關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及機(jī)器人控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種關(guān)節(jié)機(jī)器人的 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)關(guān)節(jié)機(jī)器人應(yīng)用在焊接上時(shí)，有些焊接零件較為復(fù)雜，特別是空間螺旋線和零 件的背面焊接時(shí)的應(yīng)用，6軸的關(guān)節(jié)機(jī)器人有些位置不能到達(dá)(任何物體都是立體的，不是 平面的），或者說有些軌跡還需要夾具的旋轉(zhuǎn)配合才能完成。這時(shí)需要重新設(shè)計(jì)一種8軸的 關(guān)節(jié)機(jī)器人。
[0003] 因此需要一種與8軸關(guān)節(jié)機(jī)器人對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 鑒于上述問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，以解 決上述【背景技術(shù)】中指出的問題。
[0005] 本實(shí)用新型提供一種關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括：電源、工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制 卡、八個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、八個(gè)伺服電機(jī)、操作面板、觸摸屏和焊接機(jī)的電流電壓控制板;其 中，
[0006] 電源為工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、操作面板和電流電壓控制板的電 源，在電源和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間接入有第一隔離變壓器;電源接入有第二隔離變壓器、第 一電源變壓器、第二電源變壓器和24V開關(guān)電源，24V開關(guān)電源是為運(yùn)動(dòng)控制卡及運(yùn)動(dòng)控制 卡的10接口供電，第一電源變壓器為電流電壓控制板供電，第二電源變壓器為操作面板的 鍵盤掃描電路供電，第二隔離變壓器接入有兩個(gè)適配電源和一個(gè)5V開關(guān)電源，兩個(gè)適配電 源中的一個(gè)為工控機(jī)供電，另一個(gè)為觸摸屏供電，5V開關(guān)電源為觸摸屏的RS232接口供電；
[0007] 工控機(jī)通過RS232接口訪問觸摸屏，通過15芯視頻線將視頻信號(hào)傳輸給觸摸屏，通 過485接口訪問伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，通過以太網(wǎng)接口與運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行交互，運(yùn)動(dòng)控制卡還與 八個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接；
[0008] 八個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別 對(duì)應(yīng)的與八個(gè)伺服電機(jī)連接，八個(gè)伺服電機(jī)分別設(shè) 置在關(guān)節(jié)機(jī)器人的八個(gè)軸的位置，八個(gè)伺服電機(jī)均為抱閘伺服電機(jī)；
[0009] 鍵盤掃描電路以8421的編碼形式并行將數(shù)據(jù)傳輸給運(yùn)動(dòng)控制卡的10接口；
[0010 ] 電流電壓控制板包括AC9 V、+24V、16、8、4、2、l接口，AC9V接口為電流電壓控制板的 譯碼電路供電，+24V接口為16接口、8接口、4接口、2接口和1接口的電源公共接口，16接口、8 接口、4接口、2接口和1接口為編碼的輸入端。
[0011]此外，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，八個(gè)伺服電機(jī)均為具有絕對(duì)編碼器的抱閘伺服電機(jī)。
[0012] 另外，優(yōu)選的結(jié)構(gòu)是，運(yùn)動(dòng)控制卡為頂C32XX2E型號(hào)，工控機(jī)為MXE-1300型號(hào)。
[0013]利用本實(shí)用新型提供的關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠精確地控制各個(gè)軸的運(yùn) 動(dòng)。
【附圖說明】
[0014] 通過參考以下結(jié)合附圖的說明及權(quán)利要求書的內(nèi)容，并且隨著對(duì)本實(shí)用新型的更 全面理解，本實(shí)用新型的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中：
[0015] 圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的原理圖；
[0016] 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)方程的第一坐標(biāo)系的示意圖；
[0017] 圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)方程的第二坐標(biāo)系的示意圖；
[0018] 圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的電流電壓控制板的印版圖；
[0019] 圖5為圖4的等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 在下面的描述中，出于說明的目的，為了提供對(duì)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的全面理解，闡 述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)這些實(shí)施例。 在其它例子中，為了便于描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以方框圖的形式示出。
[0021] 圖1示出了本實(shí)用新型實(shí)施例的關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的原理。
[0022] 如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括六大部分， 分別為電源部分、工控機(jī)與觸摸屏部分、操作面板部分、運(yùn)動(dòng)控制部分、電流電壓控制板部 分和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，下面分別對(duì)這六部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0023] 一、電源部分
[0024]電源為工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、操作面板和電流電壓控制板的電 源，在電源和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間接入有第一隔離變壓器;電源接入有第二隔離變壓器、第 一電源變壓器、第二電源變壓器和24V開關(guān)電源，24V開關(guān)電源是為運(yùn)動(dòng)控制卡及運(yùn)動(dòng)控制 卡的10接口供電，第一電源變壓器為電流電壓控制板供電，第二電源變壓器為操作面板的 鍵盤掃描電路供電，第二隔離變壓器接入有兩個(gè)適配電源和一個(gè)5V開關(guān)電源，兩個(gè)適配電 源中的一個(gè)為工控機(jī)供電，另一個(gè)為觸摸屏供電，5V開關(guān)電源為觸摸屏的RS232接口供電。 [0025]其中，該電源為三相交流電，N為接地接零線;QF1為動(dòng)力空開;第一隔離變壓器（圖 1中為T1隔離變壓器)為380V/220V、7Kw的變壓器。由于硅鋼片的普通變壓器的頻響低，對(duì)低 頻響應(yīng)好，因此，電網(wǎng)中的高頻污染不會(huì)通過T1隔離變壓器到達(dá)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中，可有效 的提高其抗干擾性，同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器的高頻干擾也不能通過T1隔離變壓器到達(dá)電網(wǎng)中，這 樣也會(huì)減小伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)電網(wǎng)的污染。另外，T1隔離變壓器同時(shí)會(huì)起到電感的作用。在 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器上電時(shí)的沖擊電流會(huì)被遏制，同時(shí)可保護(hù)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
[0026] 第二隔離變壓器（圖1中為T2隔離變壓器）為380V/220V、500W的變壓器，主要作用 是隔離來自電網(wǎng)中的高頻干擾。
[0027]二、工控機(jī)與觸摸屏部分
[0028]工控機(jī)為凌華MXE-1300型號(hào)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其主要負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)備的控制，軌 跡的運(yùn)算等功能。是整個(gè)系統(tǒng)的核心。工控機(jī)通過RS232接口訪問觸摸屏上的按鍵按下與 否;通過15芯視頻線傳輸給觸摸屏視頻信號(hào)，通過485接口訪問其各個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器;通 過以太網(wǎng)接口對(duì)運(yùn)動(dòng)控制卡進(jìn)行交互(包括運(yùn)動(dòng)指令，插補(bǔ)指令，10接口的交互等等）。 [0029]觸摸屏有2個(gè)功能，第一是顯示系統(tǒng)信息，第二是系統(tǒng)操作的復(fù)雜控制。包括:程序 的編輯，保存刪除以及調(diào)用;參數(shù)的設(shè)定，修改;手自動(dòng)的轉(zhuǎn)化;軸號(hào)切換等等。
[0030] 485接口的通訊說明：此系統(tǒng)中所用的伺服電機(jī)都選用的是帶有絕對(duì)編碼器的伺 服電機(jī)。絕對(duì)編碼器的伺服電機(jī)在第二次上電后都能知道其具體的位置，其實(shí)就是圈數(shù)和 現(xiàn)在的角度位置。系統(tǒng)上電后，工控機(jī)通過地址分配分別訪問各個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，讀出各 個(gè)伺服電機(jī)的實(shí)際位置，然后帶入到運(yùn)動(dòng)方程中進(jìn)行運(yùn)算，這樣就可以知道現(xiàn)在各個(gè)軸的 位置03,2,7軸，8軸)坐標(biāo)和姿態(tài)((：1，〇2,3)坐標(biāo)，因此，就可以避免通過回零方式尋找坐 標(biāo)系的麻煩。
[0031] 運(yùn)動(dòng)方程的原理為：
[0032] 關(guān)節(jié)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)主要是由位置和姿態(tài)運(yùn)動(dòng)組成。因此位置運(yùn)動(dòng)就需要位置方 程，姿態(tài)就需要姿態(tài)方程。本實(shí)用新型根據(jù)方程和所需要的步數(shù)精度計(jì)算出關(guān)節(jié)機(jī)器人的 手臂從空間的一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)工程中的很多個(gè)微分點(diǎn)，加以平滑后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)便可完成運(yùn) 動(dòng)。在此計(jì)算過程中必須滿足方程運(yùn)算可逆（已知各關(guān)節(jié)的實(shí)際角度可求空間的X，y，z值， 已知x，y，z值可計(jì)算出各個(gè)關(guān)節(jié)的角度值。各個(gè)關(guān)節(jié)都是角度運(yùn)行的。），且值盡量唯一(盡 量的少雙值或多值）。本實(shí)用新型將運(yùn)動(dòng)方程分為兩大類，第一類就是手臂方程，主要控制 尺寸;第二類為手腕姿態(tài)方程，主要控制姿態(tài)。
[0033] 如圖2所示，為手臂與C1，C2的坐標(biāo)系，需要說明的是，手腕坐標(biāo)系條件是y軸與主 坐標(biāo)系臂2方向始終一致，臂1 =臂2(為圖2中的b)。
[0034] 如圖3所示，C1，S坐標(biāo)系，需要說明的是，此坐標(biāo)系的y軸與臂2方向一致。
[0035] 根據(jù)主坐標(biāo)系可得到在圖示象限中的手臂方程如下：
[0036] 已知x，y，z，B求91，92,93(x>0，y>0)
[0037] 03 = 2*arcsin((((x'2+y'2)'O.5-B'2)'2+z'2)'O.5/(2*b))
[0038] 91 = Ji/2+arctg(y/x)
[0039] 02 = (jr-03)/2+arcsin(z/(((x'2+y'2)'O.5-B)'2+z'2)'O.5)
[0040] 0 = jt-02-03
[0041] 已