專利名稱:具有自維護功能的碼垛機器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及的是一種自動化控制技術領域的裝置,具體是一種具有自維護功能的 碼垛機器人控制系統(tǒng)。
背景技術:
自從上個世紀70年代末,日本將機器人技術應用到碼垛工藝以來,碼垛機器人得 到了迅速的發(fā)展。由于其占地面積小,能夠同時處理多種物料和碼垛多個料垛,并且處理速 度快,抓取重量也在不斷提高,碼垛機器人的使用大大降低了人工勞動強度,極大的提高了 生產效率。因而碼垛機器人在世界各國受到了廣泛的青睞,在石油、化工、食品加工、飲料、 包裝運輸?shù)阮I域得到廣泛應用。工廠里的一條生長線上往往由多個碼垛機器人組成。它們在流水線上串聯(lián)工作, 相互協(xié)作,合力完成整道工作。各個機器人都獨立完成工作中的不同工作步驟。因此,在這 個過程中,保證每一個碼垛機器人的正常工作都至關重要。當流水線上任何一個機器人出 現(xiàn)故障,不得不停下當前工作,那么整條生產線都將因此受到影響,被迫停止運行。這種事 故將嚴重影響工廠的生產進度,給企業(yè)帶來巨大的經濟損失。因此,如何保證整條生產線能 夠最大限度正常運行對生產企業(yè)而言意義重大。經過對現(xiàn)有技術的檢索發(fā)現(xiàn),當前廣泛應用的碼垛機器人通常各自獨立運行,每 個碼垛機器人由一個主控系統(tǒng)和各個關機驅動系統(tǒng)組成。根據(jù)其多軸控制方法,或基于PLC 或PC實現(xiàn)多軸控制,較先進的碼垛機器人采用基于現(xiàn)場總線的多軸控制系統(tǒng),比如在汽車 行業(yè)廣泛應用CAN總線。比如中國專利文獻號CN1923468,名稱一種搬運碼垛機器人,中 國專利文獻號CN101362329A,名稱碼垛機器人以及中國專利文獻號CN101817452A,名 稱裝箱、碼垛機器人。這幾個專利中介紹了幾種不同的碼垛機器人,其中控制系統(tǒng)大致如 下所述碼垛機器人對應的機器關節(jié)的電機由關節(jié)驅動器獨立驅動,進行閉環(huán)控制,進而精 確控制對應的機器關節(jié)的轉動。主控系統(tǒng)則對整個機器人的運動進行控制,協(xié)調控制對應 的機器關節(jié)的運動,補償誤差,以實現(xiàn)對末端執(zhí)行器的精確控制。而三個專利都未涉及多 個碼垛機器人的通行協(xié)調合作以及機器人針對故障的自檢測和容錯控制功能。一條生產線 上的各個機器人之間并無相互通信和協(xié)調。因此當一個碼垛機器人出現(xiàn)故障時,機器人自 己不能采取響應的措施進行調整,以實現(xiàn)容錯控制,維持工作。其他的機器人也無法獲得相 應信息,不能對此做出響應,采取措施協(xié)調配合出現(xiàn)故障的機器人,來維持生產線的正常運 作。因此,需要對現(xiàn)有生產線上的碼垛機器人的控制系統(tǒng)進行改造和創(chuàng)新,一方面使 碼垛機器人在出現(xiàn)故障時能夠針對出現(xiàn)的故障進行判斷,調整運動參數(shù)或者改變動作,以 實現(xiàn)自我維護,以最大限度來維持整個生產線運作的正常進行。另一方面,出錯的碼垛機器 人將自己的診斷信息發(fā)送到總線上,將自己的故障信息通知總控系統(tǒng)和同一生產線上的其 他機器人,總控系統(tǒng)對此做出判斷,采取相應措施,一方面將故障信息顯示在工作界面上, 通知生產線相關管理人員,同時協(xié)調生產線上其他機器人,比如降低工作速度,以配合出現(xiàn)故障的機器人,最大可能的維持生產線的正常運行。
發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足,提供一種具有自維護功能的碼垛機器人控 制系統(tǒng),不僅能控制碼垛機器人對應的機器關節(jié)的運動,而且可以實時監(jiān)測碼垛機器人的 運動狀態(tài),在出現(xiàn)故障時能夠進行自動調整,實現(xiàn)容錯控制,同時將故障信息反饋至總控制 系統(tǒng)??偪刂葡到y(tǒng)報警顯示故障信息,同時控制同一生產線上的其他機器人采取措施,協(xié)調 配合出現(xiàn)故障的機器人,來維持生產線的正常運作。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的,本發(fā)明包括生產線主控模塊、總線接口模 塊、電機驅動模塊、傳感器模塊、通信總線、機器人主控模塊和碼垛機器人,其中機器人主 控模塊與總線接口模塊相連接并輸出控制信息至機器人的局部CAN總線,發(fā)送至機器人的 對應的機器關節(jié)電機驅動模塊,機器人主控模塊通過機器人的局部CAN總線與傳感器模塊 相連接并接收傳感器模塊反饋的機器人狀態(tài)信息,機器人主控模塊與總線接口模塊相連接 通過生產線的上級CAN總線與生產線主控模塊相連接并輸出生產線控制信息和反饋機器 人狀態(tài)信息,所述的通信總線包括機器人局部CAN總線和生產線CAN總線相連接,機器人 局部CAN總線分別與總線接口模塊、電機驅動模塊和傳感器模塊相連接并分別傳輸總線控 制信息進而伺服控制關節(jié)電機運動、反饋受控關節(jié)運動狀態(tài)信息以及反饋傳感器信息,生 產線主控模塊與各個機器人的主控模塊通過總線接口模塊與生產線CAN總線相連接并傳 輸機器人反饋狀態(tài)信息和下發(fā)的控制信息。所述的電機驅動模塊包括第一電源電路、第一總線通信電路、第一控制電路、電 機狀態(tài)檢測電路和電機驅動電路,其中第一電源電路與第一總線通信電路、第一控制電 路,電機狀態(tài)檢測電路和電機驅動電路相連并為各個電路提供工作所需工作電壓,第一控 制電路通過第一總線通信電路連接到CAN總線上并接收機器人主控模塊發(fā)送的控制信息 和反饋機器人關節(jié)的狀態(tài)信息,第一控制電路與電機驅動電路相連接并根據(jù)控制信息控制 電機驅動電路驅動機器人關節(jié)轉動,第一控制電路與電機狀態(tài)檢測電路相連接并采集關節(jié) 電機的運行狀態(tài)同時反饋至機器人主控模塊。所述的傳感器模塊包括第二電源電路、第二總線通信電路、第二控制電路和傳感 器電路,其中第二電源電路與第二總線通信電路、第二控制電路和傳感器電路相連并為各 個電路提供工作所需工作電壓,第二控制電路通過第二總線通信電路連接到CAN總線上并 反饋機器人的狀態(tài)信息,第二控制電路與傳感器電路相連接并采集機器人的運行狀態(tài)同時 反饋至機器人主控模塊。所述的通信總線包括機器人的局部CAN總線以及生產線的上級CAN總線,其中 機器人局部CAN總線分別與總線接口模塊、電機驅動模塊和傳感器模塊相連接并分別傳輸 總線控制信息進而伺服控制關節(jié)電機運動、反饋受控關節(jié)運動狀態(tài)信息以及反饋傳感器信 息,生產線主控模塊與各個機器人的主控模塊通過總線接口模塊與生產線上級CAN總線相 連接并傳輸機器人反饋狀態(tài)信息和下發(fā)的控制信息。所述的碼垛機器人包括碼垛機器人機架、若干個機器關節(jié)、末端執(zhí)行器和關節(jié)電 機,其中若干個機器關節(jié)串聯(lián)安裝并與碼垛機器人機架直接相連,末端執(zhí)行器安裝在最末 端的機器關節(jié)上,關節(jié)電機安裝在對應的機器關節(jié)處。
正常工作時,生產線上各個碼垛機器人各自獨立工作。機器人主控計算機控制碼 垛機器人的運動,一方面通過機器人的局部CAN總線向對應的機器關節(jié)電機驅動模塊下發(fā) 對應的機器關節(jié)的控制信息,對應的機器關節(jié)電機驅動模塊根據(jù)控制命令控制對應的機器 關節(jié)按照規(guī)劃完成既定動作,同時機器人主控計算機從傳感器模塊采集對應的機器關節(jié)的 運動狀態(tài)信息和機器人的狀態(tài)信息,比如機器人當前的姿態(tài),機器人對應的機器關節(jié)的角 度,電機電流大小等。通過對這些采集到的狀態(tài)信息進行分析,機器人可以判斷目前的工作 狀態(tài)是否正常。各個機器人將自己的狀態(tài)信息通過生產線的CAN總線反饋至生產線總控計 算機,生產線總控計算機將這些信息在總控制室顯示出來,可供管理人員參考。而當某一個 碼垛機器人出現(xiàn)故障時,機器人主控計算機通過傳感器反饋的信息,診斷故障信息,判斷故 障可能的原因,并自動采取相應措施,比如降低關節(jié)運行速度,重新進行運動規(guī)劃,避免使 用出故障關節(jié)等。通過這些容錯控制措施,機器人將盡量保證工作的正常運行,以避免生產 流水線的中斷,另一方面,機器人主控計算機立刻將故障信息通過CAN總線反饋回生產線 主控計算機。生產線主控計算機得到故障信息,即可啟動報警,將故障信息顯示在控制室的 顯示屏上,另外將故障信息通知同一生產線的其他碼垛機器人,令其降低運行速度,以配合 故障機器人的工作速度,避免產品在出故障的機器人處發(fā)生堆積,影響生產流水線的運行。本發(fā)明通過在普通的碼垛機器人控制系統(tǒng)里加入了新的自維護容錯控制。在出 現(xiàn)故障時可通過對故障機器人以及整條生產線的其他碼垛機器人的相應調整,最大可能的 維持整條生產線的正常運行。當生產線上某一個碼垛機器人出現(xiàn)故障時,機器人自身的控 制系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)故障,進行可能的自我維護,以實現(xiàn)容錯控制,以維持生產流水線的運 行,同時出錯的碼垛機器人將自己的診斷信息發(fā)送到總線上,將自己的故障信息通知總控 系統(tǒng)和同一生產線上的其他機器人,總控系統(tǒng)一方面能將故障信息顯示在工作界面上,通 知生產線相關管理人員,同時協(xié)調生產線上其他機器人,以配合出現(xiàn)故障的機器人,最大可 能的維持生產線的正常運行。
圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結構示意圖。圖2是實施例工作流程圖。圖3為電機驅動模塊和傳感器模塊結構示意4為所涉及碼垛機器人結構示意圖
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明,本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施,給出了詳細的實施方式和具體的操作過程,但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1所示,本實施例包括生產線主控模塊1、總線接口模塊2、電機驅動模塊3、 傳感器模塊4、通信總線5、機器人主控模塊6和碼垛機器人7,其中機器人主控模塊6與 總線接口模塊2相連接并輸出控制信息至機器人的局部CAN總線5,發(fā)送至機器人的對應的 機器關節(jié)電機驅動模塊3,機器人主控模塊6通過機器人的局部CAN總線5與傳感器模塊4 相連接并接收傳感器模塊4反饋的機器人狀態(tài)信息,機器人主控模塊6與總線接口模塊2總線與生產線主控模塊1相連接并輸出生產線控制信息和反 饋機器人狀態(tài)信息,所述的通信總線5包括機器人局部CAN總線5和生產線CAN總線相連 接,機器人局部CAN總線5分別與總線接口模塊2、電機驅動模塊3和傳感器模塊4相連接 并分別傳輸總線控制信息進而伺服控制關節(jié)電機運動、反饋受控關節(jié)運動狀態(tài)信息以及反 饋傳感器信息,生產線主控模塊1與各個機器人的主控模塊1通過總線接口模塊2與生產 線CAN總線相連接并傳輸機器人反饋狀態(tài)信息和下發(fā)的控制信息。本實施例中所述的生產線主控模塊1通過生產線總控計算機得以實現(xiàn)。所述的總線接口模塊2通過PC104CAN卡得以實現(xiàn)。所述的機器人主控模塊6通過機器人主控計算機得以實現(xiàn)。所述的電機驅動模塊3包括第一電源電路8、第一總線通信電路9、第一控制電路 10、電機狀態(tài)檢測電路11和電機驅動電路12,其中第一電源電路8與第一總線通信電路 9、第一控制電路10,電機狀態(tài)檢測電路11和電機驅動電路12相連并為各個電路提供工作 所需工作電壓,第一控制電路10通過第一總線通信電路9連接到CAN總線上并接收機器人 主控模塊6發(fā)送的控制信息和反饋機器人關節(jié)的狀態(tài)信息,第一控制電路10與電機驅動電 路12相連接并根據(jù)控制信息控制電機驅動電路12驅動機器人關節(jié)轉動,第一控制電路10 與電機狀態(tài)檢測電路11相連接并采集關節(jié)電機的運行狀態(tài)同時反饋至機器人主控模塊6。所述的傳感器模塊4包括第二電源電路13、第二總線通信電路14、第二控制電路 15和傳感器電路16,其中第二電源電路13與第二總線通信電路14、第二控制電路15和 傳感器電路16相連并為各個電路提供工作所需工作電壓,第二控制電路15通過第二總線 通信電路14連接到CAN總線上并反饋機器人的狀態(tài)信息,第二控制電路15與傳感器電路 16相連接并采集機器人的運行狀態(tài)同時反饋至機器人主控模塊6。所述的通信總線5包括機器人的局部CAN總線17以及生產線的上級CAN總線 18,其中機器人局部CAN總線17分別與總線接口模塊2、電機驅動模塊3和傳感器模塊4 相連接并分別傳輸總線控制信息進而伺服控制關節(jié)電機運動、反饋受控關節(jié)運動狀態(tài)信息 以及反饋傳感器信息,生產線主控模塊1與各個機器人的主控模塊1通過總線接口模塊2 與生產線上級CAN總線18相連接并傳輸機器人反饋狀態(tài)信息和下發(fā)的控制信息。所述的碼垛機器人7包括碼垛機器人機架19、若干個機器關節(jié)20、末端執(zhí)行器 21和關節(jié)電機22,其中若干個機器關節(jié)20串聯(lián)安裝并與碼垛機器人機架19直接相連,末 端執(zhí)行器21安裝在最末端的機器關節(jié)20上,關節(jié)電機22安裝在對應的機器關節(jié)20處。如圖2所示,本實施例通過以下方式進行工作所有的碼垛機器人7均連接到CAN總線上,并且設置好相關參數(shù),啟動系統(tǒng),此時, 各個機器人根據(jù)自己所分配的任務完成相應的動作。機器人主控計算機通過PCCAN卡的其 中一個接口直接連接在機器人的局部CAN總線5上。作為碼垛機器人7的控制核心,機器 人主控計算機根據(jù)生產任務規(guī)劃動作控制碼垛機器人7運動。機器人主控計算機通過CAN 總線下發(fā)運動指令給對應的機器關節(jié)控制器來控制碼垛機器人7對應的機器關節(jié)轉動,并 對運動進行補償,協(xié)調動作,以實現(xiàn)末端執(zhí)行器的精確運動。另外機器人主控計算機實時采 集機器人對應的機器關節(jié)的運動信息和機器人上的各個傳感器的輸出信息,據(jù)此實時監(jiān)控 機器人的運動狀態(tài),碼垛機器人7的對應的機器關節(jié)由電機驅動模塊3驅動,電機驅動控制模塊從CAN總線上接收機器人主控計算機下發(fā)的控制命令,控制電機驅動電路12驅動關節(jié) 轉動,實現(xiàn)位置,速度,電流環(huán)閉環(huán)控制,并實時得到關節(jié)的運動狀態(tài),反饋回機器人主控計 算機。碼垛機器人7上還會安裝一些傳感器模塊4實時采集周圍環(huán)境信息,末端執(zhí)行器位 置姿態(tài)信息,并由傳感器模塊4的控制電路10反饋回機器人主控計算機。機器人主控計算 機通過PCCAN卡的另外一個接口連接到生產線的上級CAN總線,將此機器人的實時狀態(tài)信 息反饋給生產線總控計算機。生產線總控計算機安裝在總控制室里,通過生產線的上級CAN 總線連接生產線上的各個碼垛機器人7,實時監(jiān)測各個碼垛機器人7的運行狀態(tài)。
當某個機器人出現(xiàn)故障時,比如關節(jié)電機驅動力不夠,此時關節(jié)電流會急劇增加, 機器人主控計算機從關節(jié)驅動模塊3獲得關節(jié)電流數(shù)值增大,故機器人主控計算機判定此 關節(jié)出現(xiàn)故障,一方面機器人主控計算機通過調整電機控制參數(shù),更改機器人動作等措施, 來減小故障關節(jié)電機電流,同時機器人主控計算機通過生產線上的上級CAN總線將故障信 息反饋至生產線總控計算機,生產線總控計算機從CAN總線上獲取故障信息,立即報警提 示生產線相關管理人員,在控制室的顯示屏上顯示故障信息,同時生產線總控計算機通過 CAN總線通知生產線上的其他碼垛機器人7降低運行速度,以配合故障機器人的工作速度, 以實現(xiàn)最大限度的維持整條生產線的正常運行。
權利要求
1.一種具有自維護功能的碼垛機器人控制系統(tǒng),其特征在于,包括生產線主控模塊、 總線接口模塊、電機驅動模塊、傳感器模塊、通信總線、機器人主控模塊和碼垛機器人,其 中機器人主控模塊與總線接口模塊相連接并輸出控制信息至機器人的局部CAN總線,發(fā) 送至機器人的對應的機器關節(jié)電機驅動模塊,機器人主控模塊通過機器人的局部CAN總線 與傳感器模塊相連接并接收傳感器模塊反饋的機器人狀態(tài)信息,機器人主控模塊與總線接 口模塊相連接通過生產線的上級CAN總線與生產線主控模塊相連接并輸出生產線控制信 息和反饋機器人狀態(tài)信息,所述的通信總線包括機器人局部CAN總線和生產線CAN總線相 連接,機器人局部CAN總線分別與總線接口模塊、電機驅動模塊和傳感器模塊相連接并分 別傳輸總線控制信息進而伺服控制關節(jié)電機運動、反饋受控關節(jié)運動狀態(tài)信息以及反饋傳 感器信息,生產線主控模塊與各個機器人的主控模塊通過總線接口模塊與生產線CAN總線 相連接并傳輸機器人反饋狀態(tài)信息和下發(fā)的控制信息。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有自維護功能的碼垛機器人控制系統(tǒng),其特征是,所述的 電機驅動模塊包括第一電源電路、第一總線通信電路、第一控制電路、電機狀態(tài)檢測電路 和電機驅動電路,其中第一電源電路與第一總線通信電路、第一控制電路,電機狀態(tài)檢測 電路和電機驅動電路相連并為各個電路提供工作所需工作電壓,第一控制電路通過第一總 線通信電路連接到CAN總線上并接收機器人主控模塊發(fā)送的控制信息和反饋機器人關節(jié) 的狀態(tài)信息,第一控制電路與電機驅動電路相連接并根據(jù)控制信息控制電機驅動電路驅動 機器人關節(jié)轉動,第一控制電路與電機狀態(tài)檢測電路相連接并采集關節(jié)電機的運行狀態(tài)同 時反饋至機器人主控模塊。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有自維護功能的碼垛機器人控制系統(tǒng),其特征是,所述的 傳感器模塊包括第二電源電路、第二總線通信電路、第二控制電路和傳感器電路,其中 第二電源電路與第二總線通信電路、第二控制電路和傳感器電路相連并為各個電路提供工 作所需工作電壓,第二控制電路通過第二總線通信電路連接到CAN總線上并反饋機器人的 狀態(tài)信息,第二控制電路與傳感器電路相連接并采集機器人的運行狀態(tài)同時反饋至機器人 主控模塊。
4.根據(jù)權利要求1所述的具有自維護功能的碼垛機器人控制系統(tǒng),其特征是,所述的 通信總線包括機器人的局部CAN總線以及生產線的上級CAN總線,其中機器人局部CAN 總線分別與總線接口模塊、電機驅動模塊和傳感器模塊相連接并分別傳輸總線控制信息進 而伺服控制關節(jié)電機運動、反饋受控關節(jié)運動狀態(tài)信息以及反饋傳感器信息,生產線主控 模塊與各個機器人的主控模塊通過總線接口模塊與生產線上級CAN總線相連接并傳輸機 器人反饋狀態(tài)信息和下發(fā)的控制信息。
5.根據(jù)權利要求1所述的具有自維護功能的碼垛機器人控制系統(tǒng),其特征是,所述的 碼垛機器人包括碼垛機器人機架、若干個機器關節(jié)、末端執(zhí)行器和關節(jié)電機,其中若干 個機器關節(jié)串聯(lián)安裝并與碼垛機器人機架直接相連,末端執(zhí)行器安裝在最末端的機器關節(jié) 上,關節(jié)電機安裝在對應的機器關節(jié)處。
全文摘要
一種自動化控制技術領域的具有自維護功能的碼垛機器人控制系統(tǒng),包括生產線主控模塊、總線接口模塊、電機驅動模塊、傳感器模塊、通信總線、機器人主控模塊和碼垛機器人。本發(fā)明不僅能控制碼垛機器人對應的機器關節(jié)的運動,而且可以實時監(jiān)測碼垛機器人的運動狀態(tài),在出現(xiàn)故障時能夠進行自動調整,實現(xiàn)容錯控制,同時將故障信息反饋至總控制系統(tǒng)??偪刂葡到y(tǒng)報警顯示故障信息,同時控制同一生產線上的其他機器人采取措施,協(xié)調配合出現(xiàn)故障的機器人,來維持生產線的正常運作。
文檔編號B25J13/00GK102139486SQ20111009708
公開日2011年8月3日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權日2011年4月14日
發(fā)明者唐奧林, 張蕾, 曹其新, 曹波 申請人:上海交通大學