一種新型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在芯片檢測(cè)、電路板貼片加工、裝配等行業(yè)中，主要工作都是在重復(fù)的進(jìn)行著多個(gè)單一的動(dòng)作，采用機(jī)器人代替人工操作可以提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本；在這些行業(yè)中，所重復(fù)的動(dòng)作一般具有區(qū)域性(即在多個(gè)區(qū)域間來(lái)回運(yùn)動(dòng))，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)較多，對(duì)位置精度、重復(fù)精度、速度等都有很高的要求；采用通用機(jī)器人實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作，不易編寫(xiě)程序，一般需要專業(yè)技術(shù)人員才能完成；針對(duì)具有區(qū)域性動(dòng)作要求的行業(yè)，設(shè)計(jì)一款不用操作者編程即可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人控制的系統(tǒng)是很有市場(chǎng)前景的。
[0003]通用型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)一般是上位機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的模式，由上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器組成；操作者在上位機(jī)上編寫(xiě)應(yīng)用程序程，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制；此類機(jī)器人功能強(qiáng)大，通用性好，同時(shí)也存在著諸多問(wèn)題。存在的主要問(wèn)題有:上位機(jī)由編程界面和算法組成。操作者需要采用VAL等機(jī)器人語(yǔ)言在編程界面中編寫(xiě)應(yīng)用程序。雖然機(jī)器人語(yǔ)言命令簡(jiǎn)單，清晰易懂，但對(duì)于一些特殊運(yùn)動(dòng)也是難以描述的。
[0004]運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要是接收上位機(jī)的應(yīng)用程序控制各關(guān)節(jié)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。硬件設(shè)計(jì)主要有運(yùn)動(dòng)控制卡、DSP+FPGA、DSP+CPLD、DSP+PLC等形式，這些設(shè)計(jì)均能滿足使用要求。由于是通用型機(jī)器人，為了滿足多功能要求，在軟件和硬件上投入都非常大，且資源分配多元化。對(duì)于如芯片檢測(cè)行業(yè)的特殊用戶來(lái)說(shuō)，僅僅是使用機(jī)器人的一個(gè)或者多個(gè)功能，而且對(duì)這些功能有著較高的要求，通用型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)便不能滿足使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，解決了目前通用型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，不能滿足機(jī)器人多功能的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是包括上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器；其中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由DSP模塊、CPLD模塊、stm32模塊、輸入輸出模塊、電源模塊組成；
[0007]上位機(jī)中輸入?yún)?shù)，上位機(jī)將輸入的參數(shù)轉(zhuǎn)化為機(jī)器人關(guān)節(jié)上的伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，上位機(jī)將伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP模塊，DSP模塊將伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為伺服驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信息發(fā)送給CPLD模塊，CPLD模塊根據(jù)驅(qū)動(dòng)信息，精確發(fā)出脈沖數(shù)給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器接收CPLD模塊發(fā)出的脈沖驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)從而完成各個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種功能，編碼器實(shí)時(shí)記錄伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，stm32模塊讀取編碼器記錄的伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，stm32模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給DSP模塊，DSP模塊根據(jù)接收到的伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)與伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制調(diào)整運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的目的。
[0008]進(jìn)一步，所述DSP模塊通過(guò)輸入輸出模塊接收外部的其他設(shè)備信號(hào)，從而控制伺服電機(jī)的啟停等功能；或者通過(guò)輸入輸出模塊向外部的其他設(shè)備發(fā)送信號(hào)。
[0009]進(jìn)一步，所述DSP模塊將伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)和輸入輸出模塊接收到的其他設(shè)備發(fā)送的信息發(fā)送給上位機(jī)，在上位機(jī)上進(jìn)行顯示。
[0010]進(jìn)一步，所述CPLD模塊連接的伺服驅(qū)動(dòng)器數(shù)量為四個(gè)，通過(guò)高速GP1 口連接。
[0011]本發(fā)明的有益效果是提供了一種能控制機(jī)器人四軸的系統(tǒng)，使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活，能實(shí)現(xiàn)多種功能。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明一種新型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明控制信息傳遞線路框圖；
[0014]圖3是本發(fā)明上位機(jī)操作流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]本發(fā)明是一種實(shí)現(xiàn)PTP運(yùn)動(dòng)控制(點(diǎn)位控制)的控制系統(tǒng)；如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器；其中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)模塊、CPLD模塊(Complex Programmable Logic Device)即復(fù)雜可編程邏輯器件、stm32模塊(ARM Cortex-M3內(nèi)核)、輸入輸出模塊、電源模塊組成；運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)上位機(jī)輸送來(lái)的運(yùn)動(dòng)信息實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的控制。
[0017]如圖2所示的控制信息傳遞，在上位機(jī)中設(shè)定參數(shù)，如目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)、點(diǎn)運(yùn)動(dòng)路徑、運(yùn)動(dòng)塊坐標(biāo)和塊運(yùn)動(dòng)路徑，上位機(jī)將輸入的參數(shù)轉(zhuǎn)化為機(jī)器人關(guān)節(jié)上的伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)包括電機(jī)角速度、循環(huán)次數(shù)、重復(fù)次數(shù)等，上位機(jī)將伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP模塊，DSP模塊將伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為伺服驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信息(脈沖數(shù)、脈沖頻率等)發(fā)送給CPLD模塊，CPLD模塊根據(jù)驅(qū)動(dòng)信息，精確發(fā)出脈沖數(shù)給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器接收CPLD模塊發(fā)出的脈沖驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)從而完成各個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種功能。同時(shí)，編碼器實(shí)時(shí)記錄伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，stm32模塊讀取編碼器記錄的伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，stm32模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給DSP模塊，DSP模塊根據(jù)接收到的伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)與伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制調(diào)整運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的目的。
[0018]運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的DSP模塊還可通過(guò)輸入輸出模塊接收外部的其他設(shè)備信號(hào)，如芯片檢測(cè)信號(hào)(良品或者不良品)、啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)等，從而控制伺服電機(jī)的啟停等功能，還可通過(guò)輸入輸出模塊向其他設(shè)備發(fā)送信號(hào)，如運(yùn)動(dòng)完成信號(hào)、運(yùn)行錯(cuò)誤信號(hào)等。
[0019]運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的DSP模塊將伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)和輸入輸出模塊接收到的其他設(shè)備發(fā)送的信息發(fā)送給上位機(jī)，在上位機(jī)上進(jìn)行顯示，方便操作人員進(jìn)一步操作。電源模塊為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的DSP模塊、CPLD模塊、Stm32模塊提供恒定電壓；DSP模塊與上位機(jī)通過(guò)RS232通信，DSP模塊與CPLD模塊通過(guò)CAN通信，DSP模塊與stm32模塊通過(guò)RS232通信；輸入輸出模塊采用光耦隔離的DSP模塊的GP1 口，其作用是與其他設(shè)備連接，輸入GP1 口用于接收其他設(shè)備信息，輸出GP1 口用于向其他設(shè)備發(fā)送控制信息；CPLD模塊連接的伺服驅(qū)動(dòng)器數(shù)量為四個(gè)，通過(guò)高速GP1 口連接；
[0020]本發(fā)明支持四軸機(jī)器人進(jìn)行點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和塊運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)模式；上位機(jī)操作流程如圖3所示，控制所述的點(diǎn)運(yùn)動(dòng)需要用戶對(duì)目標(biāo)點(diǎn)信息輸入界面和運(yùn)動(dòng)路徑信息輸入界面進(jìn)行操作；所述的塊運(yùn)動(dòng)需要用戶對(duì)運(yùn)動(dòng)塊信息輸入界面和塊運(yùn)動(dòng)路徑信息輸入界面進(jìn)行操作；輸入信息，將目標(biāo)點(diǎn)信息轉(zhuǎn)化為機(jī)器人四個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)的角位置和角速度，并將信息保存為文本形式；上位機(jī)將保存的文本下載至運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的DSP模塊中。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有:本發(fā)明控制系統(tǒng)方法簡(jiǎn)單，能控制機(jī)器人四軸實(shí)時(shí)精確運(yùn)行，并對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比控制，，使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活，能實(shí)現(xiàn)多種功能。
[0022]以上所述僅是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施方式所做的任何簡(jiǎn)單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:包括上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器；其中，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)由DSP模塊、CPLD模塊、Stm32模塊、輸入輸出模塊、電源模塊組成； 上位機(jī)中輸入?yún)?shù)，上位機(jī)將輸入的參數(shù)轉(zhuǎn)化為機(jī)器人關(guān)節(jié)上的伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，上位機(jī)將伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP模塊，DSP模塊將伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為伺服驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信息發(fā)送給CPLD模塊，CPLD模塊根據(jù)驅(qū)動(dòng)信息，精確發(fā)出脈沖數(shù)給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器接收CPLD模塊發(fā)出的脈沖驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)帶動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)從而完成各個(gè)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的各種功能，編碼器實(shí)時(shí)記錄伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，stm32模塊讀取編碼器記錄的伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，stm32模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給DSP模塊，DSP模塊根據(jù)接收到的伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)與伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制調(diào)整運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的目的。
2.按照權(quán)利要求1所述一種新型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述DSP模塊通過(guò)輸入輸出模塊接收外部的其他設(shè)備信號(hào)，從而控制伺服電機(jī)的啟停功能；或者通過(guò)輸入輸出模塊向外部的其他設(shè)備發(fā)送信號(hào)。
3.按照權(quán)利要求1所述一種新型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述DSP模塊將伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)和輸入輸出模塊接收到的其他設(shè)備發(fā)送的信息發(fā)送給上位機(jī)，在上位機(jī)上進(jìn)行顯示。
4.按照權(quán)利要求1所述一種新型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述CPLD模塊連接的伺服驅(qū)動(dòng)器數(shù)量為四個(gè)，通過(guò)高速GP1 口連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型四軸機(jī)器人控制系統(tǒng)，上位機(jī)將輸入的參數(shù)轉(zhuǎn)化為機(jī)器人關(guān)節(jié)上的伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP模塊，DSP模塊將伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為伺服驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信息發(fā)送給CPLD模塊，CPLD模塊精確發(fā)出脈沖數(shù)給伺服驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)從而完成各個(gè)動(dòng)作，編碼器實(shí)時(shí)記錄伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)發(fā)送給stm32模塊，stm32模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)計(jì)算后發(fā)送給DSP模塊，DSP模塊根據(jù)接收到的伺服電機(jī)運(yùn)行的實(shí)際位置數(shù)據(jù)與伺服電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果是提供了一種能控制機(jī)器人四軸的系統(tǒng)，使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)靈活，能實(shí)現(xiàn)多種功能。
【IPC分類】B25J9-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104526696
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410726871
【發(fā)明人】郝衛(wèi)東, 李君 , 李雪梅, 蔣相國(guó), 梁衛(wèi)鴿, 陳志丹, 閆偉
【申請(qǐng)人】桂林電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月3日