CN102615647B - 工业机器人的多轴运动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业机器人的多轴运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）通过计算机获取工业机器人各轴的当前数据，并利用该当前数据生成控制工业机器人各轴下一步运动的时钟信号和动作信号；（2）利用时钟管理单元对时钟信号进行处理，并生成控制各轴同步运动的同步时钟信号；（3）通过插补模块对同步时钟信号和动作信号进行处理，生成控制工业机器人各轴运动的控制脉冲指令；（4）向工业机器人各轴驱动器同步发出控制脉冲指令，实现各轴的同步运动。本发明不仅能控制工业机器人的多个轴进行同步运动，还能对控制轴运动的指令数据进行校正，因此能很好地保证多个轴同步运动的精准度，因此适合推广运用。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业机器人的轴运动控制方法，具体是指一种工业机器人的多轴运动控制方法。
背景技术
目前使用的工业机器人通常使用软件插补方式来对轴运动进行控制，由于该控制方式是由软件来实现的，而软件程序在执行时是按顺序进行的，因此对于具有多个轴的机器人的轴运动只能按顺序进行运动，而不能使多个轴进行同步运动。
发明内容
本发明的目的在于克服目前使用的机器人通常使用软件插补方式来对轴运动进行控制，从而使机器人的多个轴不能进行同步运动的缺陷，提供一种能控制工业机器人的多个轴进行同步运动的基于工业机器人的多轴运动控制方法。
本发明通过下述技术方案实现：工业机器人的多轴运动控制方法，包括以下步骤：
（1）通过计算机获取工业机器人各轴的当前数据，并利用该当前数据生成控制工业机器人各轴下一步运动的时钟信号和动作信号；
（2）利用时钟管理单元对时钟信号进行处理，并生成控制各轴同步运动的同步时钟信号；
（3）通过插补模块对同步时钟信号和动作信号进行处理，生成控制工业机器人各轴运动的控制脉冲指令；
（4）向工业机器人各轴驱动器同步发出控制脉冲指令，实现各轴的同步运动。
进一步的，所述步骤（1）中获取工业机器人各轴的当前数据的具体步骤如下：
（1a）轴驱动器将轴当前运动的位置脉冲经高速光电隔离电路反馈至位置反馈模块；
（1b）位置反馈模块将接收到的位置脉冲处理成各轴的当前数据，并存储于双端口RAM中；
（1c）计算机实时地从双端口RAM中读取各轴的当前数据。
再进一步的，还包括异常情况的安全控制方法，包括以下步骤：
（Ⅰ）当安全逻辑模块接收到安全异常信号时，安全逻辑模块进行时序控制，并将控制信号同时输入到插补模块和各轴驱动器；
（Ⅱ）插补模块接收到来自安全逻辑模块的控制信号后，清除所有的控制脉冲指令，与此同时，各轴驱动器进行紧急制动。
为了满足需要，所述步骤（3）中插补模块对同步时钟信号和动作信号进行处理的方法为：插补模块根据时钟管理单元产生的时钟频率从双端口RAM中提取各轴的当前数据，用以进行各轴的轨迹同步规算，之后，将同步规算的结果再写入双端口RAM中。
为了更好的实现本发明，所述步骤（3）中生成控制工业机器人各轴运动的控制脉冲指令的方法如下：
首先，插补模块根据轨迹同步规算的结果产生指令脉冲数据；然后，由
差分输出电路将指令脉冲数据处理成与工业机器人轴数量相同的控制脉冲指令。
为了确保效果，所述步骤（2）中的同步时钟信号与步骤（1）中的动作信号均存入双端口RAM中。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过时钟管理单元对时钟信号进行处理后生成控制各轴同步运动的同步时钟信号；然后对动作信号以及同步时钟信号进行处理，并生成轴运动的控制脉冲指令；最后将控制脉冲指令同步发出，从而控制多个轴同步运动，从而实现了机器人的多个轴进行同步运动。
（2）本发明还包括将各轴实时动作的信号反馈至计算机的步骤，方便计算机获取机器人各轴的实时动作信号，从而方便计算机根据轴实时的动作信号进行同步校正，因此使计算机再次发送的控制指令能更精准的控制多轴同步运动。
（3）本发明还包括出现安全异常时紧急制动的步骤，方便在出现紧急停止、机器人碰撞、驱动器报警等异常情况时以最快的速度使机器人停止动作，从而有效地保证了操作人员的人身安全。
（4）本发明的同步时钟信号以及轴的动作信号均存入双端口RAM中，因此方便计算机读取信息。
附图说明
图1为本发明的多轴同步运动的流程图。
图2为本发明的轴运动信号反馈至计算机的流程图。
图3为本发明紧急停止轴运动时的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1～3所示，本发明主要是控制工业机器人的多个轴同时运动，其流程如图1所示。首先，用户需要预先设定轴运动的控制指令，从而使工业机器人的各个轴按照预先设定的指令动作。用户将设定的控制指令输入计算机，计算机对控制指令进行处理，并生成控制轴运动的时钟信号以及动作信号。所述动作信号包括控制轴动作的位置数据与运动速度数据，从而使机器人的各个轴按照时钟信号与动作信号进行运动。
所述动作信号通过总线驱动IC发送至双端口RAM中进行保存，而时钟信号则通过总线驱动IC发送至时钟管理单元，时钟管理单元对多个轴的时钟信号进行处理，并生成控制多个轴同时动作的时钟频率，然后将生成的时钟频率也存入双端口RAM中。该时钟管理单元还将生成的时钟频率发送至轴插补模块，轴插补模块则根据时钟频率从双端口RAM中提取动作信号，并进行多轴同步运动的轨迹同步规算。
所述轴插补模块进行轨迹同步规算后生成指令脉冲数据，并将该指令脉冲数据写入双端口RAM中进行保存，以方便计算机校验插补数据。同时，该轴插补模块还将指令脉冲数据发送至差分输出电路，差分输出电路则对该指令脉冲数据进行处理，并生成控制每个轴运动的控制脉冲指令。差分输出电路将控制每个轴运动的控制脉冲指令同步输出至驱动器，驱动器驱动电机工作，电机则带动轴运动，且该驱动器与电机以及轴一一对应，即第一驱动器驱动第一电机，第一电机则带动1轴运动；第二驱动器驱动第二电机，第二电机则带动2轴运动；……第n驱动器驱动第n电机，第n电机，则带动n轴运动。所述n个驱动器同时接收到控制轴运动的控制脉冲指令，则该n个驱动器同时驱动相应的电机工作，即n个电机同时工作，并带动相应的n个轴同步运动。
如图2所示，为了便于计算机校验插补数据，以便于对各轴的运动进行校正，所述各个轴驱动器将其对应的轴实时运动的动作信号进行反馈。所述轴实时运动的动作信号通过电机反馈至轴驱动器，轴驱动器则将该动作信号反馈至高速光电隔离电路。所述高速光电隔离电路对各个轴的动作信号进行整合，并生成各轴的位置反馈脉冲数据，然后将该位置反馈脉冲数据反馈至轴位置反馈模块。
所述轴位置反馈模块对各轴的位置反馈脉冲数据进行解析，并得出每个轴的位置数据，然后将每个轴的位置数据存入双端口RAM中。计算机通过该双端口RAM实时的读取每个轴的位置数据，并对该数据进行校正，然后将校正后的数据重新生成控制各轴运动的时钟信号以及动作信号，该时钟信号以及动作信号通过如图1所示的流程图进行处理后重新控制轴同步运动，从而对轴的运动进行校正，使各轴能更好的进行同步运动。
如图3所示，当有安全异常如紧急停止、机器人碰撞、驱动器报警等信号输入时，该安全异常信号经安全逻辑模块进行处理。所述安全逻辑模块经时序控制后输出信号到轴插补模块，并清除轴插补模块中的所有缓存指令脉冲，使轴插补模块停止输出信号，即使轴插补模块停止向轴驱动器发送控制轴运动的指令。同时，安全逻辑模块还向逻辑驱动电路发送安全异常信号，该逻辑驱动电路将安全异常信号转化为安全逻辑控制信号，并通过轴驱动器的控制接口将该安全逻辑控制信号输入轴驱动器中，该轴驱动器接收到安全逻辑信号后紧急制动，同时切断电机电源，并抱紧电机的刹车，从而以最快的速度使机器人停止动作，以此保护操作人员的人身安全。
如上所述，便可较好的实现本发明。
Claims (5)
1.工业机器人的多轴运动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）通过计算机获取工业机器人各轴的当前数据，并利用该当前数据生成控制工业机器人各轴下一步运动的时钟信号和动作信号；
（2）利用时钟管理单元对时钟信号进行处理，并生成控制各轴同步运动的同步时钟信号；
（3）通过插补模块对同步时钟信号和动作信号进行处理，生成控制工业机器人各轴运动的控制脉冲指令；
（4）向工业机器人各轴驱动器同步发出控制脉冲指令，实现各轴的同步运动；
其中，所述步骤（3）中生成控制工业机器人各轴运动的控制脉冲指令的方法如下：
首先，插补模块根据轨迹同步规算的结果产生指令脉冲数据；然后，由差分输出电路将指令脉冲数据处理成与工业机器人轴数量相同的控制脉冲指令。
2.根据权利要求1所述的工业机器人的多轴运动控制方法，其特征在于，所述步骤（1）中获取工业机器人各轴的当前数据的具体步骤如下：
（1a）轴驱动器将轴当前运动的位置脉冲经高速光电隔离电路反馈至位置反馈模块；
（1b）位置反馈模块将接收到的位置脉冲处理成各轴的当前数据，并存储于双端口RAM中；
（1c）计算机实时地从双端口RAM中读取各轴的当前数据。
3.根据权利要求1或2所述的工业机器人的多轴运动控制方法，其特征在于，还包括异常情况的安全控制方法，包括以下步骤：
（Ⅰ）当安全逻辑模块接收到安全异常信号时，安全逻辑模块进行时序控制，并将控制信号同时输入到插补模块和各轴驱动器；
（Ⅱ）插补模块接收到来自安全逻辑模块的控制信号后，清除所有的控制脉冲指令，与此同时，各轴驱动器进行紧急制动。
4.根据权利要求3所述的工业机器人的多轴运动控制方法，其特征在于，所述步骤（3）中插补模块对同步时钟信号和动作信号进行处理的方法为：插补模块根据时钟管理单元产生的时钟频率从双端口RAM中提取各轴的当前数据，用以进行各轴的轨迹同步规算，之后，将同步规算的结果再写入双端口RAM中。
5.根据权利要求4所述的工业机器人的多轴运动控制方法，其特征在于，所述步骤（2）中的同步时钟信号与步骤（1）中的动作信号均存入双端口RAM中。
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