎng)口用來連接4個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，并走Ethercat/CANopen協(xié)議;另一個(gè)以太網(wǎng)口用來連接人機(jī)界面，走M(jìn)odbus TCP協(xié)議。該控制器集成8路開關(guān)量輸入，8路開關(guān)量輸出，都是PNP類型。該控制器具有128K斷電保持存儲(chǔ)區(qū)，不通過特殊處理就可以安全保存參數(shù)。該控制器采用飛思卡爾Power PC MPC5200處理器，I.2G雙核，外形尺寸230x77x85mm，64Mbyte DRAM，128Kbyte CMOS，可以水平和垂直安裝。該系統(tǒng)采用的人機(jī)界面是Robox的RHMI15，15寸，65536色的TFT真彩液晶屏，鋁合金外殼。
[0033]除上述控制器外，系統(tǒng)還可以采用其他廠家的控制器，可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能，如倍福的CP6522。該控制器主板集成4個(gè)RS422串口，I個(gè)RS232串口，8個(gè)USB2.0，不間斷電源UPS，帶10/100BASE-T接口的雙以太網(wǎng)適配器。該控制器前面板是15英寸顯示器，分辯率為1024*1024。該控制器帶數(shù)字鍵盤和PLC專用功能鍵盤。該控制器采用Intel Core 2.0GHz處理器，521MB DDR2RAM內(nèi)存(可擴(kuò)展2GB)和 160GB SATA硬盤。
[0034]所述運(yùn)動(dòng)控制器還集成驅(qū)動(dòng)器第三方工具，通過運(yùn)動(dòng)控制器能夠直接調(diào)試連接在控制器上的伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)，這樣調(diào)試起來更加方便，不需要來回去切換驅(qū)動(dòng)器的通訊線，可以輕松實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)的調(diào)整，控制器也可作為連接到驅(qū)動(dòng)器的路由器，可以不用接任何的調(diào)試線，用驅(qū)動(dòng)器自帶的軟件進(jìn)行調(diào)試，這種方式可以減少調(diào)試難度。因不同公司驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試線可能不同，工程師在調(diào)試不同的驅(qū)動(dòng)器時(shí)可能要去找不同的線，這樣無形中增加了調(diào)試難度，而我們的控制器只需通訊線連接電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。
[0035]另外，本發(fā)明中運(yùn)動(dòng)控制器的數(shù)據(jù)傳輸方式可以采用差分方式進(jìn)行，例如可以采用雙絞線作為傳輸介質(zhì)，發(fā)送端的兩路信號(hào)必須分別使用一對(duì)雙絞線進(jìn)行信號(hào)傳輸，發(fā)送端的兩路信號(hào)傳輸幅值相等相位相反的信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制器的接收單元對(duì)接收的兩路信號(hào)做減法運(yùn)算，這樣就獲得幅值翻倍的信號(hào)，如果兩路信號(hào)都受到了同樣的干擾信號(hào)，由于接收單元對(duì)兩路信號(hào)做減法運(yùn)算，因此干擾信號(hào)被基本抵消，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力得到加強(qiáng)。
[0036]伺服驅(qū)動(dòng)器預(yù)留了直流母線供電接口，所有的驅(qū)動(dòng)器不需要單獨(dú)采用380V電源供電，所有驅(qū)動(dòng)器的能量可以共享，在有的驅(qū)動(dòng)器減速的時(shí)候，會(huì)發(fā)電產(chǎn)生能量，這個(gè)能量可以用來給加速或者勻速的驅(qū)動(dòng)器使用，達(dá)到節(jié)能的目的。另外，所有的伺服驅(qū)動(dòng)器可以連接到一個(gè)整流逆變單元，把整臺(tái)設(shè)備制動(dòng)時(shí)發(fā)生的能量反饋到電網(wǎng)。由于這臺(tái)設(shè)備是頻繁正反轉(zhuǎn)的，有高達(dá)20KW的制動(dòng)電阻用于消耗能量，采用逆變電源回饋電網(wǎng)后，可以節(jié)約20%以上的能量。伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)采用一體式結(jié)構(gòu)，其節(jié)省了電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的連線，使整個(gè)系統(tǒng)更節(jié)能，布線更省，降低了干擾。
[0037]牽引視教功能如圖2所示，在視教器上點(diǎn)擊開啟牽引視教功能，使用運(yùn)動(dòng)控制器松開伺服電機(jī)的抱閘，人工牽引Delta機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)同時(shí)獲取電機(jī)編碼器位置數(shù)據(jù)自動(dòng)生成一張點(diǎn)表并保存在運(yùn)動(dòng)控制器中，通過調(diào)用點(diǎn)表來實(shí)現(xiàn)牽引視教的功能。
[0038]不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明通過自動(dòng)記憶軌跡點(diǎn)的方式生成一張點(diǎn)表，通過調(diào)用此點(diǎn)表來實(shí)現(xiàn)牽引視教功能，從而大大提高了 Del ta機(jī)器人軌跡對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)合的適應(yīng)性，并且提供默認(rèn)軌跡模板，豐富了軌跡種類，提高了應(yīng)用場(chǎng)合的適應(yīng)性。本發(fā)明采用差分方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸使得抗干擾能力得到加強(qiáng)，而脈沖和模擬量方式的干擾一直是一個(gè)很難解決的問題。本發(fā)明采用EtherCAT/CANopen總線進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)可以輕松讀取伺服驅(qū)動(dòng)器中的所有參數(shù)，更加方便進(jìn)行各種控制操作。另外本發(fā)明采用一體式驅(qū)動(dòng)的電機(jī)產(chǎn)品，節(jié)省了電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的連線，節(jié)省成本，降低了干擾。另外，遠(yuǎn)程1采用總線方式進(jìn)行擴(kuò)展，也可以大大減少線纜的長度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)控制器，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制器通過總線控制多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī);所述伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)均采用位置控制模式;所述運(yùn)動(dòng)控制器包括位置接收單元、點(diǎn)表生成單元和位置控制單元;所述位置接收單元用于接收所述電機(jī)的編碼器反饋的位置信號(hào);所述點(diǎn)表生成單元用于將所述位置信號(hào)換算成坐標(biāo)點(diǎn)并根據(jù)坐標(biāo)點(diǎn)生成點(diǎn)表;所述位置控制單元根據(jù)生成的點(diǎn)表完成對(duì)電機(jī)位置的閉環(huán)控制，使得Delta機(jī)器人的目標(biāo)位置與實(shí)際位置保持一致，從而實(shí)現(xiàn)牽引視教的功會(huì)K。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制器包括兩個(gè)以太網(wǎng)口，其中一個(gè)以太網(wǎng)口通過Ethercat/CANopen協(xié)議連接多個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，另一個(gè)以太網(wǎng)口通過Modbus TCP協(xié)議連接人機(jī)界面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制器還包括路徑規(guī)劃模板單元;所述路徑規(guī)劃模板單元利用數(shù)學(xué)計(jì)算提供默認(rèn)軌跡路徑規(guī)劃模板。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述默認(rèn)軌跡路徑規(guī)劃模板包括圓頂門型軌跡模板、直角門型軌跡模板和蛙跳軌跡模板。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述位置接收單元在運(yùn)動(dòng)控制器松開電機(jī)的抱閘時(shí)通過人工牽引Delta機(jī)器人的機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的方式接收電機(jī)的編碼器反饋的位置信號(hào)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述編碼器為多圈絕對(duì)值編碼器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)采用一體式結(jié)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制器通過差分方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述伺服驅(qū)動(dòng)器預(yù)留直流母線供電接口，且與整流逆變單元相連。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有牽引視教功能的Delta機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制器集成第三方工具和路由器功能，通過運(yùn)動(dòng)控制器能夠直接調(diào)試連接在運(yùn)動(dòng)控制器上的伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK105881504SQ201610308928
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】周浙天, 陳宗雨, 賀東升, 夏風(fēng), 楊合躍, 陳開亮
【申請(qǐng)人】武漢菲仕運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有限公司