專利名稱：一種多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制器技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制器，具體地，涉及一種用于焊 接、搬運(yùn)、裝配等工業(yè)控制領(lǐng)域的多自由度工業(yè)機(jī)器人空間軌跡運(yùn)動控制器，屬于機(jī)電控制 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]目前，國內(nèi)外的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展非常迅速，其控制系統(tǒng)采用的技術(shù)也各不相同，但 主要采用有如下幾種控制方法[0003]I運(yùn)動控制、示教規(guī)劃與人機(jī)交互分離的上下位機(jī)控制方法[0004]這種方法采用上下位機(jī)的控制技術(shù)，上位機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互，包括鍵盤和顯示，進(jìn) 行參數(shù)輸入和狀態(tài)顯示，主要把示教與運(yùn)動控制的命令參數(shù)通過通訊總線發(fā)送給下位機(jī)， 通過下位機(jī)再控制機(jī)器人運(yùn)動。這種方法是大多數(shù)機(jī)器人控制系統(tǒng)普遍采用的控制方法， 相對比較成熟、可靠。但對于低成本、模塊化的機(jī)器人應(yīng)用場合，這種方法所采用的上位機(jī) 和下位機(jī)結(jié)構(gòu)分開安裝，因此成本會較高。[0005]2運(yùn)動控制、示教規(guī)劃與人機(jī)交互分離的多處理器控制方法[0006]這種方法把運(yùn)動控制、示教規(guī)劃與人機(jī)交互操作等多種功能進(jìn)一步細(xì)化，不同的 處理器負(fù)責(zé)不同的控制功能。這種控制方法雖然是未來高檔控制的重要發(fā)展方向之一，但 目前對于低成本、模塊化的機(jī)器人應(yīng)用場合，目前這種方法的成本仍然很高。[0007]如公開號為101045298A的中國專利申請，該專利公開一種多自由度機(jī)器人運(yùn)動 規(guī)劃控制器，其特征在于電源轉(zhuǎn)換模塊I的輸入端與外部直流電源7連接，電源轉(zhuǎn)換模塊I 的輸出端分別與DSP芯片2、以太網(wǎng)控制器3、以太網(wǎng)連接器4、CAN總線接口芯片6連接， DSP芯片2分別與以太網(wǎng)控制器3、CAN總線接口芯片6連接，以太網(wǎng)控制器3與以太網(wǎng)連 接器4連接，CAN總線接口芯片6與CAN總線連接器5連接；多自由度機(jī)器人運(yùn)動規(guī)劃控制 軟件集成在DSP芯片2中。但是相對低成本、模塊化的機(jī)器人應(yīng)用場合，該專利的成本還是 相對較高。實(shí)用新型內(nèi)容[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種新型多自由度工業(yè)機(jī)器人 運(yùn)動控制器。對于低成本、模塊化的機(jī)器人應(yīng)用場合，本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)多自由度工業(yè)機(jī)器 人的實(shí)時控制，安全可靠地完成機(jī)器人的運(yùn)動控制、示教規(guī)劃與人機(jī)交互操作。[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制器，包括手 持式控制器、第一組端子板、第二組端子板、電源、開關(guān)量驅(qū)動輸出端、驅(qū)動器、第一組電纜 線束、電機(jī)、第二組電纜線束、編碼器組、開關(guān)量輸入端和光電開關(guān)組，其中所述的手持式控 制器、電源、開關(guān)量驅(qū)動輸出端、驅(qū)動器通過第一組電纜線束與第一組端子板相連，所述的 第一組端子板與第二組端子板通過第二組電纜線束相連，所述的驅(qū)動器與電機(jī)相連，所述 的編碼器組、開關(guān)量輸入端、光電開關(guān)組與第二組端子板相連。所述的編碼器組、開關(guān)量輸入端和光電開關(guān)組的信號傳輸?shù)降诙M端子板，再通過第二組電纜線束和第一組端子板傳 輸?shù)绞殖质娇刂破鳎凰龅氖殖质娇刂破鞯倪\(yùn)動控制命令通過第一組電纜線束傳輸?shù)降谝?組端子板，再傳輸?shù)津?qū)動器。[0010]優(yōu)選地，所述的手持式控制器包括CPU、液晶、觸摸屏、薄膜開關(guān)、USB接口、FPGA、 開關(guān)信號、電機(jī)控制信號和編碼器信號，其中所述的液晶、觸摸屏、薄膜開關(guān)、USB接口和 FPGA與CPU相連，所述的開關(guān)信號、電機(jī)控制信號和編碼器信號與FPGA相連，通過FPGA把 開關(guān)信號和編碼器信號送入CPU，通過CPU把電機(jī)控制信號送出到驅(qū)動器。[0011]優(yōu)選地，所述電源為5V供電電源。[0012]本實(shí)用新型所述的手持式控制器采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，不但把開關(guān)信號、編 碼器信號的機(jī)器人反饋信息傳送給了 CPU，也把電機(jī)的控制信號發(fā)送給了驅(qū)動器，機(jī)器人的 控制算法也由手持式控制器的CPU來完成；同時，所述的手持式控制器還有人機(jī)交互的各 種界面，包括液晶、觸摸屏、薄膜開關(guān)、USB接口，從而組成了一個集成機(jī)器人信息采集、運(yùn)動 控制、狀態(tài)顯示于一體的模塊化的控制系統(tǒng)。[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下的有益效果可簡單、可靠地實(shí)現(xiàn)多自由度 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制、示教規(guī)劃與人機(jī)交互的基本功能，具有成本低、模塊化、易維護(hù)、使用 安全的特點(diǎn)，可滿足廣大自動化企業(yè)焊接、搬運(yùn)、裝配等工業(yè)控制領(lǐng)域的普遍應(yīng)用。


[0014]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特 征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯[0015]圖1為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖；[0016]圖2為本實(shí)用新型的原理圖。[0017]圖中I為手持式控制器，2為第一組端子板，3為第二組端子板，4為5V供電電源， 5為開關(guān)量驅(qū)動輸出端，6為驅(qū)動器，7為第一組電纜線束，8為電機(jī)，9為第二組電纜線束，10 編碼器組，11為開關(guān)量輸入端，12為光電開關(guān)組，13為CPU13，14為液晶，15為觸摸屏，16為 薄膜開關(guān)，17為USB接口，18為FPGA，19為開關(guān)信號，20為電機(jī)控制信號和21為編碼器信號。
具體實(shí)施方式
[0018]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，但不以任何形式限制本實(shí)用新型。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。 這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。[0019]如圖1所示，本實(shí)施例包括手持式控制器1、第一組端子板2、第二組端子板3、5V 供電電源4、開關(guān)量驅(qū)動輸出端5、驅(qū)動器6、第一組電纜線束7、電機(jī)8、第二組電纜線束9、 編碼器組10、開關(guān)量輸入端11和光電開關(guān)組12，其中所述的手持式控制器1、5V供電電源 4、開關(guān)量驅(qū)動輸出端5、驅(qū)動器6通過第一組電纜線束7與第一組端子板2相連，5V供電電 源4給手持式控制器1、編碼器組10、開關(guān)量輸入端11和光電開關(guān)組12供電。所述的第二 組端子板3與第一組端子板2通過第二組電纜線束9相連，把編碼器組10、開關(guān)量輸入端11和光電開關(guān)組12的信號傳輸?shù)降诙M端子板3，再通過第二組電纜線束9傳輸?shù)降谝唤M端子板2，再通過第一組電纜線束7傳輸?shù)绞殖质娇刂破鱅。所述的驅(qū)動器6與電機(jī)8相連， 手持式控制器I的運(yùn)動控制命令通過第一組電纜線束7傳輸?shù)降谝唤M端子板2，再傳輸?shù)津?qū)動器6，從而控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)。手持式控制器I的開關(guān)量控制命令通過電纜線束7傳輸?shù)蕉俗影?,再傳輸?shù)介_關(guān)量驅(qū)動輸出端5,從而控制一些開關(guān)量器件。[0020]如圖2所示，手持式控制器I包括CPU13、液晶14、觸摸屏15、薄膜開關(guān)16、USB接口 17、FPGA18、開關(guān)信號19、電機(jī)控制信號20和編碼器信號21。所述的液晶14、觸摸屏15、 薄膜開關(guān)16、USB接口 17和FPGA18與CPU13相連，液晶14顯示機(jī)器人的狀態(tài)和操作界面， 觸摸屏15提供觸摸操作，薄膜開關(guān)16可輸入按鍵信息，USB接口 17可與優(yōu)盤或USB設(shè)備相連。所述的開關(guān)信號19、電機(jī)控制信號20和編碼器信號21與FPGA18相連，通過FPGA18 把開關(guān)信號19和編碼器信號21送入CPU13，通過CPU13把電機(jī)控制信號20送出到驅(qū)動器。 可見，所述的手持式控制器I采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，不但把開關(guān)信號19、編碼器信號21 的機(jī)器人反饋信息傳送給了 CPU13，也把電機(jī)的控制信號20發(fā)送給了驅(qū)動器，機(jī)器人的控制算法也由手持式控制器I的CPUl3來完成；同時，所述的手持式控制器I還有人機(jī)交互的各種界面，包括液晶14、觸摸屏15、薄膜開關(guān)16、USB接口 17，從而組成了一個集成機(jī)器人信息采集、運(yùn)動控制、狀態(tài)顯示于一體的模塊化的控制系統(tǒng)。[0021]本實(shí)施例的工作原理為[0022]通過FPGA把開關(guān)信號和編碼器信號送入到CPU，通過CPU計(jì)算后，得到多自由度工業(yè)機(jī)器人各個關(guān)節(jié)相對于原點(diǎn)的位置角度來作為機(jī)器人的位置反饋信號，經(jīng)過微分運(yùn)算后進(jìn)而得到速度、加速度反饋信號。CPU根據(jù)示教的軌跡，通過逆運(yùn)動學(xué)計(jì)算各個關(guān)節(jié)的角度和速度，通過CPU送給FPGA，再通過FPGA送給驅(qū)動器，從而控制各個關(guān)節(jié)的電機(jī)運(yùn)動。根據(jù)各個關(guān)節(jié)反饋的位置、速度信息，通過正運(yùn)動學(xué)運(yùn)算求出機(jī)器人的末端軌跡。通過與示教軌跡的比較，動態(tài)調(diào)整CPU向FPGA發(fā)送的位置與速度信息，進(jìn)而保證機(jī)器人的軌跡準(zhǔn)確性。[0023]本實(shí)施例的具體操作步驟如下[0024]1.機(jī)器人連線；[0025]2.系統(tǒng) 上電，啟動；[0026]3.原點(diǎn)復(fù)位；[0027]4.示教軌跡，保存示教文件。[0028]5.打開示教文件，設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，執(zhí)行機(jī)器人控制程序。[0029]6.實(shí)時顯示機(jī)器人位置、速度狀態(tài)，同時執(zhí)行機(jī)器人安全保護(hù)程序。[0030]7.機(jī)器人暫停或停止。[0031]以上對本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本實(shí)用新型并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改， 這并不影響本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求1.一種多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制器，其特征在于包括手持式控制器、第一組端子板、第二組端子板、電源、開關(guān)量驅(qū)動輸出端、驅(qū)動器、第一組電纜線束、電機(jī)、第二組電纜線束、編碼器組、開關(guān)量輸入端和光電開關(guān)組；其中所述的手持式控制器、電源、開關(guān)量驅(qū)動輸出端、驅(qū)動器通過第一組電纜線束與第一組端子板相連，所述的第一組端子板與第二組端子板通過第二組電纜線束相連，所述的驅(qū)動器與電機(jī)相連，所述的編碼器組、開關(guān)量輸入端、光電開關(guān)組與第二組端子板相連；所述的編碼器組、開關(guān)量輸入端和光電開關(guān)組的信號傳輸?shù)降诙M端子板，再通過第二組電纜線束和第一組端子板傳輸?shù)绞殖质娇刂破鳎凰龅氖殖质娇刂破鞯倪\(yùn)動控制命令通過第一組電纜線束傳輸?shù)降谝唤M端子板，再傳輸?shù)津?qū)動器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制器，其特征在于，所述的手持式控制器包括CPU、液晶、觸摸屏、薄膜開關(guān)、USB接口、FPGA、開關(guān)信號、電機(jī)控制信號和編碼器信號；所述的液晶、觸摸屏、薄膜開關(guān)、USB接口和FPGA與CPU相連；所述的開關(guān)信號、 電機(jī)控制信號和編碼器信號與FPGA相連，通過FPGA把開關(guān)信號和編碼器信號送入CPU，通過CPU把電機(jī)控制信號送出到驅(qū)動器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制器，其特征在于，所述電源為5V供電電源。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制器，包括手持式控制器、兩塊端子板、5V供電電源、開關(guān)量驅(qū)動輸出端、驅(qū)動器、兩組電纜線束、電機(jī)、編碼器組、開關(guān)量輸入端、光電開關(guān)組，其中手持式控制器、5V供電電源、開關(guān)量驅(qū)動輸出端、驅(qū)動器通過電纜線束與端子板相連；手持式控制器還包括CPU、液晶、觸摸屏、薄膜開關(guān)、USB接口、FPGA、開關(guān)信號、電機(jī)控制信號和編碼器信號，其中液晶、觸摸屏、薄膜開關(guān)、USB接口和FPGA與CPU相連，開關(guān)信號、電機(jī)控制信號和編碼器信號與FPGA相連。本實(shí)用新型可簡單、可靠地實(shí)現(xiàn)多自由度工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動控制、示教規(guī)劃與人機(jī)交互的基本功能，成本低、模塊化、易維護(hù)、使用安全。
文檔編號B25J13/00GK202878317SQ20122051380
公開日2013年4月17日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者付莊, 閆維新, 趙言正 申請人:上海交通大學(xué)