本發(fā)明涉及一種機器人的控制系統(tǒng)和機器人，尤其涉及一種SCARA機器人的控制系統(tǒng)和安裝有該系統(tǒng)的機器人。

背景技術：

工業(yè)機器人的需求在近些年日益增長，諸如汽車行業(yè)、電子電器行業(yè)、工程機械行業(yè)等已使用大量工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線，受各方面因素的影響，我國近百分之七十的工業(yè)機器人仍然需要進口才能滿足國內(nèi)需求，國內(nèi)企業(yè)市場占有率較低。

SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm，中文譯名：擇順應性裝配機器手臂)是一種圓柱坐標型的特殊類型的工業(yè)機器人。SCARA機器人有3個旋轉(zhuǎn)關節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進行定位和定向。另一個關節(jié)是移動關節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運動。這類機器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應快，它最適用于平面定位，垂直方向進行裝配的作業(yè)。

目前SCARA機器人都采用中央式控制方式。具體而言即每個電機都通過10根左右的導線連接到機器人體外的電氣控制柜中。由電氣柜中的中央控制器(一般為工控PC機加上運動控制卡以及4個功率電機驅(qū)動器)產(chǎn)生相應的大電流對機器人本體上的電機進行驅(qū)動控制。因此，控制系統(tǒng)復雜而龐大，控制柜的體積通常與機器人本體體積相當甚至更大。

同時，每家廠商由于采用的工控機以及控制方式不盡相同，因此都配備自有的控制面板和編程語言。這對用戶和中間的系統(tǒng)集成商來說，對不同的廠家的機器人需要學習掌握不同的控制界面和編程控制語言，無疑增加了使用和學習上的復雜性和困難。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明涉及一種SCARA機器人的控制系統(tǒng)和含有該系統(tǒng)的機器人。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明公開了一種SCARA機器人控制系統(tǒng)，包括第一驅(qū)控一體化步進伺服模組、第二驅(qū)控一體化步進伺服模組、第三驅(qū)控一體化步進伺服模組、第四驅(qū)控一體化步進伺服模組和一嵌入式用戶接口控制器，該驅(qū)控一體化步進伺服模組和該嵌入式用戶接口控制器串行連接，該嵌入式用戶接口控制器以分段分時的方式將運行程序發(fā)送給該驅(qū)控一體化步進伺服模組中的至少一個。

進一步地，該嵌入式用戶接口控制器有一外接接口，用于連接外接設備，該外接設備通過該嵌入式用戶接口控制器對該控制系統(tǒng)所控制的SCARA機器人進行編程或調(diào)試。

進一步地，該外接設備為個人終端或云端。

進一步地，該驅(qū)控一體化步進伺服模組包含減速機、步進電機、編碼器和模塊化含驅(qū)動運動控制器。

進一步地，該嵌入式用戶接口控制器通過差分通訊總線提供時間校準信號，使該驅(qū)控一體化步進伺服模組執(zhí)行各自軌跡控制程序過程中是基于同一時間基準的。

進一步地，該嵌入式用戶接口控制器將用戶指令通過差分通訊總線發(fā)給該驅(qū)控一體化步進伺服模組，該驅(qū)控一體化步進伺服模組按照軌跡控制程序中的時序執(zhí)行各自的軌跡控制程序。

進一步地，該外接設備與所述嵌入式用戶接口控制器之間的交互至少包括以下方式之一：以太網(wǎng)，WIFI，USB，串行口，藍牙等。

本發(fā)明還提供了一種SCARA機器人，該機器人包含一種上述的控制系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采取SCARA機器人控制系統(tǒng)及機器人，免去了傳統(tǒng)SCARA機器人的控制電氣柜，同時所有控制模組均以4根導線串聯(lián)控制，極大簡化了傳統(tǒng)接線方式，大大提高了可靠性；以有線或無線方式實現(xiàn)機器的控制，更加便捷和快捷，使得SCARA機器人具有開放性，開發(fā)和維護的成本大大降低。同時，本發(fā)明能使SCARA機器人各個軸的運動達到更好的同步性，從而使運動軌跡更平滑，提高了運動中的穩(wěn)定性。

附圖說明

關于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及所附圖式得到進一步的了解。

圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術的的SCARA機器人結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是本發(fā)明的嵌入式用戶接口控制器分段分時的程序示意圖；

圖4是本發(fā)明的控制流程圖。

圖中：1-基座 2-大臂 3-小臂 4-電氣通訊面板 5-嵌入式用戶接口控制器 6-第一驅(qū)控一體化步進伺服模組 7-第二驅(qū)控一體化步進伺服模組 8-第三驅(qū)控一體化步進伺服模組 9-第四驅(qū)控一體化步進伺服模組 10-滾珠花鍵絲桿 11-用戶自有的個人終端 12-云端 13-導線

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施例。

一種SCARA機器人的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)為分布式控制系統(tǒng)(DCS,Distributed Control System)包含嵌入式用戶接口控制器和若干驅(qū)控一體化步進伺服模組，所述若干驅(qū)控一體化步進伺服模組分別為第一驅(qū)控一體化步進伺服模組，第二驅(qū)控一體化步進伺服模組，第三驅(qū)控一體化步進伺服模組，第四驅(qū)控一體化步進伺服模組和嵌入式用戶接口控制器，所述四個驅(qū)控一體化與步進伺服模組之間分別通過導線串行連接，，嵌入式用戶接口控制器以分段分時的方式將運行程序發(fā)送給上述第一至第四驅(qū)控一體化步進伺服模組中的至少一個，使接收到運行程序(即軌跡控制程序)的驅(qū)控一體化步進伺服模組按運行程序來工作，所述導線為電源的正負線和差分通訊總線。其中，所述差分總線包括但不限于CAN總線，485總線，422總線等。

該控制系統(tǒng)還包括一外接設備，所述外接設備通過有線或無線的方式連接到嵌入式用戶接口控制器，所述外接設備可以是個人終端或云端，其中，所述個人終端包括PC機，手機，平板電腦等可以運行軟件的設備，所述個人終端通過所述嵌入式用戶接口控制器對控制系統(tǒng)所控制的SCARA機器人進行編程或調(diào)試，以維護所控制的機器人。其中，個人終端或云端與嵌入式用戶接口控制器之間的交互通訊可以通過各種通用的通訊協(xié)議，包括但不限于以太網(wǎng)，WIFI，USB，串行口，藍牙等方式。

編程或調(diào)試完成后，將機器人軌跡控制程序下載到嵌入式用戶接口控制器內(nèi)保存。嵌入式用戶接口控制器在得到用戶指令(或者通過數(shù)字I/O等觸發(fā)方式)后將軌跡控制程序通過差分通訊總線分段分別發(fā)給各驅(qū)控一體化步進伺服模組，然后由各驅(qū)控一體化步進伺服模組按照軌跡控制程序中的時序執(zhí)行各自的軌跡控制程序。嵌入式用戶接口控制器5同時也會通過差分通訊總線提供時間校準信號，以保證所有驅(qū)控一體化步進伺服模組執(zhí)行各自軌跡控制程序過程中是基于同一時間基準的。

結(jié)合圖1和圖2對本發(fā)明進行詳細說明。一種四軸SCARA型機器人，包括基座1，基座 1柱體側(cè)邊配有電氣通訊面板4，安裝在基座1上方可相對轉(zhuǎn)動的大臂2，基座1對應于大臂2的固定端裝設有第四驅(qū)控一體化步進伺服模組9，第四驅(qū)控一體化步進伺服模組9的動力輸出軸與大臂2的固定端連接，其用于控制大臂2以大臂2與基座1連接軸為圓心作水平旋轉(zhuǎn)。小臂3為中空結(jié)構(gòu)，裝設于大臂2的另一端，內(nèi)部裝有第一驅(qū)控一體化步進伺服模組6、第二驅(qū)控一體化步進伺服模組7、第三步驅(qū)控一體化步進伺服模組8、滾珠花鍵絲桿10等器件。小臂3的固定端裝設有第三驅(qū)控一體化步進伺服模組8，第三驅(qū)控一體化步進伺服模組8的動力輸出軸與大臂2的自由端連接，第三驅(qū)控一體化步進伺服模組8用于控制小臂3以小臂3與大臂2連接軸為圓心作水平旋轉(zhuǎn)。小臂3的另一端可相對活動地裝設有滾珠花鍵絲桿10。小臂3對應于滾珠花鍵絲桿10設有第一驅(qū)控一體化步進伺服模組6和第二驅(qū)控一體化步進伺服模組7，第一驅(qū)控一體化步進伺服模組6控制滾珠花鍵絲桿鍵絲桿10的上下運動，第二驅(qū)控一體化步進伺服模組7控制滾珠花鍵絲桿10的旋轉(zhuǎn)運動。

用戶通過個人終端11或云端12通過運行相應的軟件，以無線的方式連接到嵌入式用戶接口控制器5，通過嵌入式用戶接口控制器5，對SCARA機器人1至機器人N(圖2中只顯示機器人1的結(jié)構(gòu)示意圖，其他機器人結(jié)構(gòu)圖如機器人1，圖中未示出)進行編程或調(diào)試，以調(diào)整SCARA機器人的運動軌跡。待編程或調(diào)試完成后，從個人終端11或云端12，將機器人軌跡控制程序發(fā)送到嵌入式用戶接口控制器5內(nèi)進行存儲。所述嵌入式用戶接口控制器通過分段分時的方式，發(fā)送給目標驅(qū)控一體化步進伺服模組。

如圖3所示，嵌入式用戶接口控制器根據(jù)接收到的用戶指令或端口觸發(fā)將預先保存的運行程序(即軌跡控制程序)分成4段(即第一至第四驅(qū)控一體化步進伺服模組都有執(zhí)行的軌跡控制程序)，并分別通過差分通訊總線發(fā)給各四個驅(qū)控一體化步進伺服模組。一個存儲在用戶接口控制器的運行程序，其中第1列為第一驅(qū)控一體化步進伺服模組的程序，第2列為第二驅(qū)控一體化步進伺服模組的程序，第3列為第三驅(qū)控一體化步進伺服模組3的程序，第4列為第四驅(qū)控一體化步進伺服模組的程序。各個驅(qū)控一體化步進伺服模組內(nèi)部的緩存是有限的，假定驅(qū)控一體化步進伺服模組內(nèi)部只能存500行程序，第1列程序超過500行，一次是寫不進去的，所以需要對第一列程序進行分段，其它列同理。接到用戶指令后，嵌入式用戶接口控制器第一次將部分程序分別發(fā)送給四個驅(qū)控一體化步進伺服模組(給每個驅(qū)控一體化步進伺服模組各發(fā)490行，保持一定余量)，經(jīng)過預先設定的時間后，再次發(fā)送合適量的程序給四個驅(qū)控一體化步進伺服模組(如每個各發(fā)490行)，如此直到程序發(fā)送完畢。其中，在驅(qū)控一體化模組收到各自的運行程序后，各驅(qū)控一體化步進伺服模組按照軌跡控制程序中的時序執(zhí)行各自的軌跡控制程序。嵌入式用戶接口控制器5同時也會通過差分通訊總線提供時間 校準信號，以保證所有驅(qū)控一體化步進伺服模組執(zhí)行各自軌跡控制程序過程中是基于同一時間基準的。

圖4為SCARA機器人的調(diào)試過程并將程序發(fā)給驅(qū)控一體化步進伺服模組的整個過程。在個人終端或云端進行程序調(diào)試或編程，如調(diào)試完成，則將程序保存于嵌入式用戶接口控制器；沒調(diào)試未完成，則繼續(xù)調(diào)試；用戶接口控制器保存程序，在收到用戶指令或端口觸發(fā)后，根據(jù)分時分段的方式，分別發(fā)送給各個驅(qū)控一體化步進伺服模組，各個模組執(zhí)行收到的程序。在經(jīng)過設定的時間后，嵌入式用戶接口控制器判斷是否有剩余的為執(zhí)行程序，如有，則重復發(fā)送和執(zhí)行步驟，如沒有，則程序發(fā)送結(jié)束。

其中，驅(qū)控一體化步進伺服模組由減速機、步進電機、編碼器和模塊化含驅(qū)動運動控制器組成，其內(nèi)包含所有運動控制和步進伺服精準運動所必需的硬件和軟件，可接受并存儲客戶程序。該種高性能模塊化含驅(qū)動運動控制器可以自主執(zhí)行運動軌跡規(guī)劃控制并能夠產(chǎn)生足夠的電流驅(qū)動步進電機達到3000轉(zhuǎn)每分鐘-以上速度。該步進電機亦可由其它類型的電機替代，不失其通用性。

本說明書中所述的只是本發(fā)明的較佳具體實施例，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對本發(fā)明的限制。凡本領域技術人員依本發(fā)明的構(gòu)思通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。