一種機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊、機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人控制領(lǐng)域，具體地說是一種機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊、機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展、工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的工作被機(jī)器人所取代，特別是在重復(fù)性高的流水生產(chǎn)線上，機(jī)器人得到了更多的應(yīng)用。
[0003]機(jī)器人需要相應(yīng)控制系統(tǒng)控制，國內(nèi)外都有不少對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究，取得了不少成果，然則這些機(jī)器人控制系統(tǒng)都有一個(gè)特點(diǎn):只能控制固定自由度的特定機(jī)器人，通用性較差；隨著科技的發(fā)展，將出現(xiàn)越來越多自由度可變的機(jī)器人，現(xiàn)有機(jī)器人控制系統(tǒng)通用性差的特點(diǎn)將越來越明顯，其應(yīng)用場合也將受到越來越多的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，設(shè)計(jì)出一種機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊、機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng)。該發(fā)明具有機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊化、機(jī)器人驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組態(tài)化的特點(diǎn)，能滿足不同關(guān)節(jié)自由度的機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)控制要求，可廣泛應(yīng)用于各種機(jī)器人上，使機(jī)器人更方便、更廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明的一種機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊，其包括輸入接口模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、傳感器信號(hào)采集模塊及輸出接口模塊；所述輸入接口模塊包括數(shù)據(jù)傳輸接口、芯片電源接口及獨(dú)立電源接口 ；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括電連接的信號(hào)隔離電路及驅(qū)動(dòng)芯片電路；所述輸出接口模塊包括電機(jī)接口及傳感器接口 ；所述數(shù)據(jù)傳輸接口分別與所述信號(hào)隔離電路及傳感器信號(hào)采集模塊電連接；所述芯片電源接口分別與所述信號(hào)隔離電路、驅(qū)動(dòng)芯片電路及傳感器信號(hào)采集模塊電連接；所述獨(dú)立電源接口與所述驅(qū)動(dòng)芯片電路電連接；所述驅(qū)動(dòng)芯片電路與電機(jī)接口電連接；所述電機(jī)接口與一機(jī)械臂的電機(jī)電連接；所述傳感器信號(hào)采集模塊與傳感器接口電連接；所述傳感器接口與所述電機(jī)相配合使用的傳感器連接；所述輸入接口模塊與一外部電源及外部總線電連接；所述外部電源分別與芯片電源接口及獨(dú)立電源接口電連接，其給機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊供電；所述外部總線與數(shù)據(jù)傳輸接口電連接，其用于外部與機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊通信。
[0007]所述信號(hào)隔離電路對(duì)來自外部經(jīng)過數(shù)據(jù)傳輸接口的電機(jī)控制信號(hào)進(jìn)行隔離、放大，然后輸送至所述驅(qū)動(dòng)芯片電路，驅(qū)動(dòng)芯片電路輸出信號(hào)經(jīng)電機(jī)接口至所述機(jī)械臂的電機(jī)上，控制電機(jī)的運(yùn)行，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂運(yùn)行；所述驅(qū)動(dòng)芯片電路包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片及外圍電路；所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片指單個(gè)或多個(gè)并聯(lián)使用的集成驅(qū)動(dòng)芯片；所述多個(gè)并聯(lián)使用的集成驅(qū)動(dòng)芯片用于增大電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)能力；優(yōu)選的，所述驅(qū)動(dòng)芯片電路指由多個(gè)分立器件組成的至少兩個(gè)半橋并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)電路；多個(gè)半橋并聯(lián)用于增大電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)能力。
[0008]所述傳感器信號(hào)采集模塊包括編碼器信號(hào)采集電路、位置傳感器信號(hào)采集電路或溫度傳感器信號(hào)采集電路中的一種或多種；所述編碼器采集電路通過傳感器接口與所述機(jī)械臂上的編碼器電連接，其用于采集、處理編碼器的信號(hào)；所述編碼器采用一體式編碼器或由碼盤及光電開關(guān)組成的編碼器；所述位置傳感器信號(hào)采集電路與所述機(jī)械臂上的位置傳感器電連接，其用于采集、處理位置傳感器的信號(hào)；所述溫度傳感器信號(hào)采集電路與安裝于所述機(jī)械臂電機(jī)上的溫度傳感器電連接，其用于檢測所述電機(jī)的溫度信號(hào)；所述傳感器信號(hào)采集模塊上還設(shè)有傳感器選擇開關(guān)，所述傳感器選擇開關(guān)用于選擇編碼器信號(hào)采集電路、位置傳感器信號(hào)采集電路及溫度傳感器信號(hào)采集電路中的一種或多種工作；所述傳感器信號(hào)采集模塊通過數(shù)據(jù)傳輸接口與外部通信，即外部的控制信息通過數(shù)據(jù)傳輸接口輸送至傳感器信號(hào)采集模塊，而傳感器信號(hào)采集模塊采集、量化的傳感器信號(hào)通過數(shù)據(jù)傳輸接口輸送至外部。
[0009]本發(fā)明的一種機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括η(η>1)個(gè)所述機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊、模塊選擇電路、芯片電源、獨(dú)立電源及總線接口 ；所述的機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊包括第一驅(qū)動(dòng)模塊、第二驅(qū)動(dòng)模塊及第η驅(qū)動(dòng)模塊；所述機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)量η由驅(qū)動(dòng)對(duì)象即機(jī)器人的關(guān)節(jié)自由度數(shù)決定；11個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊以組態(tài)形式置于機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)；所述模塊選擇電路分別與η個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊電連接；所述芯片電源分別與η個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊的芯片電源接口電連接；所述獨(dú)立電源分別與η個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊的獨(dú)立電源接口電連接；所述總線接口分別與模塊選擇電路及η個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊電連接，其是所述機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與外部通信的接口。
[0010]所述機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的芯片電源分別給η個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊供電，同時(shí)還給模塊選擇電路供電；所述獨(dú)立電源具有多路輸出，且每路輸出的能力不盡相同，即輸出電壓幅值不盡相同或輸出最大電流不盡相同；所述獨(dú)立電源給η個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)芯片電路供電，每路輸出能力不盡相同的獨(dú)立電源以滿足機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)能力不同的要求。
[0011]所述機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模塊選擇電路通過總線接口接收來自外部的控制信息，將控制信息解析、譯碼后，選擇某一個(gè)或某幾個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊工作。
[0012]本發(fā)明的一種機(jī)器人控制系統(tǒng)，其包括所述機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及控制器；所述機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外接所述控制器，所述機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總線接口與所述控制器電連接；所述控制器通過總線接口接收來自機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的信息，經(jīng)分析、處理后發(fā)出控制信息至機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，模塊選擇電路解析、譯碼部分控制信息后選擇某一或多個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊工作，所述機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊控制與之電連接的電機(jī)或傳感器工作，從而使相應(yīng)機(jī)械臂運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械臂。
[0013]作為另一種優(yōu)選的結(jié)構(gòu)，所述控制器內(nèi)置于機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)，其與總線接口電連接，并由芯片電源供電。
[0014]所述機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制器包括處理器及輸入模塊；所述處理器采用個(gè)人電腦、工控機(jī)、PLC或其它由具有處理器功能的嵌入式系統(tǒng)；所述輸入模塊指給控制器輸入控制參數(shù)及指令的電路模塊。
[0015]所述機(jī)器人控制系統(tǒng)的控制器與一上位機(jī)或遙控器電連接，所述控制器接收來自上位機(jī)、遙控器或控制器內(nèi)部的輸入模塊的控制參數(shù)及指令；所述上位機(jī)，采用工控機(jī)、個(gè)人PC、平板電腦、智能手機(jī)、嵌入式設(shè)備或其它終端機(jī)，上位機(jī)與控制器相互通信，即控制器把機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的信息傳送給上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)信息分析、處理后，發(fā)送控制參數(shù)及指令至控制器，控制器解析指令后控制機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的機(jī)械臂。
[0016]所述機(jī)器人控制系統(tǒng)，其控制方法，包括控制單個(gè)機(jī)械臂運(yùn)行、控制多個(gè)機(jī)械臂運(yùn)行及采集機(jī)器人機(jī)械臂的狀態(tài)信息；所述控制單個(gè)機(jī)械臂運(yùn)行，指控制器接收來自上位機(jī)、遙控器或者輸入模塊的控制參數(shù)及指令及機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊采集的某一機(jī)械臂的狀態(tài)信息，綜合處理后，發(fā)送控制信息至機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊，從而控制相應(yīng)的電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)而控制所述機(jī)械臂；所述控制多個(gè)機(jī)械臂運(yùn)行，指控制器接收來自上位機(jī)、遙控器或者輸入模塊的控制參數(shù)及指令及機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊采集的所述多個(gè)機(jī)械臂的狀態(tài)信息，綜合處理后，發(fā)送控制信息至多個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊，從而控制相應(yīng)的多個(gè)電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)而控制所述的多個(gè)機(jī)械臂；所述采集機(jī)器人機(jī)械臂的狀態(tài)信息，包括機(jī)械臂的位置、姿態(tài)信息及電機(jī)的溫度信息；所述狀態(tài)信息用于對(duì)機(jī)器人機(jī)械臂實(shí)施閉環(huán)控制或供上位機(jī)使用。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的有益效果是:
[0018]1.本發(fā)明的機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)的模塊化，并且機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊可組態(tài)；
[0019]2.本發(fā)明的機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊，具有采集多種傳感器信息的功能，為機(jī)械臂的多樣化控制提供硬件條件，也方便外部對(duì)機(jī)械臂的控制；
[0020]3.本發(fā)明的機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊的傳感器信號(hào)采集電路上設(shè)有傳感器選擇開關(guān)，可選不同的傳感器信號(hào)采集電路工作，能滿足具有不同傳感器機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)要求；
[0021]4.本發(fā)明的機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)芯片電路采用多片集成芯片并聯(lián)或多路由分立器件組成的半橋并聯(lián)方式時(shí)，能滿足不同機(jī)械臂的電機(jī)對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片電路驅(qū)動(dòng)能力不同要求；
[0022]5.本發(fā)明的機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用多個(gè)機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊組態(tài)的方式組合系統(tǒng)，機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)模塊的數(shù)量可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)對(duì)象即機(jī)器人的關(guān)節(jié)自由度改變，而且改變方便快捷；
[0023]6.本發(fā)明的機(jī)器人組態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的獨(dú)立電源具有多路輸出，且每路輸出的能力不盡相同，能滿足機(jī)械臂驅(qū)