基于can環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)，包括示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機，示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機之間通過CAN環(huán)網(wǎng)進行通訊；示教器生成運動指令，主控制板根據(jù)運動指令，通過其內(nèi)部的核心芯片計算焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩，伺服電機控制板將焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩發(fā)送給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器控制伺服電機完成相應(yīng)的動作。本實用新型可靠性和實時性好、成本低、安裝和維護方便。
【專利說明】
基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及機器人自動化控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)生產(chǎn)對焊接質(zhì)量和焊接效率要求的不斷提高，以及滿足改善工人工作環(huán)境、降低工人勞動強度的需求，焊接機器人在各種工業(yè)焊接場合得到了廣泛的應(yīng)用。多軸型焊接機器人具有機械結(jié)構(gòu)緊湊、靈活性好、占用空間小和實時性好等優(yōu)點。
[0003]隨著工業(yè)局域網(wǎng)技術(shù)以及大型工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，焊接自動化系統(tǒng)也正朝著模塊化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。為適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，最新的伺服系統(tǒng)都配置了 CAN總線、485總線等總線接口。這些接口的設(shè)置，顯著地增強了伺服單元與其它控制設(shè)備間的互聯(lián)能力，從而實現(xiàn)了焊接機器人伺服控制系統(tǒng)與控制中心以及其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的通信互聯(lián)。模塊化的設(shè)計不僅方便安裝和維護，也降低了開發(fā)成本。
[0004]CAN通訊因其諸多的優(yōu)勢在機器人控制數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛應(yīng)用，采用基于CAN環(huán)網(wǎng)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要便捷的增減控制模塊的數(shù)量，具有良好的擴展功能;運行過程中，各控制模塊互不干擾，具有可重組性、可替代性和高穩(wěn)定性等特點;CAN環(huán)網(wǎng)將各個控制模塊連接起來并形成封閉的環(huán)形控制網(wǎng)絡(luò)，這種設(shè)計只需要一條主干線，在大大減少線纜數(shù)量，降低布線難度的同時，保證了控制網(wǎng)絡(luò)可靠性，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0005]然而，現(xiàn)有技術(shù)中的焊接機器人控制系統(tǒng)的可靠性和實時性較差，成本較高，安裝和維護難度較大。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]實用新型目的:本實用新型的目的是提供一種可靠性和實時性好、成本低、安裝和維護方便的基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)。
[0007]技術(shù)方案:為達到此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0008]本實用新型所述的基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)，包括示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機，示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機之間通過CAN環(huán)網(wǎng)進行通訊;示教器生成運動指令，主控制板根據(jù)運動指令，通過其內(nèi)部的核心芯片計算焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩，伺服電機控制板將焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩發(fā)送給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器控制伺服電機完成相應(yīng)的動作。
[0009]進一步，所述伺服電機控制板上安裝有多個CAN智能接口，其中，一個CAN智能接口連接兩個伺服驅(qū)動器，采用嵌入式軟件實現(xiàn)一個CAN通訊周期內(nèi)的兩個伺服驅(qū)動器之間的通訊。
[0010]進一步，示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機均采用全局廣播的通信方式，在接收到CAN環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時解析數(shù)據(jù)包的地址，判斷是否是發(fā)給自己的，如果是則做進一步處理，否則就直接丟棄。
[0011]進一步，所述CAN環(huán)網(wǎng)采用單環(huán)雙向的網(wǎng)絡(luò)模型。
[0012]有益效果:本實用新型采用基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化控制系統(tǒng)，可以根據(jù)系統(tǒng)需要，增減伺服電機控制板的數(shù)量，便于擴充功能;示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機各自獨立工作，在運行時互不干擾，即使其中一個設(shè)備出現(xiàn)故障，由于CAN環(huán)網(wǎng)的設(shè)計，依舊可以保證系統(tǒng)的正常工作，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性;采用模塊化設(shè)計的控制系統(tǒng)開發(fā)周期短，故障率低;CAN環(huán)網(wǎng)只需要一條主干線，大大減少了線纜數(shù)量，提高了系統(tǒng)的實時性，降低了布線難度，節(jié)約了開發(fā)成本;此外，系統(tǒng)的安裝和維護方便，難度小。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的方法流程圖；
[0014]圖2為CAN環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0015]圖3為伺服電機控制板的CAN智能接口的結(jié)構(gòu)示意圖；
[OO10]圖4為信號流程圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合【具體實施方式】對本實用新型的技術(shù)方案作進一步的介紹。
[0018]本實用新型公開了一種基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)，包括示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機，示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機之間通過CAN環(huán)網(wǎng)進行通訊。示教器生成運動指令，主控制板根據(jù)運動指令，通過其內(nèi)部的核心芯片計算焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩，伺服電機控制板將焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩發(fā)送給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器控制伺服電機完成相應(yīng)的動作。伺服電機控制板上安裝有多個CAN智能接口，如圖3所示，其中，一個CAN智能接口連接兩個伺服驅(qū)動器，采用嵌入式軟件實現(xiàn)一個CAN通訊周期內(nèi)的兩個伺服驅(qū)動器之間的通訊。
[0019]本系統(tǒng)中的CAN環(huán)網(wǎng)是單環(huán)雙向的網(wǎng)絡(luò)模型，如圖2所示，同時配置適合的控制策略，當環(huán)網(wǎng)中任一節(jié)點或某處電纜斷開時，整個網(wǎng)絡(luò)依然能夠正常通信。機器人各個軸的伺服電機的數(shù)據(jù)信息通過CAN智能接口發(fā)送到CAN環(huán)網(wǎng)中，并按兩個方向傳輸。系統(tǒng)各節(jié)點采用全局廣播的通信方式，支持多點同時進行數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)各節(jié)點在接收到CAN總線的數(shù)據(jù)時只解析數(shù)據(jù)包地址，是發(fā)給自己的作進一步處理，不是發(fā)給自己的直接丟棄，而不用偵聽等待某一節(jié)點傳輸完數(shù)據(jù)，待該節(jié)點傳輸結(jié)束后才允許其他節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸與通信，提高了系統(tǒng)的實時性和總線利用率。在傳輸模型中，因為單個節(jié)點是同時向兩個方向?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到CAN環(huán)網(wǎng)上的，當該節(jié)點與監(jiān)控處理設(shè)備相連的CAN環(huán)網(wǎng)一個方向的鏈路斷開時，待發(fā)送數(shù)據(jù)可以通過另一個方向到達監(jiān)控節(jié)點，避免了單條線路斷開時系統(tǒng)癱瘓的危險，從而提高系統(tǒng)的可靠性。
[0020]CAN環(huán)網(wǎng)上的節(jié)點數(shù)是根據(jù)焊接機器人各個軸的伺服電機數(shù)量決定的，本實用新型采用模塊的設(shè)計結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)實際情況擴展CAN節(jié)點，以實現(xiàn)擴展系統(tǒng)功能。伺服電機通過伺服驅(qū)動器控制，伺服驅(qū)動器通過CAN智能接口將數(shù)據(jù)傳送給伺服電機控制板。CAN智能接口安裝在電機控制電路板上，一塊伺服電機控制板上安裝若干個CAN智能接口。為了既節(jié)約資源，又保證系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性，采用一個CAN接口連接兩個伺服驅(qū)動器，利用一個嵌入式軟件實現(xiàn)在一個CAN通訊周期內(nèi)完成兩個伺服驅(qū)動器的通訊。一塊伺服電機控制板安裝CAN智能接口的數(shù)量是有限制的，當達到上限，則需要擴展伺服電機控制板來實現(xiàn)伺服控制和通訊。CAN環(huán)網(wǎng)各個節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性通過伺服電機控制板上的FPGA保證。
[0021]結(jié)合圖4可知，主控板所負責計算的機器人位置、速度及力矩參數(shù)通過CAN總線發(fā)給伺服電機控制板，伺服電機控制板中的Micro Blaze IP核通過Bus Bridge將伺服驅(qū)動器所需的信息通過CAN總線發(fā)給伺服驅(qū)動器。其中，伺服電機控制板中的Micro Blaze IP核是在統(tǒng)一時刻將各個伺服驅(qū)動器所需的信息通過CAN通信打包發(fā)送的，比傳統(tǒng)的逐一發(fā)送具有更尚的實時性。
[0022]本實用新型還公開了一種基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制方法，如圖1所示，包括以下的步驟:
[0023]S1:示教器發(fā)出運動指令；
[0024]S2:主控制板按照運動指令計算焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩，并通過CAN環(huán)網(wǎng)傳輸至伺服電機控制板；
[0025]S3:伺服電機控制板將從主控制板得到的焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩通過CAN環(huán)網(wǎng)傳輸至伺服驅(qū)動器；
[0026]S4:伺服驅(qū)動器將控制信息通過CAN環(huán)網(wǎng)傳輸至伺服電機；
[0027]S5:伺服電機按照控制信息完成相應(yīng)的動作。
【主權(quán)項】
1.一種基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于:包括示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機，示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機之間通過CAN環(huán)網(wǎng)進行通訊；示教器生成運動指令，主控制板根據(jù)運動指令，通過其內(nèi)部的核心芯片計算焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩，伺服電機控制板將焊接機器人各個軸對應(yīng)的電機運動的位置、速度和力矩發(fā)送給伺服驅(qū)動器，伺服驅(qū)動器控制伺服電機完成相應(yīng)的動作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述伺服電機控制板上安裝有多個CAN智能接口，其中，一個CAN智能接口連接兩個伺服驅(qū)動器，采用嵌入式軟件實現(xiàn)一個CAN通訊周期內(nèi)的兩個伺服驅(qū)動器之間的通訊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于:示教器、主控制板、伺服電機控制板、伺服驅(qū)動器和伺服電機均采用全局廣播的通信方式，在接收到CAN環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時解析數(shù)據(jù)包的地址，判斷是否是發(fā)給自己的，如果是則做進一步處理，否則就直接丟棄。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN環(huán)網(wǎng)的模塊化焊接機器人控制系統(tǒng)，其特征在于:所述CAN環(huán)網(wǎng)采用單環(huán)雙向的網(wǎng)絡(luò)模型。
【文檔編號】B25J9/16GK205466213SQ201620035935
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月14日
【發(fā)明人】王富林, 徐晗, 付磊
【申請人】南京熊貓電子股份有限公司, 南京熊貓電子裝備有限公司, 南京熊貓儀器儀表有限公司