一种坐标式焊接机器人控制系统、方法和机器人技术方案

本发明专利技术提供了一种坐标式焊接机器人控制系统、方法和机器人，包括上位机、下位机、硬件模块和机器人外围设备，上位机与下位机连接，上位机用于输入，和/或，输出运动控制指令；下位机用于运行控制算法，并生成控制焊机的控制逻辑；硬件模块用于通过拓展板接口接收控制逻辑，并将控制逻辑传输至机器人外围设备。本系统通信协议选用是TCP协议，在一定程度上能够从底层避免丢包可能性；且支持清枪站，能够清理焊接机器人在工作过程中产生的粘堵及在焊枪气体保护套内的飞浅物，确保气体长期畅通无阻，提高焊缝质量；支持进丝机，保证送丝精度和提高焊丝利用率；支持外部轴联动耦合加工，有时需配合两轴变位体，因此设计8轴驱动。因此设计8轴驱动。因此设计8轴驱动。

【技术实现步骤摘要】
一种坐标式焊接机器人控制系统、方法和机器人


[0001]本专利技术涉及工业机器人控制
，具体涉及一种坐标式焊接机器人控制系统、方法和机器人。

技术介绍

[0002]据中国机器人产业发展报告显示，中国机器人市场约占全球的1/3，预计2021年将从2019年57.3亿美元增长到70亿美元，现在焊接机器人占全球工业机器人的40％以上,焊接机器人可在高温、缺氧、有毒等高危环境下工作，能很好地完成重复性工作，提高工厂生产效率。而焊接机器人的重复精度和稳定性与控制系统软硬件的稳定性和可靠性息息相关。
[0003]控制焊接机器人轨迹规划的软件和硬件被称为焊接机器人控制系统。焊接机器人系统中的传统示教器多是基于Linux和WinCE进行开发，WinCE有丰富的GUI库，能缩短开发周期，但它不支持跨平台。Linux内核小，资源占有率低，图形界面支持效果差。
[0004]焊接系统种类繁多，单从处理器结构上就可分为以单片机、PLC、专用微处理器、PC+运动控制卡和以ARM、DSP、FPGA等嵌入式芯片为核心的控制系统。早期机器人控制器常采用以MCU为核心的控制器。但随着技术的发展，对控制器的计算速度大幅度提高，仅凭单片机不能满足对复杂算法进行高速运算的要求。后来很多制造商提供了整套以PLC作为核心控制器的解决方案，以PLC为核心的机器人系统不仅技术成熟可靠、在扩展性和互换性等方面都有很好的优势，大大缩短了开发周期，但是PLC不支持复杂的算法，处理的数据较简单，不能满足多轴联动这类复杂的运动轨迹。再后来以PC+运动控制卡作为机器人控制系统的核心。运动控制卡可用于各种运动场合，大多用来控制步进电机和伺服电机，该结构可充分利用PC的资源，实时控制机器人运动并检测其状态，确保系统的位置与速度控制精度，虽能缩减开发时间，但成本高且不利于进行二次开发。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的一个主要问题是传统焊接机器人控制系统稳定性和可靠性差，以及控制器开发成本高的的问题。
[0006]本专利技术提供一种坐标式焊接机器人控制系统，包括上位机、下位机、硬件模块和机器人外围设备，所述上位机与所述下位机连接，用于输入，和/或，输出运动控制指令；
[0007]所述下位机用于运行控制算法，并生成控制焊机的控制逻辑；
[0008]所述硬件模块用于通过拓展板接口接收所述控制逻辑，并将所述控制逻辑传输至所述机器人外围设备。
[0009]进一步地，所述下位机的系统架构为：
[0010]SOC FPGA架构或ARM+FPGA架构，所述SOC FPGA架构为在单一芯片上集成ARM处理器和FPGA的SOC芯片。
[0011]进一步地，所述上位机包括：
[0012]示教器，所述示教器使用Android系统开发，用于实现人机交互、示教、编辑应用程序、设置控件设备参数和显示当前被控对象状态。
[0013]进一步地，所述上位机还包括：
[0014]遥杆控件，所述遥杆控件用于通过遥杆采样板上的串口向所述示教器发送控制指令。
[0015]进一步地，所述示教器还用于转换处理所述控制指令，并将转换处理后的控制指令发送给所述下位机。
[0016]进一步地，所述机器人外围设备包括：
[0017]数字焊机、轴电机、轴电机驱动、位置传感器、焊缝追踪装置、送丝机和清枪站；
[0018]所述数字焊机通过第一IO扩展接口与所述硬件模块连接；
[0019]轴电机驱动接收所述硬件模块发出的脉冲差分信号，驱动所述轴电机运转；
[0020]所述位置传感器通过第二IO扩展接口与所述硬件模块连接；
[0021]所述焊缝追踪装置通过拓展板上的扩展串口与所述硬件模块通信连接；
[0022]所述送丝机通过第三IO扩展接口与所述硬件模块连接，或通过所述扩展串口与所述硬件模块通信连接；
[0023]所述清枪站通过第四IO扩展接口与所述硬件模块连接，或通过所述扩展串口与所述硬件模块通信连接。
[0024]进一步地，所述轴电机驱动为8轴驱动。
[0025]进一步地，所述上位机还包括：
[0026]软件控制层，所述软件控制层用于监听用户按钮事件和摇杆串口事件，从而得到监听信息；
[0027]软件视图层，所述软件视图层用于接收所述监听信息后更新视图，并输入控制指令。
[0028]根据本专利技术的另一个方面，还公开一种坐标式焊接机器人运动控制方法，其特征在于，如前任一所述的一种坐标式焊接机器人控制系统运行时用于实现所述坐标式焊接机器人控制方法，所述坐标式焊接机器人控制方法包括：
[0029]解析线程数据，得到示教器的原始关节角；
[0030]规划运动轨迹和运动速度，得到插补后的目标关节角序列；
[0031]将所述目标关节角序列转换为轴电机的轴在每个时刻发送的脉冲数；
[0032]将所述脉冲数发送至FPGA以驱动电机转动；
[0033]电机转动的同时，监测线程，得到所述轴电机的轴的运动量；
[0034]将所述运动量回传到上位机进行数据存储和展示。
[0035]根据本专利技术的再一个方面，还公开一种坐标式焊接机器人，其特征在于，所述坐标式焊接机器人包括机器人本体和如前任一所述的一种坐标式焊接机器人控制系统，所述坐标式焊接机器人控制系统用于控制所述机器人本体执行焊接。
[0036]本专利技术在主控制器上采用了嵌入式处理器作为系统核心控制器，核心控制器SoC FPGA架构既拥有FPGA高速并行处理和定制灵活的优势，又拥有ARM处理器实现灵活控制、图形界面显示和网络传输方面的优势。相较于处理器+FPGA架构来说，两者间的通信宽带和通信效率大幅度提高。SoC FPGA采用的是片上集成方式，在同一芯片上集成了FPGA和HPS系
统，两者间设计了高达128位的数据位宽，运行频率达200MHz高速并行总线，大大提高了两者间的通信带宽和通信效率。还可根据工程需求定制SoC系统，选择外设、存储器和接口，还能嵌入自己特有的功能由于焊接机器人控制系统需要工作在稳定可靠的散热环境下，嵌入式IC功耗低，体积小，无风扇设计也可有效保证系统稳定性和可靠性；另外它成本低且可靠性高，具有良好的扩展性，技术资料开放，开发难度低，其多任务的特点能有效提高数据处理的速度。
附图说明
[0037]本专利技术构成说明书的一部分附图描述了本专利技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0038]图1为本专利技术实施例中焊接机器人控制系统总体架构示意图。
[0039]图2为本专利技术实施例中SoC简化系统硬件设计结构示意图。
[0040]图3为本专利技术实施例中示教器与控制器的通信模型示意图。
[0041]图4为本专利技术实施例中焊接机器人控制系统硬件总体架构示意图。
[0042]图5为本专利技术实施例中上位机MVC模式图。
[0043]图6为本专利技术实施例中下位机软件架构图。
[0044]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种坐标式焊接机器人控制系统，包括上位机、下位机、硬件模块和机器人外围设备，其特征在于：所述上位机与所述下位机连接，所述上位机用于输入，和/或，输出运动控制指令；所述下位机用于运行控制算法，并生成控制焊机的控制逻辑；所述硬件模块用于通过拓展板接口接收所述控制逻辑，并将所述控制逻辑传输至所述机器人外围设备。2.如权利要求1所述的一种坐标式焊接机器人控制系统，其特征在于，所述下位机的系统架构为：SoC FPGA架构或ARM+FPGA架构，所述SOC FPGA架构为在单一芯片上集成ARM处理器和FPGA的SOC芯片。3.如权利要求1所述的一种坐标式焊接机器人控制系统，其特征在于，所述上位机包括：示教器，所述示教器使用Android系统开发，用于实现人机交互、示教、编辑应用程序、设置控件设备参数和显示当前被控对象状态。4.如权利要求3所述的一种坐标式焊接机器人控制系统，其特征在于，所述上位机还包括：遥杆控件，所述遥杆控件用于通过遥杆采样板上的串口向所述示教器发送控制指令。5.如权利要求3或4任一所述的一种坐标式焊接机器人控制系统，其特征在于，所述示教器还用于转换处理所述控制指令，并将转换处理后的控制指令发送给所述下位机。6.如权利要求1所述的一种坐标式焊接机器人控制系统，其特征在于，所述机器人外围设备包括：数字焊机、轴电机、轴电机驱动、位置传感器、焊缝追踪装置、送丝机和清枪站；所述数字焊机通过第一IO扩展接口与所述硬件模块连接；轴电机驱动接收所述硬件模块发出的脉冲差分信号，驱动所述轴电机运转；所述位置传感器通过第二IO扩展接...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文韬，刘德刚，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：