本實用新型屬于并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種并聯(lián)機(jī)器人控制器。

背景技術(shù)：

三自由度柔索并聯(lián)機(jī)器人具有重要的應(yīng)用價值，可用于起重、加工、檢測、裝配、搬運(yùn)等操作任務(wù)?，F(xiàn)有的柔索并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是一種結(jié)構(gòu)簡單，能夠完成大負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)、復(fù)雜運(yùn)動規(guī)律，實現(xiàn)高性能運(yùn)動輸出的新型空間三維平動自由度柔索并聯(lián)機(jī)器人。盡管該混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)可以完成機(jī)器人重物塊的運(yùn)動，但由于該機(jī)器人系統(tǒng)具有大慣性、多輸入多輸出、非線性等特點(diǎn)，并且受系統(tǒng)模型的參數(shù)攝動以及重物塊在運(yùn)動中隨機(jī)風(fēng)等外界干擾的影響，使得混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動靈活性、穩(wěn)定性和精確性還不夠完善。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種更穩(wěn)定的并聯(lián)機(jī)器人控制器。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的，一種并聯(lián)機(jī)器人控制器，包括三自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人、主控工控機(jī)、信號處理電路、第一通信裝置、第二通信裝置、可編程邏輯控制器、傳感器組和混合驅(qū)動控制器，所述主控工控機(jī)通過所述第一通信裝置與可編程邏輯控制器連接，所述混合驅(qū)動控制器的輸出端與柔索并聯(lián)機(jī)器人連接，

所述信號處理電路包括測量工控機(jī)，所述測量工控機(jī)輸入端與所述傳感器組連接，所述測量工控機(jī)輸出端通過第二通信裝置與主控工控機(jī)連接，所述并聯(lián)機(jī)器人控制器還包括與所述主控工控機(jī)連接的報警電路、顯示設(shè)備。

優(yōu)選地，所述三自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人包括機(jī)構(gòu)平臺、設(shè)置所述機(jī)構(gòu)平臺四個角上的四個柔索塔、所述四個柔索塔分別連接一根柔索的一端，所述柔索的另一端連接載物平臺；所述的傳感器組包括一個重力傳感器、三個光柵位移傳感器、四個張力傳感器和兩個視覺傳感器；所述重力傳感器安裝在 載物平臺上，所述三個光柵位移傳感器安裝在載物平臺上，所述三個光柵位移傳感器分別測量X方向、Y方向、Z方向的位移，所述四個張力傳感器安裝在四根柔索上，所述的兩個視覺傳感器分別安裝在載物平臺的上方和下方。

優(yōu)選地，所述柔索塔底端設(shè)有導(dǎo)向滑輪，所述柔索通過導(dǎo)向滑輪與柔索塔連接。

優(yōu)選地，所述機(jī)構(gòu)平臺上設(shè)有支架，所述支架包括垂直機(jī)構(gòu)平臺且設(shè)置在機(jī)構(gòu)平臺側(cè)邊的主體，所述主體上部向載物平臺延伸形成設(shè)置在載物平臺的上方的上部延伸部，所述上部延伸部設(shè)有視覺傳感器，所述主體下部向載物平臺延伸形成設(shè)置在載物平臺的下方的下部延伸部，所述下部延伸部設(shè)有視覺傳感器。

優(yōu)選地，所述信號處理電路還包括與所述傳感器組連接信號調(diào)理電路、與所述信號調(diào)理電路連接的微控制器，所述微控制器通過無線信號收發(fā)電路與測量工控機(jī)連接。

優(yōu)選地，所述無線收發(fā)電路包括UWB無線收發(fā)芯片和PCB天線

優(yōu)選地，所述的混合驅(qū)動控制器共有四組，每一組結(jié)構(gòu)相同，包括混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)、光電編碼器、變頻器和驅(qū)動器，可編程邏輯控制器的輸出端與變頻器和驅(qū)動器的輸入端連接，變頻器和驅(qū)動器的輸出端與混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，光電編碼器的輸出端與可編程邏輯控制器的輸入端連接。

優(yōu)選地，所述的混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括交流三相異步電機(jī)、交流伺服電機(jī)和雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)，交流三相異步電機(jī)和交流伺服電機(jī)分別與雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)的兩個曲柄相連接，交流三相異步電機(jī)、交流伺服電機(jī)兩種類型的輸入通過連桿鉸接合成；交流三相異步電機(jī)與變頻器連接，交流伺服電機(jī)與驅(qū)動器連接，四根柔索的末端與柔索并聯(lián)機(jī)器人的載物平臺連接，四組混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)均與一臺可編程邏輯控制器連接，四組變頻器、四組伺服驅(qū)動器、四組混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)硬件布置及連線均相同。

優(yōu)選地，所述第一通信裝置或第二通信裝置包括RS-232或RS-485或網(wǎng)線或USB通信裝置。

本實用新型的并聯(lián)機(jī)器人控制器能夠有效控制四組混合驅(qū)動控制器實現(xiàn)四根柔索的協(xié)調(diào)收放完成柔索并聯(lián)機(jī)器人空間三維平動自由度的高精度運(yùn)動；采用由主控工控機(jī)、信號處理電路和可編程邏輯控制器組成的分布式控制模式， 具有系統(tǒng)響應(yīng)快速、信號處理電路信息處理能力強(qiáng)、可靠性好；多傳感器復(fù)合實時故障檢測裝置及方法能夠有效、及時的檢測出機(jī)器人的常見的各類故障。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型的技術(shù)方案，下面將對實施例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實用新型的一些實施例，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)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實用新型實施例提供的一種并聯(lián)機(jī)器人控制器示意框圖。

圖2是本實用新型實施例提供的三自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人示意圖。

圖3是本實用新型實施例提供的信號處理電路示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

如圖1至圖3所示，本實用新型實施例提供的一種并聯(lián)機(jī)器人控制器，包括三自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人、主控工控機(jī)、信號處理電路、第一通信裝置、第二通信裝置、可編程邏輯控制器、傳感器組和混合驅(qū)動控制器13，所述主控工控機(jī)通過所述第一通信裝置與可編程邏輯控制器連接，所述混合驅(qū)動控制器13的輸出端與柔索并聯(lián)機(jī)器人連接，

所述信號處理電路包括測量工控機(jī)，所述測量工控機(jī)輸入端與所述傳感器組連接，所述測量工控機(jī)輸出端通過第二通信裝置與主控工控機(jī)連接，所述并聯(lián)機(jī)器人控制器還包括與所述主控工控機(jī)連接的報警電路、顯示設(shè)備。

并聯(lián)機(jī)器人控制器能夠有效控制四組混合驅(qū)動控制器13實現(xiàn)四根柔索3的協(xié)調(diào)收放完成柔索并聯(lián)機(jī)器人空間三維平動自由度的高精度運(yùn)動；采用由主控工控機(jī)、信號處理電路和可編程邏輯控制器組成的分布式控制模式，具有系統(tǒng)響應(yīng)快速、信號處理電路信息處理能力強(qiáng)、可靠性好；多傳感器復(fù)合實時故障檢測裝置及方法能夠有效、及時的檢測出機(jī)器人的常見的各類故障。

所述三自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人包括機(jī)構(gòu)平臺1、設(shè)置所述機(jī)構(gòu)平臺1四個角上的四個柔索塔2、所述四個柔索塔2分別連接一根柔索3的一端，所 述柔索3的另一端連接載物平臺4；所述的傳感器組包括一個重力傳感器5、三個光柵位移傳感器6、四個張力傳感器7和兩個視覺傳感器8；所述重力傳感器5安裝在載物平臺4上，所述三個光柵位移傳感器6安裝在載物平臺4上，所述三個光柵位移傳感器6分別測量X方向、Y方向、Z方向的位移，所述四個張力傳感器7安裝在四根柔索3上，所述的兩個視覺傳感器8分別安裝在載物平臺4的上方和下方。

所述柔索塔2頂端設(shè)有導(dǎo)向滑輪9，所述柔索3通過導(dǎo)向滑輪9與柔索塔2連接。

所述機(jī)構(gòu)平臺1上設(shè)有支架10，所述支架10包括垂直機(jī)構(gòu)平臺1且設(shè)置在機(jī)構(gòu)平臺1側(cè)邊的主體，所述主體上部向載物平臺4延伸形成設(shè)置在載物平臺4的上方的上部延伸部11，所述上部延伸部11設(shè)有視覺傳感器8，所述主體下部向載物平臺4延伸形成設(shè)置在載物平臺4的下方的下部延伸部12，所述下部延伸部12設(shè)有視覺傳感器8。

所述信號處理電路還包括與所述傳感器組連接信號調(diào)理電路、與所述信號調(diào)理電路連接的微控制器，所述微控制器通過無線信號收發(fā)電路與測量工控機(jī)連接。

所述無線收發(fā)電路包括UWB無線收發(fā)芯片和PCB天線

所述三自由度柔索3混合驅(qū)動并聯(lián)機(jī)器人主要由四根柔索3，一個三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺11，四個混合驅(qū)動器2，四根柔索塔23，一個載物平臺44，一個支架105構(gòu)成。其中四根柔索塔2成矩形豎直固定在三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺1上，四根柔索3兩端分別與載物平臺4和四個混合驅(qū)動器相連接，并繞于柔索塔2頂端的導(dǎo)向滑輪9上。支架10豎直固定于三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺1上，支架10一端延伸到載物平臺4上端，另一端延伸到載物平臺4下端。所述載物平臺4將放置重物塊。

重力傳感器5，選用壓電式重力傳感器5，設(shè)置于載物平臺4上。

位移傳感器，選用三個同類光柵位移傳感器6，分別為X方向光柵位移傳感器6、Y方向光柵位移傳感器6、Z方向光柵位移傳感器6，同樣設(shè)置于載物平臺4上。

張力傳感器7，選用四個同類應(yīng)變片式張力傳感器7，分別對應(yīng)設(shè)置于四根柔索3上，分別為第一張力傳感器、第二張力傳感器、第三張力傳感器、第四 張力傳感器。

所述視覺傳感器8，選用兩個同類CCD視覺攝像傳感器，安裝于視支架10上端和下端。

傳感器組通過調(diào)理電路及無線收發(fā)電路與信號處理中心的測量工控機(jī)連接，信號處理電路的測量工控機(jī)通過第二通信裝置與主控工控機(jī)連接。

所述傳感器組包括一個重力傳感器5、三個光柵位移傳感器6、四個張力傳感器7和兩個視覺傳感器8。其中重力傳感器5和光柵位移傳感器6安裝在柔索并聯(lián)機(jī)器人的載物平臺4上，張力傳感器7安裝在在四根柔索3上。所述的三個光柵位移傳感器6分別安裝載物平臺4上，三個光柵位移傳感器6分別測量X方向、Y方向、Z方向的位移，四個在柔索3上的張力傳感器7，每一組結(jié)構(gòu)相同，兩個視覺傳感器8分別安裝在支架10的頂部和底部，分別對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的柔索3和重物進(jìn)行視頻監(jiān)控。各個傳感器都連接到信號調(diào)理電路。

所述的信號處理電路包括信號調(diào)理電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微控制器、無線信號收發(fā)芯片、無線信號天線和測量工控機(jī)。其中兩個無線信號收發(fā)芯片分別與兩個無線信號天線連接并形成兩個收發(fā)信號組，信號調(diào)理電路與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路與微控制器連接，從微控制器接到一組無線信號發(fā)送芯片，另一個收發(fā)信號組接入測量工控機(jī)。

所述的無線收發(fā)為UWB無線收發(fā)芯片和PCB天線組成，其中UWB無線發(fā)射芯片的輸出端與PCB天線連接，接收芯片的輸入端與天線連接，UWB發(fā)射芯片再分別于微控制器和測量工控機(jī)連接。

三自由度混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人的載物平臺4放入重物塊，并準(zhǔn)備牽引重物塊運(yùn)動時，檢測裝置開始工作。檢測系統(tǒng)開始初始化，載入系統(tǒng)運(yùn)行時的初始設(shè)定的危險閾值；安裝在并聯(lián)機(jī)器人上的一個重力傳感器5、三個張力傳感器7和四個光柵位移傳感器6這三類傳感器開啟，開始對柔索3張力、重物塊重量、載物平臺4位移進(jìn)行實時無間斷檢測，并將三類傳感器檢測中所得信號通過信號調(diào)理電路處理、模/數(shù)轉(zhuǎn)換，將信號進(jìn)行濾波、放大、再濾波、調(diào)理、去噪處理，并將傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，不斷傳送到微控制器；微控制器將初步處理過的信號組再次調(diào)解成可無線發(fā)送信號后，通過無線信號發(fā)送芯片、無線信號接收芯片和兩組天線完成檢測信號組從微控制器到測量工控機(jī)的傳送；測量工控機(jī)將對檢測信號組進(jìn)行初步判斷，對比傳感器得到的信 號，檢查各類信號是否超出危險閾值，從而判斷出并聯(lián)機(jī)器人在運(yùn)行時是否有故障產(chǎn)生，并將檢測后產(chǎn)生的檢測信號發(fā)送到主控控制器。

如果測量工控機(jī)判斷出檢測信號超出危險閾值，將通過第二通信裝置把檢測信號發(fā)送給主控工控機(jī)；主控工控機(jī)對接收到的檢測信號進(jìn)行更為詳盡的分析和處理，完成并聯(lián)機(jī)器人的力學(xué)計算、控制系統(tǒng)解算，定位到具體故障點(diǎn)、完成現(xiàn)場狀態(tài)呈現(xiàn)并通過顯示設(shè)備顯示故障點(diǎn)，并調(diào)用視頻子系統(tǒng)，運(yùn)算出控制視覺傳感器8的伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速，位于平臺頂部的傳感器主要檢測4根柔索3的實時狀態(tài)，并由伺服電機(jī)進(jìn)行控制，構(gòu)成反饋；位于平臺底部的傳感器主要檢測重物塊以及載物平臺4的實時狀態(tài)，由主控制機(jī)直接控制，兩個視頻傳感器共同工作，從而定位到故障點(diǎn)。并通過顯示設(shè)備顯示故障點(diǎn)的動態(tài)視頻實時狀況，此外，主控工控機(jī)還將解算出的控制信號傳送至并聯(lián)機(jī)器人的控制系統(tǒng)中進(jìn)行反饋控制；以保證能在第一時間內(nèi)檢測故障、記錄故障、分析故障、修復(fù)故障以及接入控制系統(tǒng)用以調(diào)整故障；主控工控機(jī)、測量工控機(jī)、微控制器之間以串行總線方式和無線信號收發(fā)進(jìn)行通信，構(gòu)成一個通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。與主控工控機(jī)連接的報警電路根據(jù)主控工控機(jī)發(fā)出報警聲和/閃爍報警燈。

所述的混合驅(qū)動控制器13共有四組，每一組結(jié)構(gòu)相同，包括混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)、光電編碼器、變頻器和驅(qū)動器，可編程邏輯控制器的輸出端與變頻器和驅(qū)動器的輸入端連接，變頻器和驅(qū)動器的輸出端與混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接，光電編碼器的輸出端與可編程邏輯控制器的輸入端連接。

所述的混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括交流三相異步電機(jī)、交流伺服電機(jī)和雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)，交流三相異步電機(jī)和交流伺服電機(jī)分別與雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)的兩個曲柄相連接，交流三相異步電機(jī)、交流伺服電機(jī)兩種類型的輸入通過連桿鉸接合成；交流三相異步電機(jī)與變頻器連接，交流伺服電機(jī)與驅(qū)動器連接，四根柔索3的末端與柔索并聯(lián)機(jī)器人的載物平臺4連接，四組混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)均與一臺可編程邏輯控制器連接，四組變頻器、四組伺服驅(qū)動器、四組混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)硬件布置及連線均相同。

所述第一通信裝置或第二通信裝置包括RS-232或RS-485或網(wǎng)線或USB通信裝置。

所述的混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括交流三相異步電機(jī)、交流伺服電機(jī)和雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)，交流三相異步電機(jī)和交流伺服電機(jī)分別與雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)的兩個曲柄相 連接，交流三相異步電機(jī)為雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)提供主要的動力功率，交流伺服電機(jī)控制雙曲柄連桿機(jī)構(gòu)的柔性輸出，而這兩種類型的輸入運(yùn)動通過連桿鉸接合成，這樣使混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)在保證輸出運(yùn)動的同時，混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)的動力分配等特性也得到改善?；旌向?qū)動機(jī)構(gòu)由做常速運(yùn)動的交流三相異步電機(jī)和做變速運(yùn)動的交流伺服電機(jī)的兩個電機(jī)共同驅(qū)動，交流三相異步電機(jī)提供主要功率并通過變頻器進(jìn)行調(diào)速以保證交流三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，交流伺服電機(jī)主要對柔索并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動提供控制調(diào)節(jié)作用，通過四根柔索3協(xié)同牽引控制柔索并聯(lián)機(jī)器人的載物平臺4高精度運(yùn)動，而四組混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)的聯(lián)動是通過一臺可編程邏輯控制器來控制實現(xiàn)，四組變頻器、四組伺服驅(qū)動器、四組混合驅(qū)動機(jī)構(gòu)硬件布置及連線均相同。

所述的第一通信裝置和第二通信裝置選用專用通信RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器用于主控工控機(jī)、可編程邏輯控制器和測量工控機(jī)之間的通信。所述主控工控機(jī)負(fù)責(zé)機(jī)器人系統(tǒng)軌跡規(guī)劃、人機(jī)交互、系統(tǒng)維護(hù)，數(shù)據(jù)的保存、處理、顯示、優(yōu)化等多方面的功能。所述可編程邏輯控制器負(fù)責(zé)互聯(lián)的四組混合驅(qū)動柔索3牽引系統(tǒng)的位置協(xié)調(diào)控制。所述測量工控機(jī)負(fù)責(zé)對測量數(shù)據(jù)的采集、處理、運(yùn)行狀態(tài)信息實時傳送至主控工控機(jī)。主控工控機(jī)、測量工控機(jī)與可編程邏輯控制器之間采用ISA總線相連，用于設(shè)備的設(shè)置、程序下載和運(yùn)行中的數(shù)據(jù)傳遞。所述的傳感器測得混合驅(qū)動柔索并聯(lián)機(jī)器人所需的信號，并將信號傳送到測量工控機(jī)，測量工控機(jī)實時處理測量數(shù)據(jù)并通過通信裝置把測量數(shù)據(jù)發(fā)送給主控工控機(jī)，主控工控機(jī)對接收到的信號進(jìn)行分析處理，形成控制誤差信號通過通信裝置傳送給可編程邏輯控制器，可編程邏輯控制器對控制指令進(jìn)行分析，計算出控制信號下發(fā)給混合驅(qū)動控制器13，混合驅(qū)動控制器13驅(qū)動四根柔索3的協(xié)調(diào)收放實現(xiàn)柔索并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動，進(jìn)而構(gòu)成一個大的閉環(huán)傳遞過程。

所述顯示設(shè)備包括LED顯示器、LCD顯示器等。

以上所述是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本實用新型的保護(hù)范圍。