一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统技术方案

一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统，包括依次连接的运算中枢模块、控制模块和信息采集模块，控制模块通过I/O口与机器人控制模块连接；所述信息采集模块用于采集机器人周边环境及机械臂末端的实时位置、运动速度和转角的信号；所述运算中枢模块通过综合使用和分析从信息采集模块和控制模块获取的各种信息，实时计算机器人机械臂末端的最终位置，认知周边环境状态，并通过控制模块实时给机器人控制系统发出是否主动采取中断或避让措施的指令。该防碰撞控制系统可最大可能的预防伤害事故的发生，保障工人的人身安全，提高生产安全性；运算中枢模块包括多个并行运算模块和实时运算模块，使机器人控制系统在处理复杂并行运算的性能得到提升。

An anti collision control system for six axis welding robot

A six axis welding robot anti-collision control system, including the order of operations center module, connection control module and information collection module, the control module through the I/O port to connect with the robot control module; the information acquisition module, signal acquisition terminal for the surrounding environment and the robot manipulator real-time position, velocity and angle; all kinds of information of the operation of the central modules obtained from the information collection module and control module through the use and comprehensive analysis, the final position of robot manipulator is calculated in real time, the surrounding environment and cognitive state by the control module for real-time robot control system sends out whether to take active measures to avoid or interrupt instruction. The proof can prevent accidents possible collision control system, ensure the safety of workers, improve production safety; the central operation module comprises a plurality of parallel computing module and real-time operation module, the robot control system can be improved in the treatment of complex parallel computing.

【技术实现步骤摘要】
一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统
本专利技术涉及一种控制系统，特别涉及一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统。
技术介绍
由于机器人的许多人所共知的优点，它已应用于许多工业领域，在兵工企业中、工业机器人可以用于机械加工、冲压、加料、装配等场合；在火化工生产中，还可排险机器人排除地雷或可疑爆炸物的险情；可以说，工业机器人已越来越多地受到企业和人们的重视；目前，我国独立研制出6类10种工业机器人，其中喷漆、点焊、搬运、装配、压铸等7种机器人达到国际中期水平，非接触式机器人性能系统达到目前国际先进水平。尽管机器人技术在不断进步，工业机器人在工业上的优点很多，但现有机器人仍存在如下不足：工业机器人在使用中伤害事故时有发生，特别是工人处在机器人的工作包络线范围内受到的伤害如：工人可能会被机器人的运动部件如操作臂或机器人所运动的零件所碰撞或撞击、挤压，以及由于人的失误、零件故障、控制系统失效等导致的伤害；为了预防机器人伤人事故的发生，常采用联锁防护栏、固定防护栏、警告装置等被动预防措施，虽然我们可以在外部环境设置很多安全屏障来避免高速运动的机器人触碰到人，但是还是无法根本上杜绝人不去接触机器人。产生以上事故的原因一是现有的机器人还不能像人一样看、听去观察周围的环境并作出判断；二是很多机器人在机器人防碰撞系统上存在一定的不足，没有建立主动认知机制，即机器人无法识别工作周围的环境是否存在人或者会对人造成伤害而主动采取中断或避让措施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的改进，提供一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统，以克服上述已有技术存在的不足。本专利技术采取的技术方案是：一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统，该系统包括运算中枢模块、控制模块和信息采集模块，所述控制模块通过数据总线分别与运算中枢模块和信息采集模块连接，并通过I/O口与机器人控制模块连接进行信息交换；所述信息采集模块包括超声波传感器、位置传感器、速度传感器和角度传感器；所述位置传感器设在焊接工业机器人各机械臂前端，速度传感器和角度传感器设在机械臂轴关节连接处，超声波传感器设在各机械臂两侧中部；超声波传感器用于采集机器人周边环境的信号，搜索是否有障碍物出现；位置传感器用于确定机械臂末端焊枪的实时位置；速度传感器用于确定机器人工作时各机械臂模块以及轴关节的运动和旋转速度；角度传感器用于确定每一个机械臂转过的角度，实时定位机器人的机械臂运动空间区域；所述运算中枢模块包括多个并行运算模块和一个实时运算模块，并行运算模块用于为并行计算提供硬件和软件界面，实时控制模块通过综合使用和分析从控制模块获取的各种信息，实时计算机器人机械臂末端焊枪的最终位置，认知周边环境状态，并通过控制模块实时给机器人控制系统发出是否主动采取中断或避让措施的指令；所述控制模块的作用：一是将信息采集模块采集的信息送运算中枢模块进行并行运算和实时运算，对最终认定的机械臂末端焊枪的位置、角度、运动速度以及周围环境信息作出判断；二是根据运算中枢模块运算和判断的结果向机器人控制模块发出是否主动采取中断或避让措施的指令；三是与外部网络进行信息交换，或接受人工控制命令，或者输出当前机器人机械臂运动的路径规划到外部设备。其进一步的技术方案是：所述并行运算模块采用GPU图形处理器，实时运算模块采用CPU中央处理器；并行运算模块和实时运算模块被包括在运算中枢模块中，其包括关系或是在一个实际个体上：二者均在ARM处理器上，或是分别为两个部分：在电路板上分别有多个GPU图形处理器和一个CPU中央处理器；所述控制模块采用小型可编程控制器PLC。更进一步：所述控制模块通过数据总线连接外部网络构成网络交换系统，一是用于运算模块与控制模块之间进行通信；二是与外部网络进行信息交换，或接受人工控制命令，或者输出当前机器人机械臂运动的路径规划到外部设备。所述控制模块之小型可编程控制器PLC中嵌入防碰撞程序。由于采取上述技术方案，本专利技术之一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统具有以下有益效果：1．本专利技术之一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统通过信息采集模块采集的机器人机械臂末端焊枪的信息，输送运算中枢模块运算，控制模块及时将计算和判断的结果向机器人控制模块发出是否主动采取中断或避让措施的指令，该系统的安全区判断机制包括状态的监测：位置，速度，IO状态，报警，从而最大可能的预防伤害事故的发生，降低事故发生的概率，保障工人的人身安全，提高企业的生产安全性；2．本专利技术一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统通过I/O口与机器人控制模块连接进行信息交换；工作时，当有工人误入机械臂运动的包络线范围内，机器人机械臂上的传感器检测到该环境发生变化有危险信号的存在，将该信号反馈到机器人控制器，机器人控制器根据此时机械臂的速度，运动角度，检测到危险信号的距离等及时对此信号做出安全性处理，减缓机器人运动速度或者小角度运行甚至停止机器人运动，从而避免安全事故的发生，当碰撞不可避免的发生了，还可以触发报警装置，在短时间为受伤员工发出求救信号；3．所述运算中枢模块包括多个并行运算模块和实时运算模块，使机器人控制系统在处理复杂并行运算的性能得到提升，尤其当机器人在做复杂动作时，输出机器人姿态的反馈和控制信息速度会得到大幅度提升；4．该一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统属于独立模块，所有内部程序可以升级更新，预留有更多接口可以扩展其他新式功能，增添更多的附加实用性，用于学校的实验教学环境时可培养学生开发程序的兴趣。下面结合附图和实施例对本专利技术之一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统的技术特征作进一步的说明。附图说明图1：本专利技术之一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统结构框图（图1中六轴焊接工业机器人的机器人控制模块通过各轴电机伺服器与机器人机械臂末端各轴电机电连接）。具体实施方式一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统，该系统包括运算中枢模块、控制模块和信息采集模块，所述控制模块通过数据总线分别与运算中枢模块和信息采集模块连接，并通过I/O口与机器人控制模块连接进行信息交换；所述信息采集模块包括超声波传感器、位置传感器、速度传感器和角度传感器；所述位置传感器设在焊接工业机器人各机械臂前端，速度传感器和角度传感器设在机械臂轴关节连接处，超声波传感器设在各机械臂两侧中部；超声波传感器用于采集机器人周边环境的信号，搜索是否有障碍物出现；位置传感器用于确定机械臂末端焊枪的实时位置；速度传感器用于确定机器人工作时各机械臂模块以及轴关节的运动和旋转速度；角度传感器用于确定每一个机械臂转过的角度，实时定位机器人的机械臂运动空间区域；所述运算中枢模块包括多个并行运算模块和一个实时运算模块，并行运算模块用于为并行计算提供硬件和软件界面，实时控制模块通过综合使用和分析从控制模块获取的各种信息，实时计算机器人机械臂末端焊枪的最终位置，认知周边环境状态，并通过控制模块实时给机器人控制系统发出是否主动采取中断或避让措施的指令；所述控制模块的作用：一是将信息采集模块采集的信息送运算中枢模块进行并行运算和实时运算，对最终认定的机械臂末端焊枪的位置、角度、运动速度以及周围环境信息作出判断；二是根据运算中枢模块运算和判断的结果向机器人控制模块发出是否主动采取中断或避让措施的指令；三是与外部网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统，其特征在于：该系统包括运算中枢模块、控制模块和信息采集模块，所述控制模块通过数据总线分别与运算中枢模块和信息采集模块连接，并通过I/O口与机器人控制模块连接进行信息交换；所述信息采集模块包括超声波传感器、位置传感器、速度传感器和角度传感器；所述位置传感器设在焊接工业机器人各机械臂前端，速度传感器和角度传感器设在机械臂轴关节连接处，超声波传感器设在各机械臂两侧中部；超声波传感器用于采集机器人周边环境的信号，搜索是否有障碍物出现；位置传感器用于确定机械臂末端焊枪的实时位置；速度传感器用于确定机器人工作时各机械臂模块以及轴关节的运动和旋转速度；角度传感器用于确定每一个机械臂转过的角度，实时定位机器人的机械臂运动空间区域；所述运算中枢模块包括多个并行运算模块和一个实时运算模块，并行运算模块用于为并行计算提供硬件和软件界面，实时控制模块通过综合使用和分析从控制模块获取的各种信息，实时计算机器人机械臂末端焊枪的最终位置，认知周边环境状态，并通过控制模块实时给机器人控制系统发出是否主动采取中断或避让措施的指令；所述控制模块的作用：一是将信息采集模块采集的信息送运算中枢模块进行并行运算和实时运算，对最终认定的机械臂末端焊枪的位置、角度、运动速度以及周围环境信息作出判断；二是根据运算中枢模块运算和判断的结果向机器人控制模块发出是否主动采取中断或避让措施的指令；三是与外部网络进行信息交换，或接受人工控制命令，或者输出当前机器人机械臂运动的路径规划到外部设备。...

【技术特征摘要】
1.一种六轴焊接工业机器人防碰撞控制系统，其特征在于：该系统包括运算中枢模块、控制模块和信息采集模块，所述控制模块通过数据总线分别与运算中枢模块和信息采集模块连接，并通过I/O口与机器人控制模块连接进行信息交换；所述信息采集模块包括超声波传感器、位置传感器、速度传感器和角度传感器；所述位置传感器设在焊接工业机器人各机械臂前端，速度传感器和角度传感器设在机械臂轴关节连接处，超声波传感器设在各机械臂两侧中部；超声波传感器用于采集机器人周边环境的信号，搜索是否有障碍物出现；位置传感器用于确定机械臂末端焊枪的实时位置；速度传感器用于确定机器人工作时各机械臂模块以及轴关节的运动和旋转速度；角度传感器用于确定每一个机械臂转过的角度，实时定位机器人的机械臂运动空间区域；所述运算中枢模块包括多个并行运算模块和一个实时运算模块，并行运算模块用于为并行计算提供硬件和软件界面，实时控制模块通过综合使用和分析从控制模块获取的各种信息，实时计算机器人机械臂末端焊枪的最终位置，认知周边环境状态，并通过控制模块实时给机器人控制系统发出是否主动采取中断或避让措施的指令；所述控制模块的作用：一是将信息采集模块采集的信息送运算中枢模块进行并行运算...

【专利技术属性】
技术研发人员：李健，苗明达，彭永东，许元洪，辛艳峰，刘邦雄，
申请(专利权)人：广西科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45