一種教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括主站控制計算機和控制器，所述控制器包括DSP芯片控制器、集成芯片處理器、圖像采集模塊、無線傳輸模塊和ARM控制器，DSP芯片控制器和ARM控制器均與主站控制計算機通信連接，DSP芯片控制器、圖像采集模塊、無線傳輸模塊與ARM控制器之間通信連接，四臺永磁直流伺服電機均與DSP芯片控制器通信連接，多個避障位移傳感器、定位傳感器、加速度傳感器均與DSP芯片控制器和ARM控制器通信連接。本發(fā)明的教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)計算速度快，使關(guān)節(jié)機器人手臂轉(zhuǎn)向靈活、動作穩(wěn)定精確、體積小巧，性能穩(wěn)定。
【專利說明】
一種教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，屬于裝配作業(yè) 的四關(guān)節(jié)機器人手臂應用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)機器人可以代替人類做一些比較單調(diào)、比較頻繁和重復率較 高的長時間作業(yè)，或是在危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)，一般用作搬取零件和裝配工作，在微電 子制造業(yè)、塑料工業(yè)、汽車工業(yè)、電子產(chǎn)品工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛的應 用，它對于提高生產(chǎn)自動化水平、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益、保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障人身安全、改 善勞動環(huán)境，減輕勞動強度、節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本等有著十分重要的意義。 [0003] SCARA工業(yè)機器人即裝配作業(yè)的機器人手臂是一種圓柱坐標型的工業(yè)機器人，它 依靠旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)大臂和小臂來實現(xiàn)X-Y平面內(nèi)的快速定位，依靠一個手腕移動關(guān)節(jié)和一個手 腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)在Z方向上做伸縮和旋轉(zhuǎn)運動，其具有四個運動自由度，該系列的操作手在其動 作空間的四個方向具有有限剛度，而在剩下的其余兩個方向上具有無限大剛度。這種結(jié)構(gòu) 特性使得SCARA機器人擅長從一點抓取物體，然后快速的安放到另一點，因此SCARA機器人 在自動裝配生產(chǎn)線上得到了廣泛的應用。SCARA機器人結(jié)構(gòu)緊湊、動作靈活，速度快、位置精 度高，它的使用大大提高了機器人對復雜裝配任務的適應性，同時也降低了成本，提高了工 作空間利用率。
[0004] SCARA機器人結(jié)合了多學科知識，對于提升在校學生的動手能力、團隊協(xié)作能力和 創(chuàng)新能力，促進學生課堂知識的消化和擴展學生的知識面都非常有幫助。教學用SCARA機器 人技術(shù)的開展可以培養(yǎng)大批相關(guān)領(lǐng)域的人才，進而促進相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進 程。但是SCARA機器人在搬運貨物過程中要時刻判斷主控制器輸入的位置參數(shù)，并判斷周圍 的環(huán)境時刻避障，然后由運動控制器反復控制其精確的加速和減速進行搬運貨物，稍微的 誤差累計就有可能在多回合運動中導致運輸失敗。國內(nèi)對SCARA機器人的使用雖然有幾十 年，但是由于國內(nèi)工業(yè)機器人發(fā)展起步比較晚，受較多關(guān)鍵技術(shù)的影響，SCARA機器人的發(fā) 展也受所影響，傳統(tǒng)的機器人原理如圖1所示，在長期使用期間出現(xiàn)眾多問題： (1)在SCARA機器人多軸伺服控制系統(tǒng)中，基于單片機或者是DSP的控制系統(tǒng)都需要編 寫伺服控制軟件，使得系統(tǒng)開發(fā)周期較長，而且大大降低了系統(tǒng)的運算速度，并且程序可移 植能力較差。
[0005] (2)在大多數(shù)情況下，隨著時間的積累，搬運會存在一定的位置誤差，依靠人工引 導到零位置的方法，不僅精確度不高，而且也不利于高密度搬運等工作。
[0006] (3)在SCARA大批量搬運過程中，搬運誤差和質(zhì)量問題時有發(fā)生，如果不將類似問 題檢查出來，會為以后的運動過程留下隱患。目前對于SCARA工作的檢測，主要依靠人工目 測等檢驗方法實現(xiàn)，這不僅存在主觀因素影響大、勞動強度高、工作效率低等弊端，而目在 短時間內(nèi)人工大批量檢驗SCARA工作結(jié)果也不現(xiàn)實。
[0007] (4)在SCARA大批量搬運生產(chǎn)中，有時會有重要的臨時任務加入，普通的SCARA往往 通過停機的方式完成，造成效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控 制系統(tǒng)，該教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)計算速度快，使關(guān)節(jié)機器人手臂 轉(zhuǎn)向靈活、動作穩(wěn)定精確、體積小巧，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，可以遠距離無線監(jiān)控機 器人操作。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：提供一種教學用無線傳輸三核 快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，所述關(guān)節(jié)機器人采用永磁直流伺服電機X驅(qū)動機器人大臂旋轉(zhuǎn) 運動、采用永磁直流伺服電機Y驅(qū)動機器人小臂旋轉(zhuǎn)運動、采用永磁直流伺服電機Z驅(qū)動機 器人手腕旋轉(zhuǎn)運動、采用永磁直流伺服電機R驅(qū)動機器人手腕升降運動，所述機器人大臂上 安裝有避障位移傳感器Sl、避障位移傳感器S2和加速度傳感器Al，所述機器人小臂上安裝 有避障位移傳感器S3、避障位移傳感器S4和加速度傳感器A2，所述機器人手腕上安裝有定 位傳感器S5和加速度傳感器A3,所述的控制系統(tǒng)包括主站控制計算機和控制器，所述控制 器包括DSP芯片控制器、集成芯片處理器、圖像采集模塊、無線傳輸模塊和ARM控制器，所述 圖像采集模塊與無線傳輸模塊之間通信連接，所述DSP芯片控制器、集成芯片處理器、無線 傳輸模塊和ARM控制器均與所述主站控制計算機通信連接，所述DSP芯片控制器、集成芯片 處理器、無線傳輸模塊和ARM控制器彼此之間通信連接，所述永磁直流伺服電機X、永磁直流 伺服電機Y、永磁直流伺服電機Z和永磁直流伺服電機R均與所述集成芯片處理器通信連接， 所述避障位移傳感器Sl、避障位移傳感器S2、避障位移傳感器S3、避障位移傳感器S4、定位 傳感器S5、加速度傳感器Al、加速度傳感器A2和加速度傳感器A3均同時與所述DSP芯片控制 器、集成芯片處理器和ARM控制器通信連接。
[0010] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，還包括為所述關(guān)節(jié)機器人和控制系統(tǒng)提供電源的主 電源和備用電源，所述關(guān)節(jié)機器人中的各個所述電機和傳感器以及控制系統(tǒng)中的控制器均 與所述主電源和/或備用電源電性連接。
[0011] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述永磁直流伺服電機X、永磁直流伺服電機Y、永磁 直流伺服電機Z和永磁直流伺服電機R上勻設(shè)置有光電編碼器，所述光電編碼器與所述集成 芯片處理器電性連接。
[0012] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述圖像采集模塊為CCD攝像頭組件。
[0013] 在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述圖像采集模塊內(nèi)設(shè)置有解碼芯片。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)計 算速度快，使關(guān)節(jié)機器人手臂轉(zhuǎn)向靈活、動作穩(wěn)定精確、體積小巧，性能穩(wěn)定，抗干擾能力 強，可以遠距離無線監(jiān)控機器人操作。
【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它 的附圖，其中： 圖1為傳統(tǒng)SCARA機器人控制器原理圖； 圖2為基于四軸永磁直流伺服電機SCARA機器人二維結(jié)構(gòu)圖； 圖3為DSP控制器與集成芯片處理器連接示意圖； 圖4為基于三核四軸永磁直流伺服電機SCARA機器人控制器原理圖； 圖5為基于三核四軸永磁直流伺服電機SCARA機器人程序框圖； 圖6為基于三核四軸永磁直流伺服電機運動原理圖； 圖7為四軸電機加減速曲線圖； 圖8為本發(fā)明的教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 附圖中各部件的標記如下：1、主站控制計算機，2、控制器，3、DSP芯片控制器，4、 ARM控制器，5、主電源，6、備用電源，7、永磁直流伺服電機X，8、永磁直流伺服電機Y，9、永磁 直流伺服電機Z，10、永磁直流伺服電機R，11、光電編碼器，12、避障位移傳感器Sl，13、避障 位移傳感器S2，14、避障位移傳感器S3，15、避障位移傳感器S4，16、定位傳感器S5，17、加速 度傳感器Al，18、加速度傳感器A2，19、加速度傳感器A3，20、無線傳輸模塊，21、圖像采集模 塊，22、解碼芯片，23、集成芯片處理器。
【具體實施方式】
[0017] 下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范 圍。
[0018] 請參閱圖2至圖8,本發(fā)明實施例包括:一種教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人 控制系統(tǒng)，該機器人為基于四軸永磁直流伺服電機的SCARA機器人，即所述關(guān)節(jié)機器人采用 永磁直流伺服電機X7驅(qū)動機器人大臂旋轉(zhuǎn)運動、采用永磁直流伺服電機Y8驅(qū)動機器人小臂 旋轉(zhuǎn)運動、采用永磁直流伺服電機Z9驅(qū)動機器人手腕旋轉(zhuǎn)運動、采用永磁直流伺服電機RlO 驅(qū)動機器人手腕升降運動，所述機器人大臂上安裝有避障位移傳感器Sl 12、避障位移傳感 器S2 13和加速度傳感器Al 17,所述機器人小臂上安裝有避障位移傳感器S3 14、避障位移 傳感器S4 15和加速度傳感器A2 18,所述機器人手腕上安裝有定位傳感器S5 16和加速度 傳感器A3 19。
[0019] 所述的控制系統(tǒng)包括主站控制計算機1和控制器2,所述控制器2包括DSP芯片控制 器3、集成芯片處理器23、圖像采集模塊21、無線傳輸模塊20和ARM控制器4,所述圖像采集模 塊21與無線傳輸模塊20之間通信連接，所述DSP芯片控制器3、集成芯片處理器、無線傳輸模 塊20和ARM控制器4均與所述主站控制計算機1通信連接，所述DSP芯片控制器3、集成芯片處 理器23、無線傳輸模塊20和ARM控制器4彼此之間通信連接。所述永磁直流伺服電機X7、永磁 直流伺服電機Y8、永磁直流伺服電機Z9和永磁直流伺服電機RlO均與集成芯片處理器23通 信連接，所述避障位移傳感器Sl 12、避障位移傳感器S2 13、避障位移傳感器S3 14、避障位 移傳感器S4 15、定位傳感器S5 16、加速度傳感器Al 17、加速度傳感器A2 18和加速度傳感 器A3 19均同時與所述DSP芯片控制器3、集成芯片處理器23和ARM控制器4通信連接。
[0020] 優(yōu)選地，本發(fā)明的教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)還包括為所述關(guān) 節(jié)機器人和控制系統(tǒng)提供電源的主電源5和備用電源6,所述關(guān)節(jié)機器人中的各個所述電機 和傳感器以及控制系統(tǒng)中的控制器2均與所述主電源5和/或備用電源6電性連接。
[0021] 優(yōu)選地，所述永磁直流伺服電機X 7、永磁直流伺服電機Y 8、永磁直流伺服電機Z 9和永磁直流伺服電機RlO上勻設(shè)置有光電編碼器11，所述光電編碼器11與所述集成芯片處 理器23電性連接。
[0022]優(yōu)選地，所述圖像采集模塊21為CCD攝像頭組件，所述圖像采集模塊21內(nèi)設(shè)置有解 碼芯片22。
[0023] CCD是一種光電轉(zhuǎn)換式圖像傳感器，它利用光電轉(zhuǎn)換原理把圖像信息直接轉(zhuǎn)換成 電信號，實現(xiàn)非電量的電測量，同時它還具有體積小、重量輕、噪聲低、自掃描、工作速度快、 測量精度高、壽命長等諸多優(yōu)點。為了及時處理搬運結(jié)果，本系統(tǒng)加入了基于CCD的實時圖 像采集和無線傳輸系統(tǒng)。CCD攝像頭輸出模擬信號，通過解碼芯片22對其進行解碼，變成可 編程的數(shù)字信號，便于ARM對數(shù)字圖像的處理和存儲，然后通過無線系統(tǒng)與主站進行通訊和 傳輸。
[0024]本發(fā)明的控制系統(tǒng)采用DSP芯片控制器3+集成芯片處理器23(即LM628芯片，一種 美國國家半導體公司生產(chǎn)的大規(guī)模集成芯片）+ARM控制器4三核控制器，在電源打開狀態(tài) 下，ARM控制器先對機器人備用電源SOC(荷電狀態(tài))和主電源進行判斷，如果備用能源較低， 控制器將會通過無線裝置向總站發(fā)出報警信號；如果備用電源和主電源工作正常，先由主 站控制計算機1通過無線傳輸模塊20把搬運貨物位置信息輸入給ARM，由ARM計算出機器人 伺服系統(tǒng)的參數(shù);SCARA機器人依靠圖像采集系統(tǒng)自動引導到零位置，機器人先進入自鎖狀 態(tài)，一旦主站控制計算機1發(fā)出搬運命令，機器人攜帶的避障傳感器、定位傳感器和加速度 傳感器均開啟，SCARA機器人按照設(shè)定ARM優(yōu)化的搬運路徑快速搬運，DSP與LM628通訊， LM628按照伺服參數(shù)和傳感器反饋實時調(diào)整SCARA機器人永磁直流伺服電機X、永磁直流伺 服電機Y、永磁直流伺服電機Z和永磁直流伺服電機R的PWM輸出，實現(xiàn)四臺永磁直流伺服電 機的實時伺服控制，DSP實時采集機器人運動信息并通過無線裝置向總站傳輸;CCD攝像頭 實時檢測搬運結(jié)果，ARM對數(shù)字圖像的處理和存儲并通過無線系統(tǒng)傳輸，主站通過圖像對比 技術(shù)自動檢測搬運結(jié)果。如果ARM對搬運某一個位置有疑問，將與DSP通訊，DSP通過LM628使 SCARA機器人停車，然后主站通過圖像對比對搬運信息進行判斷，確認無誤后通過無線裝置 二次啟動SCARA機器人繼續(xù)未完成的任務;主站通過無線裝置實時與ARM通訊傳輸新加入搬 運貨物位置信息，由ARM更新機器人伺服系統(tǒng)參數(shù)，并與DSP通訊。
[0025] 參照圖1，圖2,圖3和圖4、圖5、圖6、圖7,其具體的功能實現(xiàn)如下： DSCARA機器人電源打開后，ARM會對備用電源SOC和主電源進行判斷，如果備用電源 SOC較低時，DSP將禁止控制四臺永磁直流伺服電機的LM628工作，電機輸入PffM波控制信號 被封鎖，同時報警傳感器將工作并通過無線裝置向總站發(fā)出報警信號；如果電池 SOC正常， SCARA機器人進入待工作狀態(tài)，等待工作命令。
[0026] 2)主站通過無線裝置把大臂、小臂長度和升降桿長度等信息傳入到ARM控制器， ARM控制器開啟CCD圖像采集系統(tǒng)，SCARA機器人依靠圖像采集通過DSP開通LM628自動引導 SCARA機器人到設(shè)定工作的零位置位，SCARA機器人設(shè)定各個旋轉(zhuǎn)角度螂=焉==?*，手 腕上升高度Wf= ?。
[0027] 3 )為了滿足SCARA機器人的加減速運動需要，本發(fā)明采用如圖7的運動時間梯形 圖，此梯形圖包含的面積就是機器人大臂、小臂和手腕要旋轉(zhuǎn)的角度或者是手腕升降的高 度，為了方便控制，本發(fā)明采用單一加速度模式。
[0028] 4)無線裝置發(fā)出運動模式，SCARA機器人通過ARM讀取其工作模式，如果是人工工 作模式，主站開始與ARM控制器通訊，由主站輸入SCARA機器人大臂、小臂和手腕需要旋轉(zhuǎn)的 角度1?,?以及SCARA機器人手腕需要上升或者是下降的高度衊給ARM控制器，ARM控制 器根據(jù)Denavit-Hartenberg算法開始機器人位置和姿態(tài)正向求解:ARM控制器首先根據(jù) SCARA機器人大臂、小臂和手腕需要旋轉(zhuǎn)的角度巧，咚，巧以及3041^機器人手腕需要上升的 高度*計算出相鄰兩桿件坐標系之間的位姿矩陣I 01:，M12，，Mw，并用各自用4*4二 維數(shù)組標志，碼《，M k，M25，Mw分別表示如下：
[0029] ARM控制器然后通過公式Mtw 就可以求出手腕執(zhí)行器完成任務 后的位置和姿態(tài)，并與DSP通訊，傳輸人工輸入?yún)?shù)給DSP。
[0030] 5)無線裝置發(fā)出運動模式，SCARA機器人讀取其工作模式，主站開始與ARM控制器 通訊，由主站輸入SCARA機器人所處的初始位置和給定位置三維坐標給ARM控制器，ARM控制 器根據(jù)Denavit-Hartenberg算法開始機器人逆向求解:ARM控制器首先根據(jù)大臂、小臂長度 以及最終的三維坐標中的X和Y坐標求出大臂需要旋轉(zhuǎn)的角度巧，并借助咚的值求出蜷的值， 并根據(jù)三維坐標中的Z坐標求出手腕上升或降低的高度禽，最終求出旋轉(zhuǎn)角度武，由于在求 解各的時候方程具有雙解，所以SCARA機器人求出大臂、小臂和手腕需要旋轉(zhuǎn)的角度磉，咚， 咚以及SCARA機器人手腕需要上升的高度:rf 3后，ARM控制器會對求解結(jié)果進行優(yōu)化，然后ARM 控制器與DSP通訊，把機器人最有伺服運動參數(shù)傳輸給DSP控制器。
[0031] 6)DSP控制器接受SCARA機器人大臂、小臂和手腕需要旋轉(zhuǎn)的角度峪，咚，芎以及 SCARA機器人手腕需要上升的高度A后，大臂、小臂和手腕上的傳感器S1~S5將開啟，首先 SCARA機器人對各個旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)的障礙物進行判斷，如存在障礙物將向DSP發(fā)出中斷 請求，DSP會對中斷做第一時間響應，然后DSP禁止四軸LM628工作，四軸永磁直流伺服電機 PWM波控制信號被封鎖，SCARA機器人禁止永磁直流伺服電機X、永磁直流伺服電機Y、永磁 直流伺服電機Z和電機永磁直流伺服電機R工作，機器人自鎖在原地;然后ARM通過無線裝置 向總站發(fā)出中斷請求，為了防止信息誤判，總站二次判斷運動范圍內(nèi)的障礙物信息，由總站 人為處理障礙物，防止障礙物影響搬運工作。
[0032] 7)如果總站二次通過圖像采集結(jié)果確定無障礙物進入運動區(qū)域，將通過無線裝置 與DSP通訊，DSP控制器按照圖7的速度時間曲線對運動位置進行分解，DSP首先把三個旋轉(zhuǎn) 角度咚，琿，吸轉(zhuǎn)化為三臺永磁直流伺服電機的加速度、速度和位置初始指令值，然后DSP與 LM628通訊，LM628結(jié)合電機X、電機Y和電機Z的光電編碼器反饋，經(jīng)LM628內(nèi)部伺服調(diào)節(jié)程序 生成電機X、電機Y和電機Z的PffM波控制信號，PWM波控制信號經(jīng)驅(qū)動橋放大后驅(qū)動各個電機 運動。DSP控制器根據(jù)輸入偏差大小實時調(diào)整LM628內(nèi)部伺服控制程序的PID參數(shù)，LM628控 制器通過調(diào)整永磁直流伺服電機的驅(qū)動脈沖數(shù)目調(diào)整其旋轉(zhuǎn)角度，通過調(diào)整永磁直流伺服 電機控制信號的頻率實現(xiàn)角速度快慢的變化，使三軸永磁直流伺服電機時刻同步工作，DSP 時刻記錄機器人已經(jīng)運動的位置參數(shù)，并通過無線實時向總站傳輸。
[0033] 8)在SCARA機器人移動過程中，傳感器S1~S4時刻對運動范圍內(nèi)的移動障礙物進行 判斷，如果有障礙物進入運動范圍，DSP立即通過LM628使SCARA機器人的大臂、小臂和手腕 按照圖7的減速運動曲線立即停車，DSP控制器記錄下當前旋轉(zhuǎn)角度和，線，咚信息，并通過 無線與主站通訊;等障礙物消失后，主站通過無線與ARM通訊，重新計算對新位置的旋轉(zhuǎn)角 度H劣，然后DSP控制LM628按照圖7的運動曲線重新經(jīng)過三段運動軌跡:加速運動、勻 速運動和減速運動，最終到達設(shè)定點。
[0034] 9)在移動過程中，DSP時刻記錄加速度計反饋的大臂、小臂和手腕旋轉(zhuǎn)的角加速 度，控制器通過二次積分得到大臂、小臂和手腕的旋轉(zhuǎn)角度，并與設(shè)定的位置角度值相比 較，如果偏差大于設(shè)定閥值，DSP把這個偏差轉(zhuǎn)化為三臺永磁直流伺服電機新的加速度、速 度和位置初始指令值，在下一個采樣周期，DSP與LM628通訊，LM628結(jié)合電機X、電機Y和電機 Z電機光電編碼器反饋的反饋，經(jīng)LM628內(nèi)部伺服調(diào)節(jié)程序生成電機X、電機Y和電機Z的PWM 波控制信號，PWM波控制信號經(jīng)驅(qū)動橋放大后驅(qū)動各個電機運動。DSP控制器根據(jù)輸入偏差 大小實時調(diào)整LM628內(nèi)部伺服控制程序的PID參數(shù)，LM628控制器通過調(diào)整永磁直流伺服電 機的驅(qū)動脈沖數(shù)目調(diào)整其旋轉(zhuǎn)角度，通過調(diào)整永磁直流伺服電機控制信號的頻率實現(xiàn)角速 度快慢的變化，進而消除上一個采樣周期產(chǎn)生的誤差，使SCARA機器人按照設(shè)定軌跡完成任 務。
[0035] 10)在SCARA機器人運動過程中，DSP會時刻儲存所經(jīng)過的SCARA機器人所處的位置 或者是經(jīng)過的參考點，并根據(jù)這些距離信息由DSP計算得到相對下一個參考點SCARA機器人 永磁直流伺服電機X、永磁直流伺服電機Y、永磁直流伺服電機Z分別要運行的角度、角度速 度和角加速度，LM628結(jié)合電機X、電機Y和電機Z電機光電編碼器反饋的反饋，經(jīng)內(nèi)部伺服調(diào) 節(jié)程序生成電機X、電機Y和電機Z的PffM波控制信號，PffM波控制信號經(jīng)驅(qū)動橋放大后驅(qū)動各 個電機運動。DSP控制器根據(jù)輸入偏差大小實時調(diào)整LM628內(nèi)部伺服控制程序的PID參數(shù)，通 過調(diào)整永磁直流伺服電機的驅(qū)動脈沖數(shù)目調(diào)整其旋轉(zhuǎn)角度，通過調(diào)整永磁直流伺服電機控 制信號的頻率實現(xiàn)角速度快慢的變化，使SCARA機器人按照設(shè)定速度快速前行。
[0036] 11)在SCARA機器人完成三軸旋轉(zhuǎn)角度H今的伺服控制后，DSP二次檢測加速 度傳感器的積分值，如果發(fā)現(xiàn)SCARA機器人在運動過程受到外界干擾后三個旋轉(zhuǎn)角度^，咚， 砵與設(shè)定角度的誤差超過設(shè)定閥值時，CXD圖像采集系統(tǒng)實時采集搬運信息，經(jīng)ARM處理后 通過無線裝置向總站發(fā)出圖像傳輸請求，總站通過圖像對比技術(shù)自動檢測搬運結(jié)果，如果 確實存在一定誤差，總站通過無線裝置開始與DSP通訊，DSP把三個旋轉(zhuǎn)角度偏差，Ag， 轉(zhuǎn)化為三臺永磁直流伺服電機位置微調(diào)的加速度、速度和位置初始指令值，然后DSP與 LM6 28通訊，LM6 28結(jié)合電機X、電機Y和電機Z電機光電編碼器反饋的反饋，經(jīng)LM6 28內(nèi)部伺服 調(diào)節(jié)程序生成電機X、電機Y和電機Z的PffM波控制信號，PWM波控制信號經(jīng)驅(qū)動橋放大后驅(qū)動 各個電機運動。DSP控制器根據(jù)輸入偏差大小實時調(diào)整LM628內(nèi)部伺服控制程序的PID參數(shù)， LM628控制器通過調(diào)整永磁直流伺服電機的驅(qū)動脈沖數(shù)目調(diào)整其旋轉(zhuǎn)角度，通過調(diào)整永磁 直流伺服電機控制信號的頻率實現(xiàn)角速度快慢的變化，通過三軸永磁直流伺服電機的再次 工作使機器人大臂、小臂和手腕到達設(shè)定位置。
[0037] 12)當SCARA機器人的大臂、小臂和手腕完成角度螂，蜱，咚的角度補償?shù)竭_設(shè)定位 置后，DSP按照圖7的速度時間曲線，把手腕要升降的距離七轉(zhuǎn)化為永磁直流伺服電機R的加 速度、速度和位置初始指令值，然后DSP與LM628通訊，LM628結(jié)合電機R光電編碼器的反饋， 經(jīng)內(nèi)部伺服調(diào)節(jié)程序生成電機R的ΠΜ波控制信號，PBi波控制信號經(jīng)驅(qū)動橋放大后驅(qū)動各 個電機運動。DSP控制器根據(jù)輸入偏差大小實時調(diào)整LM6 28內(nèi)部伺服控制程序的PID參數(shù)， DSP控制器通過調(diào)整永磁直流伺服電機的驅(qū)動脈沖數(shù)目調(diào)整其旋轉(zhuǎn)角度，通過調(diào)整永磁直 流伺服電機控制信號的頻率實現(xiàn)角速度快慢的變化，使手腕平穩(wěn)在設(shè)定時間內(nèi)到達設(shè)定位 置。
[0038] 13)在運動過程中如果SCARA機器人發(fā)現(xiàn)位置參數(shù)求解出現(xiàn)死循環(huán)將向ARM發(fā)出中 斷請求，ARM會對中斷做第一時間響應，ARM控制器將立即與DSP通訊，DSP立即通過LM628封 鎖四臺永磁直流伺服電機的控制信號，然后機器人原地自鎖，ARM控制器通過無線裝置與主 站進行通訊，CCD時刻采集周圍信息并通過無線傳輸，主站對圖像采集信息進行分析，并根 據(jù)采集結(jié)果二次重新啟動SCARA機器人，通過無線裝置二次向SCARA機器人重新輸入搬運信 息。
[0039] 14 )裝在永磁直流伺服電機X、永磁直流伺服電機Y、永磁直流伺服電機Z、永磁直流 伺服電機R上的光電編碼器會輸出其位置信號A和位置信號B，光電編碼器的位置信號A脈沖 和B脈沖邏輯狀態(tài)每變化一次，DSP內(nèi)的位置寄存器會根據(jù)電機的運行方向加1或者是減1; 光電編碼器的位置信號A脈沖和B脈沖和Z脈沖同時為低電平時，就產(chǎn)生一個INDEX信號給 DSP內(nèi)部寄存器，記錄永磁直流伺服電機的絕對位置，然后換算成SCARA機器人大臂、小臂或 者是手腕在三維坐標系統(tǒng)中的具體位置，DSP通過無線裝置實時向總站發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸信息。
[0040] 15)SCARA機器人在運行過程ARM控制器時刻對AC交流主電源進行監(jiān)控，如果控制 器發(fā)現(xiàn)主電源出現(xiàn)故障突然斷電時，ARM會與DSP通訊，并開通備用電源，由備用電源為四軸 永磁直流伺服電機提供能量，DSP通過LM628內(nèi)部伺服調(diào)節(jié)程序?qū)崟r調(diào)整四臺永磁直流伺服 電機的Pmi輸出，LM628控制器通過調(diào)整永磁直流伺服電機的驅(qū)動脈沖數(shù)目調(diào)整其旋轉(zhuǎn)角 度，通過調(diào)整永磁直流伺服電機控制信號的頻率實現(xiàn)角速度快慢的變化，使SCARA機器人完 成這次搬運任務，然后DSP控制LM628封鎖四路永磁直流伺服電機的PffM控制信號，機器人原 地自鎖;SCARA機器人通過ARM與主站通過無線進行通訊，通知主站進行檢修。
[0041] 16)在SCARA機器人在搬運過程中，如果主站有新的任務輸入，主站先通過無線裝 置與ARM通訊并傳輸新的工作任務，ARM控制器計算出新的伺服控制位置參數(shù)并與DSP通訊， DSP首先完成當前的任務，并更新下一個伺服控制的位置參數(shù)。
[0042] 17)在SCARA機器人在搬運過程中，主站會對基于CCD的采集圖像進行自動分析對 比，如發(fā)現(xiàn)問題某一位置存在問題時，主站先通過無線裝置與DSP通訊，DSP首先通過LM628 完成當前任務并在設(shè)定零位置停車，有主站自動檢測搬運結(jié)果，自動檢測完畢后通過ARM更 新DSP下一個伺服控制的位置參數(shù)。
[0043] 18)在SCARA機器人多軸伺服系統(tǒng)工作過程中，如果DSP伺服控制器檢測到某一個 永磁直流伺服電機的轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)脈動，由于本發(fā)明采用的永磁直流伺服電機力矩與電機電流 成正比例，因此控制器會很容易補償此干擾，并根據(jù)干擾大小DSP實時調(diào)整LM628內(nèi)部的PID 參數(shù)，減少了電機轉(zhuǎn)矩擾動對SCARA機器人運動過程的影響。
[0044] 19)當SCARA機器人完成任務，實現(xiàn)位置歸零時，其攜帶的加速度傳感器A1~A3會時 刻檢測其加速度，當加速度超過預設(shè)閥值時，在下一個周期DSP控制器會通過LM628修正上 一個周期帶來的誤差，同時基于CCD圖像采集系統(tǒng)實時工作，并引導機器人自動導引到機器 人設(shè)定零位置，SCARA機器人按照圖7的速度-時間運動曲線實現(xiàn)從某一點到零位的歸位，然 后零位自鎖，等待下一個搬運命令。
[0045] 以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng) 域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，所述關(guān)節(jié)機器人 采用永磁直流伺服電機X驅(qū)動機器人大臂旋轉(zhuǎn)運動、采用永磁直流伺服電機Y驅(qū)動機器人小 臂旋轉(zhuǎn)運動、采用永磁直流伺服電機Z驅(qū)動機器人手腕旋轉(zhuǎn)運動、采用永磁直流伺服電機R 驅(qū)動機器人手腕升降運動，所述機器人大臂上安裝有避障位移傳感器S1、避障位移傳感器 S2和加速度傳感器Al，所述機器人小臂上安裝有避障位移傳感器S3、避障位移傳感器S4和 加速度傳感器A2,所述機器人手腕上安裝有定位傳感器S5和加速度傳感器A3,所述的控制 系統(tǒng)包括主站控制計算機和控制器，所述控制器包括DSP芯片控制器、集成芯片處理器、圖 像采集模塊、無線傳輸模塊和ARM控制器，所述圖像采集模塊與無線傳輸模塊之間通信連 接，所述DSP芯片控制器、無線傳輸模塊和ARM控制器均與所述主站控制計算機通信連接，所 述DSP芯片控制器、集成芯片處理器、無線傳輸模塊和ARM控制器彼此之間通信連接，所述永 磁直流伺服電機X、永磁直流伺服電機Y、永磁直流伺服電機Z和永磁直流伺服電機R均與所 述集成芯片處理器通信連接，所述避障位移傳感器S1、避障位移傳感器S2、避障位移傳感器 S3、避障位移傳感器S4、定位傳感器S5、加速度傳感器Al、加速度傳感器A2和加速度傳感器 A3均同時與所述DSP芯片控制器、集成芯片處理器和ARM控制器通信連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，其特征在于， 還包括為所述關(guān)節(jié)機器人和控制系統(tǒng)提供電源的主電源和備用電源，所述關(guān)節(jié)機器人中的 各個所述電機和傳感器以及控制系統(tǒng)中的控制器均與所述主電源和/或備用電源電性連 接。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述永磁直流伺服電機X、永磁直流伺服電機Y、永磁直流伺服電機Z和永磁直流伺服電機R 上勻設(shè)置有光電編碼器，所述光電編碼器與所述集成芯片處理器電性連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，其 特征在于，所述圖像采集模塊為CCD攝像頭組件。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的教學用無線傳輸三核快速關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述圖像采集模塊內(nèi)設(shè)置有解碼芯片。
【文檔編號】B25J9/18GK105922270SQ201610409059
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】張好明
【申請人】江蘇若博機器人科技有限公司