CN108000535A - 一种六轴机器人智能控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种六轴机器人智能控制器。一种六轴机器人智能控制器，包括底板、微处理器、电机输出模块、传感器处理模块、存储器、显示屏和供电模块，其特征在于，微处理器、电机输出模块、传感器检测与处理模块、存储器、触摸屏和供电模块安装在底板上，电机输出模块、传感器检测与处理模块、存储器和触摸屏与微处理器电连接；微处理器运行有PLC单元、组态单元和运动控制单元；传感器处理模块包括至少六个传感器接口、传感器通讯协议设定模块和传感器参数设定模块。本发明的有益效果是：具有高兼容性和实时交互性，使生产线上不同厂家的不同机器人能够协同作业。

Description

一种六轴机器人智能控制器

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及一种六轴机器人智能控制器。

背景技术

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行。工业机器人可以灵活地生成复杂空间轨迹，可以完成各种动作。且其运动快速、平稳、重复精度高、载重大，可充分保证生产效率需求，使产品质量稳定，目前已被广泛应用于运输、焊接加工和半导体领域。机器人控制系统被誉为机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。工业机器人控制技术的主要任务就是控制工业机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。

中国专利号CN 103092174 A，2013年5月8日，工业机器人无线示教控制器，包括无线手持示教盒和主控制器两部分，无线手持示教盒由手触、笔触显示屏、中央处理器、无线发射接收模块、USB接口、1394接口、大容量锂离子电池和开关电源充电器等组成；主控制器由中央处理器、无线发射接收模块、显示器、控制键盘、存储器、USB接口、多路伺服控制输出接口、I/O控制接口、开关电源等组成。无线手持示教盒与主控制器可实现50米有效无线加密通讯，防止同环境中多套控制系统的相互干扰。无线手持示教盒与主控制器通过无线通讯实时控制工业机器人实现示教再现编程、数据采集及手动/自动控制，同时也能实时显示和修改机器人的工作状态和工作参数。实现了无线实时通讯，没有示教盒与主控制器之间的通讯线缆的束缚，极大的方便了机器人编程操作人员，同时提高个机器人操控的安全性，也体现了现代科技给生产工作带来的便捷。但其应用范围具有一定局限性，不具备可扩展性和实时交互的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是目前工业机器人控制器通用度不高和兼容性差的问题。提出了一种运行有组态单元、NC单元和PLC单元的高兼容性的六轴机器人智能控制器。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种六轴机器人智能控制器，包括底板、微处理器、电机输出模块、传感器处理模块、存储器、显示屏和供电模块，所述微处理器、电机输出模块、传感器检测与处理模块、存储器、触摸屏和供电模块安装在所述底板上，所述电机输出模块、传感器检测与处理模块、存储器和触摸屏与微处理器电连接；所述微处理器运行有PLC单元、组态单元和运动控制单元；所述传感器处理模块包括至少六个传感器接口、传感器通讯协议设定模块和传感器参数设定模块。电机输出模块与机器人执行电机电连接，控制机器人的执行机构进行动作，传感器检测与处理模块能够通过传感器检测到机器人及相关状态，进而形成反馈，辅助智能控制器进行控制。触摸屏可以显示机器人工作状态，并允许操作员现场修改机器人程序或更改相关参数设定，进行实时交互。组态单元允许机器人执行多种协议的指令集，提高机器人控制器的兼容性。

作为优选，所述微处理器包括CPU、GPU和FPGA，所述CPU运行有组态单元，所述GPU运行有图形处理单元，所述FPGA运行有运动控制单元。GPU能够更高效的进行图形计算，能够提高工作效率，FPGA具有更高的灵活性，能够更方便地执行不同规则的运动控制。

作为优选，所述微处理器运行有CANopen、Profibus、EtherCAT、Modbus、Ethernet/IP、DeviceNet和串口通信协议。通过支持多种通信协议使得生产线能够方便的组合具有不同协议的装置，提高生产线部署效率和可选装置范围。

作为优选，所述底板上集成有输入和输出接口、SIM卡单元、WIFI单元和Zigbee通信单元，所述输入和输出接口与所述微处理器电连接；所述输入和输出接口包括数字输入接口、1数字输出接口、12位模拟量输出接口、12位通用模拟量输入接口、RS232接口、RS485接口和CAN接口，所述数字输入接口包括至少一个高频率输入接口。通过近场无线通讯能够方便的建立生产线的数据传输通道，加快生产线的组装，并方便后续的升级改造，丰富的接口允许控制器扩展多种外设装置。

作为优选，所述组态单元包括图形转换引擎和3D模型转换引擎；所述PLC单元运行有NC单元和以太网通讯协议；所述NC单元运行有运动控制和姿态控制程序。图形转换引擎允许智能控制器将导入的图形直接转换成动作指令集，加快机器人控制程序的部署。

作为优选，所述微处理器运行有PLC编程环境和NC编程环境，所述PLC编程环境包括PLC程序编辑器、文本转换引擎和PLC程序编译器。通过集成PLC编程环境，能够允许操作员在现场进行简单的控制程序的编辑，也可以对已有控制程序进行修改，或者对控制程序进行现场调试，避免控制程序的修改仅能在PC机上进行的麻烦，提高工作效率。

作为优选，所述微处理器运行有适配Zigbee通信单元的通讯协议，所述通讯协议格式为<protocol>://<address>:<Instrument>，其中<Instrument>为可选字段，微处理器通过正则表达式捕获并匹配接收到的通信内容，所述正则表达式的计算式为：\b(\S+)://([^:]+)(？::(\S+))？\b。生产线现场装置复杂，如果采用有限方式连接，布线将会带来极大的麻烦，不方便布线和后期扩展及卸载某些装置，采用近场无线通讯可以避免布线的麻烦，提高生产线组装的效率，方便生产线的改造。

作为优选，所述3D模型转换引擎的工作流程为：A1)读取导入的包含有目标3D模型的文件，识别文件类型，如为不支持的文件类型则退出，如为支持的文件类型则进入步骤A2；A2)从转换映射算法库中选取匹配的转换映射算法，将目标3D模型转换成中间格式；A3)将中间格式转换成运动控制代码集；所述运动控制代码集包括运动控制指令和姿态控制指令。通过将3D模型直接转换成动作指令集，可以使得复杂形状的作业省去代码生成的中间操作，提高工作效率。

作为优选，所述图形转换引擎的工作流程为：B1)读取导入的包含有目标图形的文件，识别文件类型并对文件进行去背景、去噪、去色和加大对比度的处理；B2)从处理后的文件抽取出图形曲线，使用图形库中的标准曲线与抽取出的图形曲线进行匹配；B3)匹配完成后，将标准曲线组成的匹配集作为结果输出；所述标准曲线带有运动控制标记。

作为优选，所述文本转换引擎的工作流程为：C1)读取导入的包含有程序文本的文件，抽取文件中的程序文本；C2)依据程序文本与运动控制代码映射集合，将程序文本转换成运动控制代码集；所述运动控制代码集包括运动控制指令和姿态控制指令。

本发明的实质性效果是：通过组态单元和PLC单元，实现了高兼容性和实时交互，使生产线上不同厂家的不同机器人能够协同作业。

附图说明

图1为六轴机器人智能控制器结构图。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

如图1所示，为六轴机器人智能控制器结构图，包括底板、微处理器、电机输出模块、传感器处理模块、存储器、显示屏和供电模块，微处理器、电机输出模块、传感器检测与处理模块、存储器、触摸屏和供电模块安装在底板上，电机输出模块、传感器检测与处理模块、存储器和触摸屏与微处理器电连接；微处理器运行有PLC单元、组态单元和运动控制单元；传感器处理模块包括至少六个传感器接口、传感器通讯协议设定模块和传感器参数设定模块。电机输出模块与机器人执行电机电连接，控制机器人的执行机构进行动作，传感器检测与处理模块能够通过传感器检测到机器人及相关状态，进而形成反馈，辅助智能控制器进行控制。触摸屏可以显示机器人工作状态，并允许操作员现场修改机器人程序或更改相关参数设定，进行实时交互。组态单元允许机器人执行多种协议的指令集，提高机器人控制器的兼容性。

作为推荐的实施例，微处理器运行有CANopen、Profibus、EtherCAT、Modbus、Ethernet/IP、DeviceNet和串口通信协议。通过支持多种通信协议使得生产线能够方便的组合具有不同协议的装置，提高生产线部署效率和可选装置范围。

作为推荐的实施例，底板上集成有输入和输出接口、SIM卡单元、WIFI单元和Zigbee通信单元，输入和输出接口与微处理器电连接；输入和输出接口包括数字输入接口、1数字输出接口、12位模拟量输出接口、12位通用模拟量输入接口、RS232接口、RS485接口和CAN接口，数字输入接口包括至少一个高频率输入接口。通过近场无线通讯能够方便的建立生产线的数据传输通道，加快生产线的组装，并方便后续的升级改造，丰富的接口允许控制器扩展多种外设装置。

作为推荐的实施例，组态单元包括图形转换引擎和3D模型转换引擎；PLC单元运行有NC单元和以太网通讯协议；NC单元运行有运动控制和姿态控制程序。图形转换引擎允许智能控制器将导入的图形直接转换成动作指令集，加快机器人控制程序的部署。

作为推荐的实施例，微处理器运行有PLC编程环境和NC编程环境，PLC编程环境包括PLC程序编辑器、文本转换引擎和PLC程序编译器。通过集成PLC编程环境，能够允许操作员在现场进行简单的控制程序的编辑，也可以对已有控制程序进行修改，或者对控制程序进行现场调试，避免控制程序的修改仅能在PC机上进行的麻烦，提高工作效率。

作为推荐的实施例，微处理器运行有适配Zigbee通信单元的通讯协议，通讯协议格式为<protocol>://<address>:<Instrument>，其中<Instrument>为可选字段，微处理器通过正则表达式捕获并匹配接收到的通信内容，正则表达式的计算式为：\b(\S+)://([^:]+)(？::(\S+))？\b。生产线现场装置复杂，如果采用有限方式连接，布线将会带来极大的麻烦，不方便布线和后期扩展及卸载某些装置，采用近场无线通讯可以避免布线的麻烦，提高生产线组装的效率，方便生产线的改造。

作为推荐的实施例，3D模型转换引擎的工作流程为：A1)读取导入的包含有目标3D模型的文件，识别文件类型，如为不支持的文件类型则退出，如为支持的文件类型则进入步骤A2；A2)从转换映射算法库中选取匹配的转换映射算法，将目标3D模型转换成中间格式；A3)将中间格式转换成运动控制代码集；运动控制代码集包括运动控制指令和姿态控制指令。通过将3D模型直接转换成动作指令集，可以使得复杂形状的作业省去代码生成的中间操作，提高工作效率。

作为推荐的实施例，图形转换引擎的工作流程为：B1)读取导入的包含有目标图形的文件，识别文件类型并对文件进行去背景、去噪、去色和加大对比度的处理；B2)从处理后的文件抽取出图形曲线，使用图形库中的标准曲线与抽取出的图形曲线进行匹配；B3)匹配完成后，将标准曲线组成的匹配集作为结果输出；标准曲线带有运动控制标记。

作为推荐的实施例，文本转换引擎的工作流程为：C1)读取导入的包含有程序文本的文件，抽取文件中的程序文本；C2)依据程序文本与运动控制代码映射集合，将程序文本转换成运动控制代码集；运动控制代码集包括运动控制指令和姿态控制指令。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种六轴机器人智能控制器，包括底板、微处理器、电机输出模块、传感器处理模块、存储器、显示屏和供电模块，其特征在于，

所述微处理器、电机输出模块、传感器检测与处理模块、存储器、触摸屏和供电模块安装在所述底板上，所述电机输出模块、传感器检测与处理模块、存储器和触摸屏与微处理器电连接；

所述微处理器运行有组态单元和运动控制单元；

所述传感器处理模块包括至少六个传感器接口、传感器通讯协议设定模块和传感器参数设定模块。

2.根据权利要求1所述的一种六轴机器人智能控制器，其特征在于，

所述微处理器包括CPU、GPU和FPGA，所述CPU运行有组态单元，所述GPU运行有图形处理单元，所述FPGA运行有运动控制单元。

3.根据权利要求1所述的一种六轴机器人智能控制器，其特征在于，

所述微处理器运行有CANopen、Profibus、EtherCAT、Modbus、Ethernet/IP、DeviceNet和串口通信协议。

4.根据权利要求1所述的一种六轴机器人智能控制器，其特征在于，

所述底板上集成有输入和输出接口、SIM卡单元、WIFI单元和Zigbee通信单元，所述输入和输出接口与所述微处理器电连接；所述输入和输出接口包括数字输入接口、数字输出接口、12位模拟量输出接口、12位通用模拟量输入接口、RS232接口、RS485接口和CAN接口，所述数字输入接口包括至少一个高频率输入接口。

5.根据权利要求1所述的一种六轴机器人智能控制器，其特征在于，

所述组态单元包括图形转换引擎和3D模型转换引擎；

所述PLC单元运行有NC单元和以太网通讯协议；

所述NC单元运行有运动控制和姿态控制程序。

6.根据权利要求1所述的一种六轴机器人智能控制器，其特征在于，

所述微处理器运行有PLC编程环境和NC编程环境，

所述PLC编程环境包括PLC程序编辑器、文本转换引擎和PLC程序编译器。

7.根据权利要求4所述的一种六轴机器人智能控制器，其特征在于，

所述微处理器运行有适配Zigbee通信单元的通讯协议，所述通讯协议格式为<protocol>://<address>:<Instrument>，其中<Instrument>为可选字段，微处理器通过正则表达式捕获并匹配接收到的通信内容，所述正则表达式的计算式为：\b(\S+)://([^:]+)(？::(\S+))？\b。

8.根据权利要求5所述的一种六轴机器人智能控制器，其特征在于，

所述3D模型转换引擎的工作流程为：

A1)读取导入的包含有目标3D模型的文件，识别文件类型，如为不支持的文件类型则退出，如为支持的文件类型则进入步骤A2；

A2)从转换映射算法库中选取匹配的转换映射算法，将目标3D模型转换成中间格式；

A3)将中间格式转换成运动控制代码集；

所述运动控制代码集包括运动控制指令和姿态控制指令。

9.根据权利要求5所述的一种六轴机器人智能控制器，其特征在于，

所述图形转换引擎的工作流程为：

B1)读取导入的包含有目标图形的文件，识别文件类型并对文件进行去背景、去噪、去色和加大对比度的处理；

B2)从处理后的文件抽取出图形曲线，使用图形库中的标准曲线与抽取出的图形曲线进行匹配；

B3)匹配完成后，将标准曲线组成的匹配集作为结果输出；

所述标准曲线带有运动控制标记。

10.根据权利要求6所述的一种六轴机器人智能控制器，其特征在于，

所述文本转换引擎的工作流程为：

C1)读取导入的包含有程序文本的文件，抽取文件中的程序文本；

C2)依据程序文本与运动控制代码映射集合，将程序文本转换成运动控制代码集；

所述运动控制代码集包括运动控制指令和姿态控制指令。