專利名稱：一種基于現(xiàn)場總線的pac工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于現(xiàn)場總線的可編程自動化控制器(Programmable Automation Controller,簡稱PAC)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般地，工業(yè)機(jī)器人的手臂主要由多個機(jī)械臂和相應(yīng)的軸關(guān)節(jié)組成，軸關(guān)節(jié)可以直接與驅(qū)動伺服電機(jī)連接、也可以通過齒輪箱與驅(qū)動伺服電機(jī)連接，通過控制相應(yīng)驅(qū)動伺服電機(jī)的運動，可實現(xiàn)相應(yīng)機(jī)械臂的運動軌跡和方向的控制。因而，實現(xiàn)對相應(yīng)驅(qū)動伺服電 機(jī)的精確控制，就可實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人相應(yīng)機(jī)械臂的自由運動。工業(yè)機(jī)器人軸關(guān)節(jié)的單個驅(qū)動伺服電機(jī)的控制原理，可參見圖I。在圖I中，工業(yè)機(jī)器人軸關(guān)節(jié)的單個驅(qū)動伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，主要包括依次信號連接的第一比較器11、運動位置控制模塊21、第二比較器12、速度控制模塊22、第三比較器13、力矩控制模塊23、電源單元3和電機(jī)(M) 4，以及分別信號連接在電機(jī)(M) 4與第一比較器11及第二比較器12之間、且用于將電機(jī)(M)4的速度及位置信號分別反饋至第一比較器11和第二比較器12的速度及位置反饋模塊5 ;電源單元3與第三比較器13信號連接，將電源單元3的電流反饋信號反饋至第三比較器13 ;第一比較器11，還用于輸入機(jī)器人軸運動設(shè)定信號。圖I中單個驅(qū)動伺服電機(jī)的控制單元，主要包括力矩控制模塊23、速度控制模塊22和運動位置控制模塊21。為保證控制的精確性，各控制模塊(即力矩控制模塊23、速度控制模塊22和運動位置控制模塊21)的控制，均通過電流反饋，速度及位置反饋模塊4，實現(xiàn)反饋閉環(huán)控制。目前，工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，多采用運動控制部分和伺服驅(qū)動部分為一體的方案，即將工業(yè)機(jī)器人的多個軸關(guān)節(jié)(如6軸)的伺服驅(qū)動部分裝配成一體，運動控制部分通過內(nèi)部背板總線與伺服驅(qū)動部分的各個伺服驅(qū)動單元進(jìn)行通信，實現(xiàn)運動控制。例如，一個6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制原理,可參見圖2 ;—個6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),可參見圖3。在圖2中，6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括依次信號連接的機(jī)器人編程開發(fā)環(huán)境單元、機(jī)器人控制單元和伺服電機(jī)單元。其中，機(jī)器人編程開發(fā)環(huán)境單元，包括并行設(shè)置的機(jī)器人應(yīng)用編程模塊、運動設(shè)置模塊、機(jī)教功能模塊、計算機(jī)輔助制造(computer AidedManufacturing,簡稱CAM)編程模塊和軌跡CAM圖表生成模塊。機(jī)器人控制單元，包括通過內(nèi)部背板總線連接的運動控制部分和伺服驅(qū)動部分；運動控制部分，包括分別與內(nèi)部背板總線連接的外部邏輯通訊接口、機(jī)器人應(yīng)用控制模塊和軸軌跡CAM圖表模塊；伺服驅(qū)動部分，包括并行設(shè)置、且分別與內(nèi)部背板總線連接的6個驅(qū)動及控制機(jī)構(gòu)；每個伺服及驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括依次與內(nèi)部背板總線連接的相應(yīng)軸驅(qū)動模塊(如第I至6軸驅(qū)動模塊中的一個軸驅(qū)動模塊)、運動位置控制模塊、速度控制模塊和力矩控制模塊。伺服電機(jī)單元，包括分別與相應(yīng)的驅(qū)動及控制機(jī)構(gòu)中力矩控制模塊連接的電機(jī)(M)。[0007]在圖3中，6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括機(jī)器人控制單元，以及分別與機(jī)器人控制單元信號連接的人機(jī)交互單元(用于提供人機(jī)界面)、自動化設(shè)備邏輯控制單元和伺服電機(jī)單元。機(jī)器人控制單元，包括分別與人機(jī)交互單元及自動化設(shè)備邏輯控制單元連接的運動位置控制模塊，以及分別與運動位置控制模塊及伺服電機(jī)單元連接、且并行設(shè)置的6個伺服驅(qū)動器。自動化設(shè)備邏輯控制單元，包括通過串行通信接口(或網(wǎng)口)與機(jī)器人控制單元中的運動位置控制模塊連接的可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC)，與PLC連接的第三輸入輸出模塊53，以及依次通過過程現(xiàn)場總線(Profibus)或DeviceNet總線(是一種低成本的通訊總線)連接的第二輸入輸出模塊52和第一輸入輸出模塊51。伺服電機(jī)單元，包括分別與機(jī)器人控制單元中的相應(yīng)伺服驅(qū)動器連接的6個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)；每個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括分別與相應(yīng)伺服驅(qū)動器連接的伺服電機(jī)7和編碼器6，伺服電機(jī)7和編碼器6連接。在實現(xiàn)本實用新型的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述的各工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，至少存在以下缺陷 ⑴結(jié)構(gòu)不合理驅(qū)動器為一體式設(shè)置(即相應(yīng)伺服驅(qū)動器和運動位置控制模塊為一體式設(shè)置)，使得相應(yīng)驅(qū)動器不可能放置到距離每個伺服電機(jī)較近的位置；并且，由于各驅(qū)動器均為一體式設(shè)置，當(dāng)其中任何一個驅(qū)動器發(fā)生故障時，其他驅(qū)動器也會受到影響，而不能正常工作；⑵安裝和維護(hù)不方便實際安裝時，需要使用的電力電纜較多，安裝人員經(jīng)常為選擇合適的電力電纜和安裝方式而煩惱；另外，由于各驅(qū)動器均為一體式設(shè)置，當(dāng)其中任何一個驅(qū)動器發(fā)生故障時，都會影響到其他驅(qū)動器，給維護(hù)和保養(yǎng)工作帶來不便；⑶可靠性低編碼器電纜較長，有時會降低速度反饋信號的可靠性；另外，由于各驅(qū)動器均為一體式設(shè)置，其中任何一個驅(qū)動器發(fā)生故障時，都會影響其他驅(qū)動器的可靠性；⑷精確性差編碼器較長，有時會降低速度反饋信號的精確性；(5)成本高通常狀態(tài)下，機(jī)器人控制單元只是一個自動化設(shè)備和生產(chǎn)制造系統(tǒng)的一部分，只有有限的輸入輸出模塊；而自動化設(shè)備和生產(chǎn)制造系統(tǒng)自動化設(shè)備需要有邏輯控制單元，更多的輸入輸出模塊；實際應(yīng)用中，還需要另一個PLC，才能實現(xiàn)設(shè)備的自動化控制，這樣就增加了設(shè)備成本；而且，機(jī)器人控制單元加PLC的方案，同時也加大了應(yīng)用開發(fā)周期和系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低了可靠性。(6)擴(kuò)展性差因為運動控制部分和伺服驅(qū)動部分之間通過內(nèi)部背板總線進(jìn)行通訊，使得多軸驅(qū)動擴(kuò)展受到限制，最多只能擴(kuò)展到6軸或更多一些。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，針對上述問題，提出一種基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理、安裝和維護(hù)方便、可靠性高、精確性好、成本低、以及擴(kuò)展性好的優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括用于對工業(yè)機(jī)器人的各機(jī)械臂的軸關(guān)節(jié)進(jìn)行控制及驅(qū)動的機(jī)器人軸伺服控制單元，高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，人機(jī)交互單元，用于分別對所述機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元進(jìn)行控制、且分別與機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元連接的PAC控制器，以及可擴(kuò)展式設(shè)置、且分別通過高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線依次連接至機(jī)器人軸伺服控制單兀的多個輸入輸出模塊。進(jìn)一步地，所述機(jī)器人軸伺服控制單元，包括與工業(yè)機(jī)器人的各機(jī)械臂的相應(yīng)軸關(guān)節(jié)相配合、用于實現(xiàn)速度控制和力矩電流控制、且并行分立設(shè)置的多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，依次通過單獨設(shè)置的高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線、和/或與多個輸入輸出模塊及PAC控制器共享的同一高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，連接在PAC控制器和輸入輸出模塊之間。進(jìn)一步地，當(dāng)所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)、多個輸入模塊及PAC控制器共享同一高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線時，PAC控制器為該高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的主站，所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)和輸入輸出模塊均為該高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的從站。進(jìn)一步地，所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同或不同；可以根據(jù)工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械臂的實際數(shù)量，可以簡單的增加和減少伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)的數(shù)量，例如可以減少到3伺服驅(qū)·動機(jī)構(gòu)，也可增加到10伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)。當(dāng)所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同時，每個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括通過高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線與PAC控制器和輸入輸出模塊連接的伺服驅(qū)動器，以及與所述伺服驅(qū)動器連接的伺服電機(jī)和編碼器。進(jìn)一步地，在所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)中，每個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括分別與所述PAC控制器和輸入輸出模塊連接的伺服驅(qū)動器，以及分別與所述伺服驅(qū)動器連接的伺服電機(jī)和編碼器；所述伺服電機(jī)和編碼器配合連接。進(jìn)一步地,所述人機(jī)交互單元,至少包括CPU處理器,用于提供IDE (IntegratedDevelopment Environment)編程環(huán)境的IDE編程模塊，以及用于提供人機(jī)界面的操作按鍵和/或顯示模塊；所述IDE編程模塊、操作按鍵和/或顯示模塊，分別與CPU處理器連接，共享同一 CPU處理器。進(jìn)一步地，所述IDE編程模塊，包括并行設(shè)置、且分別與所述PAC控制器連接的邏輯編程子模塊、運動設(shè)置子模塊、機(jī)教功能子模塊、CAM編程子模塊、以及軌跡CAM圖表生成子模塊。進(jìn)一步地，所述PAC控制器，包括低功耗主控CPU，依次連接的軸軌跡CAM圖表模塊、機(jī)器人應(yīng)用控制模塊、運動位置控制模塊和第一通訊協(xié)議模塊，以及相連的邏輯控制模塊和第二邏輯通訊協(xié)議模塊；所述邏輯控制模塊和運動位置控制模塊，分別與低功耗主控(PU連接，共享同一低功耗主控CPU ;所述運動位置控制模塊，用于實現(xiàn)運動位置控制，即用于實現(xiàn)位置控制；所述第一通訊協(xié)議模塊，包括IEC61800-7通訊協(xié)議模塊(電子功率可調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)框架與接口)；和/或，所述第二通訊協(xié)議模塊，包括CANOpen是一種架構(gòu)在控制局域網(wǎng)路(Control Area Network, CAN)上的高層通訊協(xié)定通訊協(xié)議模塊。進(jìn)一步地，所述人機(jī)交互單元，包括工業(yè)計算機(jī)、筆記本、掌上電腦和其它具有工業(yè)PC機(jī)功能的移動終端(如可移動特殊電腦等等)中的任意一種。進(jìn)一步地，所述操作按鍵，包括鍵盤；和/或，所述顯示模塊，包括液晶顯示屏和/或觸摸屏。[0028]進(jìn)一步地，該系統(tǒng)能夠應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人和/或包括工業(yè)機(jī)器人的自動化控制設(shè)備。本實用新型各實施例的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，由于包括用于對工業(yè)機(jī)器人的各機(jī)械臂的軸關(guān)節(jié)進(jìn)行控制及驅(qū)動的機(jī)器人軸伺服控制單元，高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，人機(jī)交互單元，用于分別對機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元進(jìn)行控制、且分別與機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元連接的PAC控制器，以及可擴(kuò)展式設(shè)置、且分別 通過高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線依次連接至機(jī)器人軸伺服控制單元的多個輸入輸出模塊；可以采用現(xiàn)場總線和PAC控制器，實現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人各個軸關(guān)節(jié)的運動控制，從而對實現(xiàn)機(jī)器人功能和位置運動的控制；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)不合理、安裝和維護(hù)不方便、可靠性低、精確性差、成本高、以及擴(kuò)展性差的缺陷，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理、安裝和維護(hù)方便、可靠性高、精確性好、成本低、以及擴(kuò)展性好的優(yōu)點。本實用新型的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本實用新型而了解。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖用來提供對本實用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中圖I為工業(yè)機(jī)器人軸關(guān)節(jié)的單個驅(qū)動伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理示意圖；圖2為6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作原理不意圖；圖3為6軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本實用新型基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的工作原理示意圖；圖5為本實用新型基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。結(jié)合附圖，本實用新型實施例中附圖標(biāo)記如下11-第一比較器；12_第二比較器；13_第三比較器；21_運動位置控制模塊；22_速度控制模塊；23_力矩控制模塊；3-電機(jī)(M);4-速度及位置反饋模塊；51_第一輸入輸出模塊；52_第二輸入輸出模塊；53_第三輸入輸出模塊；6_編碼器；7_伺服電機(jī)。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。根據(jù)本實用新型實施例，提供了一種基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人和/或包括工業(yè)機(jī)器人的自動化控制設(shè)備。如圖4和圖5所示，本實施例包括用于對工業(yè)機(jī)器人的各機(jī)械臂的軸關(guān)節(jié)進(jìn)行控制及驅(qū)動的機(jī)器人軸伺服控制單元，高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，人機(jī)交互單元，用于分別對機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元進(jìn)行控制、且分別與機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元連接的PAC控制器，以及可擴(kuò)展式設(shè)置、且分別通過高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線依次連接至機(jī)器人軸伺服控制單元的多個輸入輸出模塊(如第一輸入輸出模塊51、第二輸入輸出模塊52和第三輸入輸出模塊53)。[0043]其中，上述機(jī)器人軸伺服控制單元，包括與工業(yè)機(jī)器人的各機(jī)械臂的相應(yīng)軸關(guān)節(jié)相配合、用于實現(xiàn)速度控制和力矩電流控制、且并行分立設(shè)置的多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)；多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，依次通過單獨設(shè)置的高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線、和/或與多個輸入輸出模塊及PAC控制器共享的同一高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，連接在PAC控制器和輸入輸出模塊之間。該多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，在該多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)中，每個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括分別與PAC控制器和輸入輸出模塊連接的伺服驅(qū)動器，以及分別與伺服驅(qū)動器連接的伺服電機(jī)(如伺服電機(jī)7)和編碼器(如編碼 器6);伺服電機(jī)和編碼器配合連接。每個伺服驅(qū)動器，包括通過現(xiàn)場總線依次連接在PAC控制器與相應(yīng)伺服電機(jī)之間的相應(yīng)軸驅(qū)動模塊(如第I至第6軸驅(qū)動模塊中的一個軸驅(qū)動模塊)、速度控制模塊和力矩控制模塊。優(yōu)選地，當(dāng)多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)、多個輸入輸出模塊和PAC控制器共享高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線時，PAC控制器為該高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的總站；多個輸入輸出模塊和多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)中的相應(yīng)伺服驅(qū)動器，均為該高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的從站。上述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同或不同；當(dāng)多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同時，每個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括通過高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線與PAC控制器和輸入輸出模塊連接的伺服驅(qū)動器，以及與伺服驅(qū)動器連接的伺服電機(jī)和編碼器。上述人機(jī)交互單元，至少包括CPU處理器，用于提供IDE編程環(huán)境的IDE編程模塊，以及用于提供人機(jī)界面的操作按鍵和/或顯示模塊；IDE編程模塊、操作按鍵和/或顯示模塊，分別與CPU處理器連接，共享同一 CPU處理器。該IDE編程模塊，包括并行設(shè)置、且分別與PAC控制器連接的邏輯編程子模塊、運動設(shè)置子模塊、機(jī)教功能子模塊、CAM編程子模塊、以及軌跡CAM圖表生成子模塊。該PAC控制器，包括低功耗主控CPU，依次連接的軸軌跡CAM圖表模塊、機(jī)器人應(yīng)用控制模塊、運動位置控制模塊和第一通訊協(xié)議模塊，以及相連的邏輯控制模塊和第二邏輯通訊協(xié)議模塊；邏輯控制模塊和運動位置控制模塊，分別與低功耗主控CPU連接，共享同一低功耗主控CPU ;運動位置控制模塊，用于實現(xiàn)運動位置控制，即用于實現(xiàn)位置控制；邏輯控制模塊可以采用PLC，實現(xiàn)邏輯控制。該第一通訊協(xié)議模塊，包括IEC61800-7通訊協(xié)議模塊；和/或，第二通訊協(xié)議模塊，包括CANOpen通訊協(xié)議模塊。該人機(jī)交互單元，包括工業(yè)計算機(jī)、筆記本、掌上電腦和其它具有工業(yè)PC機(jī)功能的移動終端中的任意一種。該操作按鍵，包括鍵盤；和/或，顯示模塊，包括液晶顯示屏和/或觸摸屏。上述實施例的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，利用了實時高速以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的總線最新發(fā)展的技術(shù)和新型自動化控制器(即PAC控制器)控制技術(shù)，可以應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的控制領(lǐng)域。例如,在圖4和圖5中列舉有6伺服電機(jī)控制的工業(yè)機(jī)器人的6個關(guān)節(jié)軸(簡稱6軸)的運動。6軸的工業(yè)機(jī)器人可實現(xiàn)許多領(lǐng)域的應(yīng)用，有著很強的柔性運動軌跡。6個獨立的伺服驅(qū)動器分別與6個伺服電機(jī)對應(yīng)連接，并分別與用于實現(xiàn)電力動力連接和速度反饋功能的編碼器連接。PAC控制器通過實時以太網(wǎng)支持總線將6個伺服驅(qū)動器和3個從站的3個輸入輸出模塊連接起來。伺服驅(qū)動器和輸入輸出模塊可以共享同一現(xiàn)場總線，從而實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人和自動化設(shè)備一體化的控制。具體實施時，上述伺服驅(qū)動器可以采用德國Metronix伺服驅(qū)動器，PAC控制器可以采用凱姆特PAC控制器，輸入輸出模塊可以采用凱姆特輸入輸出模塊。例如，可以采用德國Metronix最新的ARS2000系列伺服驅(qū)動器，該系列伺服驅(qū)動支持實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線(EtherCat )；PAC控制器可以采用凱姆特最新PAC-510的PAC控制器，該款PAC裝載了 InteI低功耗Atom CPU，支持運動控制、邏輯控制和Integrated HMI軟件操作界面；輸入輸出模塊可以選用凱姆特現(xiàn)場總線模塊。上述實施例的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，利用現(xiàn)場總線通訊和自動化控制器(PAC)等自動化控制技術(shù)，實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的多個軸關(guān)節(jié)的控制；工業(yè)現(xiàn)場總線采用了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)和實時通訊協(xié)議；伺服驅(qū)動器與伺服電機(jī)，分別與用于進(jìn)行電力動力和速度采集的編碼器(如速度編碼器)相連接，伺服驅(qū)動器僅對伺服電機(jī)進(jìn)行速度閉環(huán)控制；編碼器的速度信號通過伺服驅(qū)動器的實時現(xiàn)場總線，傳送至工業(yè)機(jī)器人的控制器；工業(yè)機(jī)器人的控制器采用了 PAC控制器，PAC控制器裝載有具有運動控制功能和生成工業(yè)機(jī)器人各軸關(guān)節(jié)運動位置軌跡涉圖表(Profile)功能；根據(jù)工業(yè)機(jī)器人各軸關(guān)節(jié)運動位置運動軌跡圖表，PAC控制器對工業(yè)機(jī)器人的運動進(jìn)行實時的控制。該基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，由于采用的現(xiàn)場總線技術(shù)和PAC控制器的控制技術(shù)，使得各個伺服驅(qū)動器能盡可能地安裝在相應(yīng)伺服電機(jī)的附近，而PAC控制器可放置在遠(yuǎn)離工業(yè)控制現(xiàn)場的任何合適的地方，從而減少電纜材料和安裝成本，同時短距離的編碼器電纜，可大大增加速 度反饋信號的可靠性和精確性。上述實施例的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，至少具有以下特點⑴利用實時以太網(wǎng)高速現(xiàn)場總線實現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人各個軸關(guān)節(jié)的運動控制；⑵在⑴的基礎(chǔ)上，實時以太網(wǎng)高速現(xiàn)場總線同時連接有輸入輸出模塊、其他傳感器(如編碼器或其他速度及位置傳感器)、執(zhí)行元件(如伺服電機(jī))和驅(qū)動裝置(如伺服驅(qū)動器)；⑶PAC控制器為實時以太網(wǎng)高速現(xiàn)場總線的主站(Master)，其他連接在現(xiàn)場總線上伺服驅(qū)動器、輸入輸出模塊等等其他裝置均為從站；(4) PAC控制器為該工業(yè)機(jī)器人的主控制器，實現(xiàn)機(jī)器人功能和位置運動的控制；而伺服驅(qū)動器實施電機(jī)的速度和電流控制；(5)可以通過以太網(wǎng)LAN接口與上位機(jī)(即人機(jī)交互單元)相連接，上位機(jī)用于實現(xiàn)對該基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的邏輯編程、工業(yè)機(jī)器人的軌跡機(jī)教和該基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)視；上位機(jī)可為桌面工業(yè)電腦、手持專用裝置和筆記本電腦等等。上述實施例的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，至少可以達(dá)到以下有益效果⑴體現(xiàn)了系統(tǒng)功能的模塊化和組件化，實際應(yīng)用中可根據(jù)需求進(jìn)行靈活的擴(kuò)展；⑵實際應(yīng)用時，可節(jié)約安裝成本和電纜材料成本；⑶伺服驅(qū)動器和輸入輸出模塊可以共享同一現(xiàn)場總線，使得工業(yè)機(jī)器人與自動化設(shè)備控制一體化，結(jié)構(gòu)簡單且合理，可靠性增強；⑷工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用控制、運動控制和自動化設(shè)備應(yīng)用控制共享同一開發(fā)平臺，使用者可大大減少應(yīng)用開發(fā)周期；(5)安裝、運行和維護(hù)均較簡單。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實 用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，包括用于對工業(yè)機(jī)器人的各機(jī)械臂的軸關(guān)節(jié)進(jìn)行控制及驅(qū)動的機(jī)器人軸伺服控制單元，高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，人機(jī)交互單元，用于分別對所述機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元進(jìn)行控制、且分別與機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元連接的PAC控制器，以及可擴(kuò)展式設(shè)置、且分別通過高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線依次連接至機(jī)器人軸伺服控制單元的多個輸入輸出模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人軸伺服控制單元，包括與工業(yè)機(jī)器人的各機(jī)械臂的相應(yīng)軸關(guān)節(jié)相配合、用于實現(xiàn)速度控制和力矩電流控制、且并行分立設(shè)置的多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)；所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，依次通過單獨設(shè)置的高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線、和/或與多個輸入輸出模塊及PAC控制器共享的同一高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，連接在PAC控制器和輸入輸出模塊之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)、多個輸入模塊及PAC控制器共享同一高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線時，PAC控制器為該高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的主站，所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)和輸入輸出模塊 均為該高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線的從站。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同或不同； 當(dāng)所述多個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同時，每個伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)，包括通過高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線與PAC控制器和輸入輸出模塊連接的伺服驅(qū)動器，以及與所述伺服驅(qū)動器連接的伺服電機(jī)和編碼器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)交互單元，至少包括用于提供編程環(huán)境的IDE編程模塊，以及用于提供人機(jī)界面的操作按鍵和/或顯示模塊；所述IDE編程模塊、操作按鍵和/或顯示模塊，共享同一 CPU處理器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述操作按鍵，包括鍵盤；和/或，所述顯示模塊，包括液晶顯示屏和/或觸摸屏。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述PAC控制器，包括低功耗主控CPU，依次連接的軸軌跡CAM圖表模塊、機(jī)器人應(yīng)用控制模塊、運動位置控制模塊和第一通訊協(xié)議模塊，以及相連的邏輯控制模塊和第二邏輯通訊協(xié)議模塊；所述邏輯控制模塊和運動位置控制模塊，共享同一低功耗主控CPU ;所述運動位置控制模塊，用于實現(xiàn)運動位置控制，即用于實現(xiàn)位置控制； 所述第一通訊協(xié)議模塊，包括IEC61800-7通訊協(xié)議模塊；和/或，所述第二通訊協(xié)議模塊，包括CANOpen通訊協(xié)議模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)交互單元，包括工業(yè)計算機(jī)、筆記本、掌上電腦和其它具有工業(yè)PC機(jī)功能的移動終端中的任意一種。
專利摘要本實用新型公開了一種基于現(xiàn)場總線的PAC工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，包括用于對工業(yè)機(jī)器人的各機(jī)械臂的軸關(guān)節(jié)進(jìn)行控制及驅(qū)動的機(jī)器人軸伺服控制單元，高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線，人機(jī)交互單元，用于分別對所述機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元進(jìn)行控制、且分別與機(jī)器人軸伺服控制單元和人機(jī)交互單元連接的PAC控制器，以及可擴(kuò)展式設(shè)置、且分別通過高速實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線依次連接至機(jī)器人軸伺服控制單元的多個輸入輸出模塊。本實用新型所述系統(tǒng)，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)不合理、安裝和維護(hù)不方便、可靠性低、精確性差、成本高、以及擴(kuò)展性差等缺陷，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)合理、安裝和維護(hù)方便、可靠性高、精確性好、成本低、以及擴(kuò)展性好的優(yōu)點。
文檔編號B25J9/16GK202763839SQ20122045772
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者王偉棟 申請人:王偉棟