一种重载五核高速关节机器人控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种重载五核高速关节机器人控制系统，所述的控制系统包括主站控制计算机和控制器，所述控制器包括DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、语音识别处理器、PLC控制器和ARM控制器，DSP芯片控制器和ARM控制器均与所述主站控制计算机通信连接，DSP芯片控制器与ARM控制器之间通信连接，四台稀土永磁同步伺服电机均与所述DSP芯片控制器通信连接，多个避障位移传感器、定位传感器、加速度传感器均与所述DSP芯片控制器和ARM控制器通信连接。本发明专利技术的重载五核高速关节机器人控制系统计算速度快，使关节机器人手臂转向灵活、动作稳定精确、体积小巧，性能稳定，系统抗干扰能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种重载五核高速关节机器人控制系统, 属于装配作业的四关节机器人手臂应用领域。
技术介绍
在工业生产中,工业机器人可以代替人类做一些比较单调、比较频繁和重复率较高的长时间作业，或是在危险、恶劣环境下的作业，一般用作搬取零件和装配工作，在微电子制造业、塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域得到广泛的应用，它对于提高生产自动化水平、劳动生产率和经济效益、保证产品质量、保障人身安全、改善劳动环境，减轻劳动强度、节约原材料消耗以及降低生产成本等有着十分重要的意义。SCARA工业机器人即装配作业的机器人手臂是一种圆柱坐标型的工业机器人，它依靠旋转关节大臂和小臂来实现X-Y平面内的快速定位，依靠一个手腕移动关节和一个手腕旋转关节在Z方向上做伸缩和旋转运动，其具有四个运动自由度，该系列的操作手在其动作空间的四个方向具有有限刚度，而在剩下的其余两个方向上具有无限大刚度。这种结构特性使得SCARA机器人擅长从一点抓取物体，然后快速的安放到另一点，因此SCARA机器人在自动装配生产线上得到了广泛的应用。SCARA机器人结构紧凑、动作灵活，速度快、位置精度高，它的使用大大提高了机器人对复杂装配任务的适应性，同时也降低了成本，提高了工作空间利用率。SCARA机器人在搬运货物过程中要时刻判断主控制器输入的位置参数，并判断周围的环境时刻避障，然后由运动控制器反复控制其精确的加速和减速进行搬运货物，稍微的误差累计就有可能在多回合运动中导致运输失败。国内对SCARA机器人的使用虽然有几十年，但是由于国内工业机器人发展起步比较晚，受较多关键技术的影响，SCARA机器人的发展也受所影响，传统的机器人原理如图1所示，在长期使用期间出现众多问题：（1）虽然永磁无刷直流伺服电机较步进电机、直流电机和直流伺服电机性能有所提高，但是其在启动或者是低速运动时转矩脉动较大，无法满足高精度SCARA机器人系统要求。（2）无刷直流伺服电机的控制需要位置信息反馈进行电子换向，对于本控制系统来说需要12个位置传感器进行位置反馈，使得系统硬件复杂程度增加。（3）虽然永磁无刷直流伺服电机较步进电机、直流电机和直流伺服电机性能有所提高，但是其效率相对较低，无法满足SCARA机器人节能系统。（4）虽然永磁无刷直流伺服电机较步进电机、直流电机和直流伺服电机性能有所提高，但是其带载能力相对较弱，无法满足重载SCARA机器人系统要求。（5）当机器人遇到紧急情况需要停车或者是停车后启动均是通过按键完成，机器人的智能程度不高。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是提供一种重载五核高速关节机器人控制系统，该重载五核高速关节机器人控制系统计算速度快，使关节机器人手臂转向灵活、动作稳定精确、体积小巧，性能稳定，可以提高机器人的工作承载能力，方便机器人插入临时动作。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种重载五核高速关节机器人控制系统，所述关节机器人采用稀土永磁同步伺服电机X驱动机器人大臂旋转运动、采用稀土永磁同步伺服电机Y驱动机器人小臂旋转运动、采用稀土永磁同步伺服电机Z驱动机器人手腕旋转运动、采用稀土永磁同步伺服电机R驱动机器人手腕升降运动，所述机器人大臂上安装有避障位移传感器S1、避障位移传感器S2和加速度传感器A1，所述机器人小臂上安装有避障位移传感器S3、避障位移传感器S4和加速度传感器A2，所述机器人手腕上安装有定位传感器S5和加速度传感器A3，所述的控制系统包括主站控制计算机和控制器，所述控制器包括DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、语音识别处理器、PlC控制器和ARM控制器，所述DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、PlC控制器和语音识别处理器均与所述主站控制计算机通信连接，所述DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、语音识别处理器和ARM控制器彼此通信连接，所述PlC控制器与ARM控制器通信连接，所述稀土永磁同步伺服电机X、稀土永磁同步伺服电机Y、稀土永磁同步伺服电机Z和稀土永磁同步伺服电机R均与所述DSP芯片控制器通信连接，所述避障位移传感器S1、避障位移传感器S2、避障位移传感器S3、避障位移传感器S4、定位传感器S5、加速度传感器A1、加速度传感器A2和加速度传感器A3均同时与所述DSP芯片控制器和ARM控制器通信连接。在本专利技术一个较佳实施例中，还包括为所述关节机器人和控制系统提供电源的主电源和备用电源，所述关节机器人中的各个所述电机和传感器以及控制系统中的控制器均与所述主电源和/或备用电源电性连接。在本专利技术一个较佳实施例中，所述稀土永磁同步伺服电机X、稀土永磁同步伺服电机Y、稀土永磁同步伺服电机Z和稀土永磁同步伺服电机R上匀设置有光电编码器，所述光电编码器与所述DSP芯片控制器电性连接。在本专利技术一个较佳实施例中，所述机器人大臂上安装有磁电传感器EM1，所述机器人小臂上安装有磁电传感器EM2，所述机器人手腕上安装有磁电传感器EM3和EM4，所述磁电传感器EM1、磁电传感器EM2、磁电传感器EM3和EM4均与所述DSP芯片控制器和ARM控制器通信连接。本专利技术的有益效果是：本专利技术的重载五核高速关节机器人控制系统计算速度快，使关节机器人手臂转向灵活、动作稳定精确、体积小巧，性能稳定，系统抗干扰能力强，噪声低，方便机器人插入临时动作，主站与ARM控制器之间通过PLC进行通讯，使得总站与ARM控制器之间可以实时进行数据通讯和调用，使得临时任务加入运动队列非常简单，主站通过基于语音识别处理器向ARM控制器输入临时任务或者是紧急启停命令，减少了紧急状态下通过键盘输入命令的时间，可有效提高机器人工作效率，基于PLC控制器和基于语音识别的两种输入方式使得机器人更改任务更加方便，可编程逻辑芯片控制器可以根据机器人外围运行情况适时调整四轴稀土永磁同步伺服电机伺服控制的PID参数，实现分段P、PD、PID控制和非线性PID控制，使系统动态性能大大提高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1为传统SCARA机器人控制器原理图；图2为基于四轴稀土永磁同步伺服电机SCARA机器人二维结构图；图3为可编程逻辑芯片控制器内部三闭环伺服控制原理图；图4为基于五核四轴稀土永磁同步伺服电机SCARA机器人控制器原理图；图5为基于五核四轴稀土永磁同步伺服电机SCARA机器人程序框图；图6为基于五核四轴稀土永磁同步伺服电机运动原理图；图7为四轴电机加减速曲线图；图8为本专利技术的重载五核高速关节机器人控制系统结构示意图。附图中各部件的标记如下：1、主站控制计算机，2、控制器，3、DSP芯片控制器，4、ARM控制器，5、主电源，6、备用电源，7、稀土永磁同步伺服电机X，8、稀土永磁同步伺服电机Y，9、稀土永磁同步伺服电机Z，10、稀土永磁同步伺服电机R，11、光电编码器，12、避障位移传感器S1，13、避障位移传感器S2，14、避障位移传感器S3，15、避障位移传感器S4，16、定位传感器S5，17、加速度传感器A1，18、加速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重载五核高速关节机器人控制系统，其特征在于，所述关节机器人采用稀土永磁同步伺服电机X驱动机器人大臂旋转运动、采用稀土永磁同步伺服电机Y驱动机器人小臂旋转运动、采用稀土永磁同步伺服电机Z驱动机器人手腕旋转运动、采用稀土永磁同步伺服电机R驱动机器人手腕升降运动，所述机器人大臂上安装有避障位移传感器S1、避障位移传感器S2和加速度传感器A1，所述机器人小臂上安装有避障位移传感器S3、避障位移传感器S4和加速度传感器A2，所述机器人手腕上安装有定位传感器S5和加速度传感器A3，所述的控制系统包括主站控制计算机和控制器，所述控制器包括DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、语音识别处理器、PlC控制器和ARM控制器，所述DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、PlC控制器和语音识别处理器均与所述主站控制计算机通信连接，所述DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、语音识别处理器和ARM控制器彼此通信连接，所述PlC控制器与ARM控制器通信连接，所述稀土永磁同步伺服电机X、稀土永磁同步伺服电机Y、稀土永磁同步伺服电机Z和稀土永磁同步伺服电机R均与所述DSP芯片控制器通信连接，所述避障位移传感器S1、避障位移传感器S2、避障位移传感器S3、避障位移传感器S4、定位传感器S5、加速度传感器A1、加速度传感器A2和加速度传感器A3均同时与所述DSP芯片控制器和ARM控制器通信连接。...

【技术特征摘要】
1.一种重载五核高速关节机器人控制系统，其特征在于，所述关节机器人采用稀土永磁同步伺服电机X驱动机器人大臂旋转运动、采用稀土永磁同步伺服电机Y驱动机器人小臂旋转运动、采用稀土永磁同步伺服电机Z驱动机器人手腕旋转运动、采用稀土永磁同步伺服电机R驱动机器人手腕升降运动，所述机器人大臂上安装有避障位移传感器S1、避障位移传感器S2和加速度传感器A1，所述机器人小臂上安装有避障位移传感器S3、避障位移传感器S4和加速度传感器A2，所述机器人手腕上安装有定位传感器S5和加速度传感器A3，所述的控制系统包括主站控制计算机和控制器，所述控制器包括DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、语音识别处理器、PlC控制器和ARM控制器，所述DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、PlC控制器和语音识别处理器均与所述主站控制计算机通信连接，所述DSP芯片控制器、可编程逻辑芯片控制器、语音识别处理器和ARM控制器彼此通信连接，所述PlC控制器与ARM控制器通信连接，所述稀土永磁同步伺服电机X、稀土永磁同步伺服电机Y、稀土永磁同步伺服电机Z和稀土永磁同步伺服电机R均与所述DSP芯片控制器通信连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张好明，
申请(专利权)人：江苏若博机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32