現(xiàn)對電機(jī)或驅(qū)動器的各種信號量的連接。軸控制電路以軸為單位實(shí)現(xiàn)，每個(gè)軸都是一個(gè)完整的模塊，可以針對不同的系統(tǒng)，增加或減少軸控制電路的數(shù)目。軸控制電路一般以FPGA/CPLD器件和AD、DA轉(zhuǎn)換器為核心構(gòu)建，利用FPGA/CPLD器件的在線可編程能力，適應(yīng)不同電機(jī)控制的需要。
[0022]與基本PID不同，其微分作用只安排在反饋回路中，優(yōu)點(diǎn)在于可以避免參考信號快速變化時(shí)引起的定點(diǎn)沖擊現(xiàn)象。這種結(jié)構(gòu)一般可稱之為微分先行，或P1-D結(jié)構(gòu)，它是二自由度PID控制的一個(gè)特殊情況。這種控制結(jié)構(gòu)適用于給定值頻繁升降的場合，可以避免升降時(shí)引起的系統(tǒng)振蕩，從而明顯地改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。圖中CP表示給定位置，AP、AV表示實(shí)際位置和速度，Kp、K1、Kd分別代表比例、積分和微分增益，DACount是數(shù)字PID的計(jì)算結(jié)果，它經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后便得到控制電壓信號Uc。
[0023]本項(xiàng)目機(jī)器人離線編程系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)在目前實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)中，按其功能邏輯主要分為5個(gè)模塊:圖形顯示、三維建模、傳感器仿真、編程處理以及運(yùn)動學(xué)模塊。
[0024]圖形顯示模塊的功能包括對場景的管理、動畫繪制以及仿真時(shí)鐘控制等與顯示相關(guān)的功能；三維建模模塊的功能是建立起機(jī)器人及其工作環(huán)境的三維模型，并為每個(gè)環(huán)境實(shí)體創(chuàng)建對象；傳感器仿真是對物理傳感器功能的模擬；而編程處理模塊主要解決機(jī)器人編程問題，包括文本編輯、編譯、鏈接等；運(yùn)動學(xué)模塊完成與運(yùn)動學(xué)相關(guān)的計(jì)算，并根據(jù)機(jī)器人與環(huán)境的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行碰撞檢測。
[0025]二.三維位姿檢測模塊:
對于位姿檢測傳感系統(tǒng)，是指在機(jī)器人末端執(zhí)行器上裝在測量體時(shí)，通過比較測量體的相對位姿參數(shù)的變化量，可完成對機(jī)器人的重復(fù)位姿精度檢測。位姿檢測傳感器系統(tǒng)由傳感器接前置器、多路開關(guān)、信號預(yù)處理、A/0變換、接口電路、最終接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成?？刂破餍耐ㄟ^安裝在焊槍端的信號處理過程，自動記憶控末端執(zhí)行器移動軌跡，快速實(shí)現(xiàn)示教編程。
[0026]為了能用測量信息計(jì)算出相對位姿，由6個(gè)電渦流傳感器組成的特定空間結(jié)構(gòu)來提供位姿和測量數(shù)據(jù)。傳感器的測量空間結(jié)構(gòu)，即6個(gè)傳感器構(gòu)成三維測量坐標(biāo)系，其中傳感器1、2、3對應(yīng)測量坐標(biāo)系，傳感器4、5對應(yīng)測量面xOz，傳感器6對應(yīng)測量面yOz。每個(gè)傳感器在坐標(biāo)系中的位置固定，這6個(gè)傳感器所標(biāo)定的測量范圍就是測量系統(tǒng)的測量范圍。當(dāng)測量體相對測量坐標(biāo)系發(fā)生位姿變化時(shí)，電渦流傳感器的輸出信號會隨測量距離成比例地變化。
[0027]三.運(yùn)動控制系統(tǒng)中的插補(bǔ)運(yùn)算優(yōu)化設(shè)計(jì)
所謂插補(bǔ)就是根據(jù)零件輪廓尺寸，結(jié)合精度和工藝等方面的要求，按照一定的數(shù)學(xué)方法在理想的軌跡或輪廓上的已知點(diǎn)之間確定一些中間點(diǎn)，從而逼近理想工件外形輪廓〃換句話說，插補(bǔ)過程就是對給定曲線進(jìn)行/數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化O過程。在運(yùn)動控制系統(tǒng)中執(zhí)行電機(jī)控制、實(shí)現(xiàn)軌跡規(guī)劃起著重要作用?，F(xiàn)代常用的插補(bǔ)算法有基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)和數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)。在基準(zhǔn)脈沖插補(bǔ)中，按基本原理又分為以區(qū)域判別為特征的逐點(diǎn)比較法插補(bǔ)，以比例乘法為特征的數(shù)字脈沖乘法器插補(bǔ)。數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)法又稱時(shí)間分割插補(bǔ)法，這種方法是把加工一段直線或圓弧的整段時(shí)間細(xì)分為許多相等的時(shí)間間隔，稱為單位時(shí)間間隔(或插補(bǔ)周期)ο每經(jīng)過一個(gè)單位時(shí)間間隔就進(jìn)行一次插補(bǔ)運(yùn)算，算出在這一時(shí)間間隔內(nèi)的各坐標(biāo)軸的進(jìn)給量，邊計(jì)算邊插補(bǔ)，直至到達(dá)插補(bǔ)軌跡終點(diǎn)。在逐點(diǎn)比較法中，每進(jìn)給一步都需要進(jìn)行偏差判別、坐標(biāo)進(jìn)給、新偏差計(jì)算和終點(diǎn)比較四個(gè)節(jié)拍，其插補(bǔ)算法運(yùn)算直觀，插補(bǔ)誤差小于一個(gè)脈沖當(dāng)量，輸出脈沖均勻，速度變化小，調(diào)節(jié)方便，在兩個(gè)坐標(biāo)開環(huán)CNC控制系統(tǒng)中應(yīng)用普遍，但是這種方法不能實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動，不能滿足插補(bǔ)精度要求較高的場合，其應(yīng)用范圍受到了很大限制。與逐點(diǎn)比較法相比，數(shù)據(jù)采樣法具有運(yùn)算速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、控制精度高等特點(diǎn)，因此，經(jīng)過比較上述方法的優(yōu)缺點(diǎn)本系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采樣法實(shí)現(xiàn)空間軌跡圖形的插補(bǔ)運(yùn)算。
[0028]在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)候，項(xiàng)目采用基于時(shí)間分割的直線插補(bǔ)法和基于坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和時(shí)間分割法的圓弧插補(bǔ)法。直線插補(bǔ)軟件流程圖如圖7所示，圓弧插補(bǔ)軟件流程圖如圖8所示。在插補(bǔ)的過程中，插補(bǔ)速率的計(jì)算是關(guān)鍵，它影響到插補(bǔ)軌跡的特性，如誤差的大小。軌跡的優(yōu)劣性等〃采用TMS320F2812 DSP中的定時(shí)器O來控制采樣周期，當(dāng)采樣周期到來時(shí)，獲得各軸脈沖進(jìn)給量，通過PWM波的形式輸出，驅(qū)動各軸電機(jī)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)各種軌跡的插補(bǔ)。
[0029]本發(fā)明基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)的有益效果是:由于是虛擬的手推，本質(zhì)上機(jī)器人的運(yùn)動依然是由其關(guān)節(jié)電機(jī)作為動力，很好的解決了笨重的機(jī)器人末端人手不好操作的問題，簡單實(shí)用的、高效率，同時(shí)由于其關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)完全和不加手推方案的機(jī)器人完全一致，無需離合器和編碼器，可靠性得到了很大程度的保證，另外，由于只需要在控制器中做軟件設(shè)定調(diào)整，其綜合制造維護(hù)，以及調(diào)試成本都很低廉。
[0030]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:控制頭、三維坐標(biāo)位移傳感器、運(yùn)動控制模塊和三維位姿檢測模塊， 所述三維坐標(biāo)位移傳感器包括3組渦流傳感器，且3組渦流傳感器的位置呈正交XYZ軸排列，所述三維坐標(biāo)位移傳感器設(shè)置于機(jī)器人手臂的末端，當(dāng)人手捏住控制頭推動時(shí)，控制頭產(chǎn)生位移，帶動各方向的渦流傳感器移動，控制系統(tǒng)通過檢測三個(gè)軸向的渦流傳感器可以計(jì)算得到手推力的空間矢量方向與力度，從而操縱機(jī)器人跟隨著人手的意圖移動末端 所述運(yùn)動控制模塊采用了嵌入式結(jié)構(gòu)，且其包括通用電路模塊、軸控制電路模塊、驅(qū)動模塊和離線編程模塊， 所述驅(qū)動模塊包括電機(jī)和驅(qū)動器， 所述通用電路模塊通過總線和串行接口與外界通信，從控制面板接收命令，并將狀態(tài)通過顯示接口顯示在IXD或VFD上， 所述軸控制電路模塊對反饋信號進(jìn)行處理，并根據(jù)伺服計(jì)算的結(jié)果產(chǎn)生輸出控制信號，同時(shí)對電機(jī)或驅(qū)動器的各種信號進(jìn)行連接， 所述離線編程模塊包括圖形顯示模塊、三維建模模塊、傳感器仿真模塊、編程處理模塊和運(yùn)動學(xué)模塊，所述圖形顯示模塊完成對場景管理、動畫繪制、仿真時(shí)鐘控制和信息圖像顯示的控制，所述三維建模模塊建立機(jī)器人及其工作環(huán)境的三維模型，并為每個(gè)環(huán)境實(shí)體創(chuàng)建對象，所述傳感器仿真模塊完成對物理傳感器功能的模擬，所述編程處理模塊進(jìn)行機(jī)器人的文本編輯、編譯和鏈接，所述運(yùn)動學(xué)模塊完成運(yùn)動學(xué)計(jì)算，并根據(jù)機(jī)器人與環(huán)境的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行碰撞檢測， 所述三維位姿檢測模塊在機(jī)器人末端執(zhí)行器上裝在測量體時(shí)，通過比較測量體的相對位姿參數(shù)的變化量，對機(jī)器人的重復(fù)位姿進(jìn)行精度檢測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通用電路包括DSP模塊、通信接口電路和外部設(shè)備連接電路，DSP模塊進(jìn)行軌跡生成、伺服計(jì)算和系統(tǒng)監(jiān)控操作，且伺服計(jì)算的結(jié)果發(fā)送到軸控制電路，對具體電機(jī)進(jìn)行控制。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述外部設(shè)備連接電路包括顯示接口和控制面板接口。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述輸出控制信號包括模擬電壓、PWM信號或步進(jìn)脈沖。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述軸控制電路包括FPGA/CPLD裝置、AD轉(zhuǎn)換器和DA轉(zhuǎn)換器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述軸控制電路以軸為單位實(shí)現(xiàn)，每個(gè)軸都是一個(gè)完整的模塊。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三維位姿檢測模塊包括傳感器接前置器、多路開關(guān)、信號預(yù)處理模塊、A/Ο變換模塊、接口電路和計(jì)算機(jī)模塊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括：三維位移傳感模塊系統(tǒng)、主控單元模塊、通信模塊、驅(qū)動電機(jī)接口模塊、光電隔離I/O接口模塊和外圍存儲模塊等。通過上述方式，本發(fā)明基于手推示教式五軸水平關(guān)節(jié)機(jī)器人的控制系統(tǒng)，由于是虛擬的手推，本質(zhì)上機(jī)器人的運(yùn)動依然是由其關(guān)節(jié)電機(jī)作為動力，很好的解決了笨重的機(jī)器人末端人手不好操作的問題，簡單實(shí)用的、高效率，同時(shí)由于其關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)完全和不加手推方案的機(jī)器人完全一致，無需離合器和編碼器，可靠性得到了很大程度的保證，另外，由于只需要在控制器中做軟件設(shè)定調(diào)整，其綜合制造維護(hù)，以及調(diào)試成本都很低廉。
【IPC分類】B25J9/16
【公開號】CN105033996
【申請?zhí)枴緾N201510265038
【發(fā)明人】胡延蘇
【申請人】蘇州法魯克自動化設(shè)備有限公司
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年5月22日