CN216067464U - 一种多轴运动工业机器人的电气控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，属于电控技术领域。其包括工控机和驱动信号，该工控机上运行LabVIEW软件平台，所述工控机连接嵌入式控制系统、该嵌入式控制系统连接用于驱动机器人的伺服驱动装置；所述嵌入式控制系统包括基于ARM的处理器和操作显示装置，该处理器与所述操作显示装置连接；所述伺服驱动装置包括与所述处理器连接的轴运动控制卡和与机器人的运动轴数相匹配的若干个伺服放大器，处理器控制所述轴运动控制卡发出脉冲伺服信号并传到至若干个伺服放大器，若干伺服放大器将脉冲伺服信号经过处理后输出驱动信号以控制机器人。实现了多轴运动的精确控制，同时保证了使用的灵活性和兼容性。

Description

一种多轴运动工业机器人的电气控制系统

技术领域

本实用新型涉及电气控制技术领域，尤其是一种多轴运动工业机器人的电气控制系统。

背景技术

随着科学技术的不断进步，工业机器人已经开始慢慢的走进人们的生活。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。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。

在现有的技术中，很多控制系统还是基于C语言的程序代码编程，存在维修困难的问题。特别对于视觉分拣系统的多轴运作机器人，其电气控制技术不佳，不能满足生产的需求。因此我们对此做出改进，提出一种多轴运动工业机器人的电气控制系统。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：工控机，该工控机上运行LabVIEW软件平台:

所述工控机包括RS485控制系统，所述RS485控制系统连接有集线器，所述RS485控制系统连接有嵌入式控制设备，所述嵌入式控制设备连接用于驱动机器人的伺服驱动装置；

其中，所述RS485控制系统包括基于ARM的处理器和操作显示装置，所述处理器与所述操作显示装置连接；

其中，所述伺服驱动装置包括与所述处理器连接的轴运动控制卡和与机器人的运动轴数相匹配的若干个伺服放大器，处理器控制所述轴运动控制卡发出脉冲伺服信号并传到至若干个伺服放大器。

进一步的，所述伺服放大器包括比较单元、D/A转换单元、驱动单元以及光电编码器，比较单元接收所述轴运动控制卡传输的脉冲伺服信号和光电编码器获取的机器人运动状态的反馈脉冲信号并进行比较，并经过D/A转换后由驱动单元输出所述驱动信号。

进一步的，所述驱动单元的信号输出端与机器人的伺服电机连接，并且所述的光电编码器与伺服电机连接以获取伺服电机的运动状态信号，所述操作显示装置包括控制主板和触摸屏，所述控制主板与所述处理器连接实现信号传输。

进一步的，所述RS485控制系统由一根总线连接RS485集线器上，且RS485 集线器接到计算机串口。

进一步的，所述控制主板连接存储器。

进一步的，所述控制主板连接用于控制该控制主板工作与否的开关和急停开关。

进一步的，包括电源供给单元，所述电源供给单元的电力输出端连接急停单元，所述急停单元的输出端连接所述处理器操作显示装置和伺服放大器。

进一步的，所述电源供给单元的输入端连接电力处理装置，所述电力处理装置包括与市电输入端连接的断路器，所述断路器的输出端的滤波器，滤波器的输出端连接所述电源供给单元。

进一步的，包括六个伺服放大器，所述轴运动控制卡为六轴运动控制卡，每一个伺服放大器的输出端连接机器人的一个运动轴

本实用新型一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，包括。

本实用新型的有益效果是：该种多轴运动工业机器人的电气控制系统在工控机上运行LabVIEW软件平台；工控机连接RS485控制系统、嵌入式控制设备，该嵌入式控制系统连接用于驱动机器人的伺服驱动装置。本技术，实现了机器人的多轴同时控制，保证控制的精确性；并能够使用多种使用场合，具有优异的灵活性；而且RS485控制系统通过RS485通讯总线，将控制器通过手牵手串联的方式，一根总线接到RS485集线器上，再接到计算机串口上，实现一台计算机控制多台控制器的管理和通讯。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型一种多轴运动工业机器人的电气控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型一种多轴运动工业机器人的电气控制系统的RS485控制系统结构示意图；

图3是本实用新型一种多轴运动工业机器人的电气控制系统的伺服驱动装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，用作多轴运动机器人的操作控制。用于重复性动作的环境，例如视觉分拣技术、自动装配、喷漆、搬运码垛和焊接等领域的机器人。本技术方案中所称多轴可以是三轴或四轴或者五轴或者六轴机器人。具体，在以下实施例中，采用六轴机器人进行说明。

参见图1，该图示出了多轴运动工业机器人的电气控制系统的基本结构。详细的，其包括工控机1和驱动信号，该工控机1上运行LabVIEW软件平台。工控机1连接RS485控制系统8、该RS485控制系统8连接嵌入式控制设备2，嵌入式控制设备2用于驱动机器人的伺服驱动装置3。工控机1作为智能控制的系统平台基础，其能够运作LabVIEW软件平台。RS485控制系统8根据预设的指令与获取的机器人的伺服电机4的反馈信号输出一个驱动信号，该驱动信号会驱动伺服电机4的运行。

详细的，嵌入式控制设备2包括基于ARM的处理器21和操作显示装置22，该处理器21与所述操作显示装置22连接。处理器21用作整个电气控制系统的处理核心，应当具有良好的计算性能和优越的系统中断响应能力。操作显示装置22包括控制主板221和触摸屏222，所述控制主板221与所述处理器 21连接实现信号传输，所述触摸屏222实现操作以输入信号。触摸屏222提供人机交互界面，该控制主板221用于操作显示装置22的核心处理部件。控制主板221连接存储器223；控制主板221连接用于控制该控制主板221工作与否的开关和急停开关。应当注意，在本实施例中，采用的触摸屏222为 EIT_TFT800×480工业触摸屏，触摸屏集成有以太网控制器、串口、SD卡控制器、USB Host控制器；四线电阻触摸屏配EIT_TFT8048_070-A8。

在本实施例中，处理器21采用ARM Cortex—M3处理器为平合，其型号采用LM3S8962，其具有高性能和低功耗，并且具有六个脉冲输出口和24个 I/O接口，实现六轴机器人的控制以及多个外围设备连接，嵌入式控制系统2 通过伺服驱动装置3实现对机器人的伺服电机4的控制。

参见图2，本实施例中，伺服驱动装置3包括与所述处理器21连接的轴运动控制卡31和与机器人的运动轴数相匹配的若干个伺服放大器32，处理器 21控制所述轴运动控制卡发31出脉冲伺服信号并传到至若干个伺服放大器 32，若干伺服放大器32将脉冲伺服信号经过处理后输出驱动信号以控制机器人。

在本实施例中，轴运动控制卡31采用六轴运动控制卡，能够同时控制六个轴方向的运动。对应的，设置六个伺服放大器32，每一个伺服放大器32的输出端连接机器人的一个运动轴。具体的来说，每个伺服放大器32输出的信号被传输至一个伺服电机，该每一个伺服电机对应着六轴机器人的一个运动轴。需要明示，在本实施例，伺服放大器32接收轴运动控制卡31的脉冲伺服信号，并对该脉冲伺服信号进行处理后输出驱动信号，该驱动信号用于驱动一个伺服电机4的动作。

参见图3，该图示出了伺服放大器的结构原理示意图。该伺服放大器32 包括比较单元321、D/A转换单元322、驱动单元323以及光电编码器324。比较单元321、D/A转换单元322、驱动单元323依次电连接在一起，实现了信号的传输流程。其中，光电编码器324的信号获取端连接伺服电机4，信号反馈输出端连接所述比较单元321，具体的，光电编码器324获取伺服电机4 的位置和速度，这些体现机器人的一个运动轴的运动状态的反馈脉冲信号被传导至比较单元321。比较单元321根据该反馈脉冲信号和轴运动控制卡31 的脉冲伺服信号进行比较，得到的结果被传输给D/A转换单元322并完成信号模式转换，最终由驱动单元323完成驱动信号的输出。还需要说明，光电编码器324得到反馈脉冲信号后，将经由脉冲处理器325处理得到符合比较单元321使用的制式数信号。总之，本实施例的技术方案为嵌入式控制设备2 通过控制六个伺服驱动装置3来分别控制六个伺服电机4，而每个伺服电机4对应一个机器人的运动轴，实现了多轴的同时精确控制。另外，通过了操作显示装置22实现人机交互。

另外，应当理解，在本实施例中，通过市电进行供电，当然，这些市电是经过处理的。详细的，本实施例包括电源供给单元5，该电源供给单元5的电力输出端连接急停单元6，该急停单元6的输出端连接所述处理器21、操作显示装置22和伺服放大器32，以此实现供电。其中，所述电源供给单元5 的输入端连接电力处理装置7，该电力处理装置7包括与市电输入端连接的断路器71，该断路器71的输出端的滤波器72，滤波器72的输出端连接所述电源供给单元5。例如，通过输入380V的交流市电，经过电力处理装置7后输出为210V电力，并最终由电源供给单元5输出210V和24V电，供各个相应模块用电。应当理解，LabVIEW软件是现有的技术，不应当认为本技术方案是基于软件才能完成，则其不属于实用新型的保护范围。LabVIEW软件能够根据需要进行的工作编制相对应的图形，以实现精确控制。

总而言之，本实用新型的技术方案，实现了多轴运动的精确控制，同时保证了使用的灵活性和兼容性，极大满足了生产的需求。

最后应说明的是：在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，包括工控机和驱动信号，该工控机上运行LabVIEW软件平台，其特征在于:

所述工控机包括RS485控制系统，所述RS485控制系统连接有集线器，所述RS485控制系统连接有嵌入式控制设备，所述嵌入式控制设备连接用于驱动机器人的伺服驱动装置；

其中，所述RS485控制系统包括基于ARM的处理器和操作显示装置，所述处理器与所述操作显示装置连接；

其中，所述伺服驱动装置包括与所述处理器连接的轴运动控制卡和与机器人的运动轴数相匹配的若干个伺服放大器，处理器控制所述轴运动控制卡发出脉冲伺服信号并传到至若干个伺服放大器。

2.如权利要求1所述的一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，其特征在于：

所述伺服放大器包括比较单元、D/A转换单元、驱动单元以及光电编码器，比较单元接收所述轴运动控制卡传输的脉冲伺服信号和光电编码器获取的机器人运动状态的反馈脉冲信号并进行比较，并经过D/A转换后由驱动单元输出所述驱动信号。

3.如权利要求2所述的一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，其特征在于：

所述驱动单元的信号输出端与机器人的伺服电机连接，并且所述的光电编码器与伺服电机连接以获取伺服电机的运动状态信号，所述操作显示装置包括控制主板和触摸屏，所述控制主板与所述处理器连接实现信号传输。

4.如权利要求1所述的一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，其特征在于：

所述RS485控制系统由一根总线连接RS485集线器上，且RS485集线器接到计算机串口。

5.如权利要求3所述的一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，其特征在于：

所述控制主板连接存储器。

6.如权利要求3所述的一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，其特征在于：

所述控制主板连接用于控制该控制主板工作与否的开关和急停开关。

7.如权利要求1所述的一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，其特征在于：

包括电源供给单元，所述电源供给单元的电力输出端连接急停单元，所述急停单元的输出端连接所述处理器操作显示装置和伺服放大器。

8.如权利要求7所述的一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，其特征在于：

所述电源供给单元的输入端连接电力处理装置，所述电力处理装置包括与市电输入端连接的断路器，所述断路器的输出端的滤波器，滤波器的输出端连接所述电源供给单元。

9.如权利要求1所述的一种多轴运动工业机器人的电气控制系统，其特征在于：

包括六个伺服放大器，所述轴运动控制卡为六轴运动控制卡，每一个伺服放大器的输出端连接机器人的一个运动轴。

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