用于模塊化機(jī)械手關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械手控制方法，更具體的說，本發(fā)明主要涉及一種用于模塊化機(jī)械手關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)器人技術(shù)是一個多學(xué)科綜合發(fā)展的領(lǐng)域，近年來隨著我國在機(jī)器人相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是在精密機(jī)械加工、電子元器件與材料、計算機(jī)技術(shù)、自動控制、光學(xué)等方面取得的長足進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)在用戶定制化、尤其是在特殊環(huán)境下的機(jī)器人應(yīng)用將有長足的發(fā)展。機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計，可以依據(jù)具體的工作需求，對模塊化的關(guān)節(jié)進(jìn)行不同的組合設(shè)計，即可形成不同應(yīng)用下的機(jī)器人，因此，關(guān)節(jié)控制的精度，直接決定了機(jī)器人性能的優(yōu)劣。目前很多機(jī)械手存在體積龐大、線纜繁多，不利于機(jī)械手長期運(yùn)行和維護(hù)，尤其在某些特定的惡劣工作環(huán)境中，對機(jī)械手有機(jī)構(gòu)小型化、線纜簡約化的要求。目前，國內(nèi)關(guān)于機(jī)器人關(guān)節(jié)的模塊化控制系統(tǒng)和控制方法介紹的還很少，缺乏一種模塊化的、適用于惡劣場合、可靠性好的模塊化控制系統(tǒng)，因而有必要對此做進(jìn)一步的研究和改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于針對上述不足，提供一種用于模塊化機(jī)械手關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)及方法，以期望解決現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械手體積龐大，線纜繁多，不利于機(jī)械手長期運(yùn)行和維護(hù)等技術(shù)問題。
[0004]為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明一方面提供了一種用于模塊化機(jī)械手關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括至少一個控制單元，所述控制單元中包括關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器、關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓器、控制模塊與解碼模塊，其中:
所述關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器與關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓器用于獲取電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置信息及實(shí)際關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的位置信息；
所述解碼模塊用于對關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器與關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息進(jìn)行實(shí)時采集，并判斷兩路位置信息變化的誤差是否在允許的閾值范圍內(nèi)呈線性變化，如判斷結(jié)果為是，則將兩路位置信息的平均值作為旋變信號轉(zhuǎn)換為編碼器信號傳輸至控制模塊，反之則將關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息直接傳輸至控制模塊，并以關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息在上位機(jī)進(jìn)行刷新顯示，且在兩路位置信息選擇確定一路可信的位置信息作為旋變信號轉(zhuǎn)換為編碼器信號傳輸至控制模塊；
所述控制模塊用于對電機(jī)的位置、速度進(jìn)行控制，并將編碼器信號或關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息向上位機(jī)進(jìn)行反饋；所述的控制模塊還接入通信網(wǎng)絡(luò)，用于通過通信網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通信，上位機(jī)通過控制模塊在通信網(wǎng)絡(luò)中的地址對其進(jìn)行控制。
[0005]作為優(yōu)選，進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述解碼模塊判斷兩路位置信息變化的誤差是否在允許的閾值范圍內(nèi)呈線性變化的結(jié)果為否時，還同時終止電機(jī)閉環(huán)控制，斷開使能并提示報警。
[0006]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述系統(tǒng)中還包括氣動模塊，所述氣動模塊也接入通信網(wǎng)絡(luò)，用于對關(guān)節(jié)氣缸及電磁閥的啟閉進(jìn)行控制，并通過通信網(wǎng)絡(luò)向上位機(jī)進(jìn)行狀態(tài)反饋，且通過通信網(wǎng)絡(luò)與控制模塊進(jìn)行通信。
[0007]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述系統(tǒng)中包括多個控制單元，所述每個單元中的控制模塊與氣動模塊均接入通信網(wǎng)絡(luò)，用于由多個控制單元中的控制模塊與氣動模塊通過預(yù)設(shè)的地址，在通信網(wǎng)絡(luò)中與上位機(jī)進(jìn)行通信。
[0008]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在電機(jī)末端，關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓器安裝在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)出軸線上。
[0009]本發(fā)明另一方面還提供了一種用于模塊化機(jī)械手關(guān)節(jié)的控制方法，其特征在于所述的方法包括如下步驟:
步驟A、關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器與關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓器獲取電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置信息及實(shí)際關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的位置信息；
步驟B、解碼模塊對關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器與關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息進(jìn)行實(shí)時采集，并判斷兩路位置信息變化的誤差是否在允許的閾值范圍內(nèi)呈線性變化，如判斷結(jié)果為是，則將兩路位置信息的平均值作為旋變信號轉(zhuǎn)換為編碼器信號傳輸至控制模塊，反之則將關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息直接傳輸至控制模塊，并以關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息在上位機(jī)進(jìn)行刷新顯示，且在兩路位置信息選擇確定一路可信的位置信息作為旋變信號轉(zhuǎn)換為編碼器信號傳輸至控制模塊；
步驟C、控制模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通信，將編碼器信號或關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息向上位機(jī)進(jìn)行反饋。
[0010]作為優(yōu)選，進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述步驟B中解碼模塊判斷兩路位置信息變化的誤差是否在允許的閾值范圍內(nèi)呈線性變化的結(jié)果為否時，還同時終止電機(jī)閉環(huán)控制，斷開使能并提示報警。
[0011]更進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述的方法還包括步驟D、氣動模塊對關(guān)節(jié)氣缸及電磁閥的啟閉進(jìn)行控制，并通過通信網(wǎng)絡(luò)向上位機(jī)進(jìn)行狀態(tài)反饋，且通過通信網(wǎng)絡(luò)與控制模塊進(jìn)行通信。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是:關(guān)節(jié)控制采用模塊化，通過網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)對電機(jī)、氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制和反饋，便于后期擴(kuò)展和功能補(bǔ)充；傳統(tǒng)機(jī)械手控制需配備繁雜的控制驅(qū)動線纜和信號反饋線纜，不利于長期運(yùn)行維護(hù)，本發(fā)明的機(jī)械手所屬線纜只需一根網(wǎng)絡(luò)通信線纜；而關(guān)節(jié)模塊采用雙旋轉(zhuǎn)變壓器，具有掉電位置記憶功能，避免了光電編碼器的掉電零點(diǎn)定位過程，而且提供冗余智能算法，也可以由操作人員自行配置，具有高度運(yùn)行可靠性。同時本發(fā)明所提供的一種用于模塊化機(jī)械手關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可作為各種類型及工況中的機(jī)械手控制系統(tǒng)，應(yīng)用范圍廣闊。
【附圖說明】
[0013]圖1為用于說明本發(fā)明一個實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為用于說明本發(fā)明另一個實(shí)施例的方法流程圖；；
圖中，I為電機(jī)、2為減速器、3為關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器、4為關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓器。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0015]參考圖1所示，本發(fā)明的一個實(shí)施例是一種用于模塊化機(jī)械手關(guān)節(jié)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括至少一個控制單元，所述控制單元中包括關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器3、關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓器4、控制模塊與解碼模塊，更為重要的是:
上述關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器3與關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓器4的作用是獲取電機(jī)I旋轉(zhuǎn)位置信息及實(shí)際關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)的位置信息；
上述解碼模塊的作用是對關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器3與關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息進(jìn)行實(shí)時采集，并判斷兩路位置信息變化的誤差是否在允許的閾值范圍內(nèi)呈線性變化，如判斷結(jié)果為是，則將兩路位置信息的平均值作為旋變信號轉(zhuǎn)換為編碼器信號傳輸至控制模塊，反之則將關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息直接傳輸至控制模塊，并以關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息在上位機(jī)進(jìn)行刷新顯示，且在兩路位置信息選擇確定一路可信的位置信息作為旋變信號轉(zhuǎn)換為編碼器信號傳輸至控制模塊；具體的算法執(zhí)行過程可參考圖2所示；
正如圖1所示出的，上述控制模塊的作用是對電機(jī)I的位置、速度進(jìn)行控制，并將編碼器信號或關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓的位置信息向上位機(jī)進(jìn)行反饋；所述的控制模塊還接入通信網(wǎng)絡(luò)，用于通過通信網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通信，上位機(jī)通過控制模塊在通信網(wǎng)絡(luò)中的地址對其進(jìn)行控制。
[0016]為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的功能，上述關(guān)節(jié)前旋轉(zhuǎn)變壓器3安裝在電機(jī)I末端，關(guān)節(jié)后旋轉(zhuǎn)變壓器4安裝在旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)出軸線上；而考慮到模塊化機(jī)械手的常規(guī)結(jié)構(gòu)以及電機(jī)I動力利用的慣常設(shè)置，上述的電機(jī)I需與減速器2動力連接。
[0017]在本實(shí)施例中，關(guān)節(jié)控制采用模塊化，通過網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)現(xiàn)對電機(jī)、氣缸等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制和反饋，便于后期擴(kuò)展和功能補(bǔ)充；傳統(tǒng)機(jī)械手控制需配備繁雜的控制驅(qū)動線纜和信號反饋線纜，不利于長期運(yùn)行維護(hù)，本發(fā)明的機(jī)械手所屬線纜只需一根網(wǎng)絡(luò)通信線纜；而關(guān)節(jié)模塊采用雙旋轉(zhuǎn)變壓器，具有掉電位置記憶功能，避免了光電編碼器的掉電零點(diǎn)定位過程，而且提供冗余智能算法，也可以由操作人員自行配置，具有高度運(yùn)行可靠性。
[0018]另一方面，為保證上述述解碼模塊判斷兩路位置信息變化的誤差是否在允許的閾值范圍內(nèi)呈線性變化的結(jié)果為否時的故障能夠及時得到處理并防止機(jī)械手關(guān)節(jié)損壞，當(dāng)前述的的情形發(fā)生時，解碼模塊還同時終止電機(jī)(I)閉環(huán)控制，斷開使能并提示報警。
[0019]根據(jù)上述的原理，為使用關(guān)節(jié)中的電磁閥與氣缸也能夠如上述的電機(jī)一樣被控制，本發(fā)明上述實(shí)施例的系統(tǒng)中還可增設(shè)氣動模塊，并將氣動模塊也接入通信網(wǎng)絡(luò)，其作用是對關(guān)節(jié)氣缸及電磁閥的啟閉進(jìn)行控制，并通過通信網(wǎng)絡(luò)向上位機(jī)進(jìn)行狀態(tài)反饋，且通過通信網(wǎng)絡(luò)與控制模塊進(jìn)行通信。
[0020]任然參考圖1所示，在本發(fā)明用于解決技術(shù)問題更加優(yōu)選的一個實(shí)施例中，可采用CAN通信網(wǎng)(Controller Area Network控制器局域網(wǎng))作為上述的通信網(wǎng)絡(luò),通過該通信網(wǎng)絡(luò)，可將上述系統(tǒng)中的控制單元設(shè)置為多個，并將每個單元中的控制模塊與氣動模塊均通過CAN通信接口接入CAN通信網(wǎng)，其作用是由