用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统技术方案

用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统，数据采集器连接MCU主控模块，MCU主控模块通过WiFi无线连接PC端，数据采集器与示教机械臂关节的六个绝对式编码器通过RS485电路进行双向通信连接，六个绝对式编码器分别对应机械臂的六个自由度；数据采集器输出数据给MCU主控模块，MCU主控模块输出数据给PC端，PC端输出操作指令给MCU主控模块，MCU主控模块输出操作指令给数据采集器；数据采集器和示教机械臂、MCU主控模块都连接外接电源模块。

Data acquisition system for six degree of freedom mechanical arm Teaching

For six degree of freedom manipulator in data acquisition system of teaching, data collector connected with the MCU main control module, MCU control module through the WiFi wireless PC connection terminal, data acquisition and teaching of mechanical arm joint six absolute encoder connected by RS485 circuit for two-way communication, six absolute encoder corresponding manipulator six degrees of freedom; data acquisition output data to the MCU control module, MCU control module and output data to the PC terminal of the PC output operating instruction to the MCU main control module, MCU control module and output operation instructions for data acquisition; data acquisition and teaching of mechanical arm, MCU main control module are connected to external power module.

【技术实现步骤摘要】
用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统
本专利技术涉及一种机械臂示教的采集器系统，尤其是一种用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统。
技术介绍
随着各行业对工业机器人的广泛使用，他们期望机器人可以在最短时间，以更简单的方式，完成更加复杂的任务，尤其是喷涂、焊接、抛光打磨等轨迹规划复杂的行业。目前工业机器人的使用，距离实现完全智能化还有一段距离，大多数任务的完成主要依靠示教——再现形式实现，那么如何实现示教依然是机器人执行加工任务前的一项重要工作。示教——再现中的“示教”顾名思义为示范教导的意思，即在机器人正常加工之前，操作者利用某种交互方式示范执行加工任务时所需动作，并且将示教过程记录在存储器中。“再现”即对示教的过程重现，利用存储器中的数据，经过一定的转换，并经由机器人的驱动器、控制器实现机器人对工件的加工动作。示教-再现的工作，一般包括示教轨迹点的位置、姿态，运动过程中的速度、加速度。传统的数据采集器系统没有使用WiFi无线通信，因此需要复杂的接线工作，并且连接线长度也限制了示教工作的空间，也不具有数据保密性。传统的机械臂示教系统采集频率和通信频率不够高，不能达到高精度高效率的工业示教工作要求。大部分数据采集器不能反馈控制过程中的各项工作状态和参数，交互性能较低，因此不能让用户有良好的操作体验，无法达到较好的示教效果。因此需要一种有较高采集频率和无线通信频率的数据采集器，而且能够及时反馈工作状态和参数，可以适应各种工业生产要求的示教工作，并带给用户良好的操作体验。目前，针对机械臂示教的数据采集器系统的设计主要集中在数据采集器结构和有线通信等方面，针对无线通信、高效采集频率和通信频率方面的研究较少。朱茂娟、王林冰、曾奇等提出一种机器人及其示教通信系统(朱茂娟，王林冰，曾奇等.机器人及其示教通信系统:中国，205620710[P].2016-01-04),实现了示教采集器与控制器之间的数据通信，但是通信频率较低，不能满足高精度高效率的工业生产要求；陈恳、任书楠、王国磊等提出了一种工业机器人示教系统(陈恳，任书楠，王国磊等.工业机器人示教系统:中国，104700705[P].2015-06-10)，该系统能够完成示教采集、数据通信和示教控制，但是通信方式是有线的，具有空间局限性且缺少保密性。
技术实现思路
本专利技术要克服现有技术的上述缺点，本专利技术提出一种用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统。首先该系统能够根据指令及时反馈工作状态和参数，让用户可以直观地跟踪整个示教过程；其次该系统使用了WiFi无线通信方式，实现了无线控制，建立连接方便，数据的传输高效稳定，没有了数据线的限制，工作空间得以扩展；最后采该系统的采集频率和通信频率非常高，能够满足高精度高效率的工业示教工作要求。本专利技术为解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统，其特征在于：数据采集器连接MCU主控模块，MCU主控模块通过WiFi无线连接PC端，数据采集器与示教机械臂关节的六个绝对式编码器通过RS485电路进行双向通信连接，六个绝对式编码器分别对应机械臂的六个自由度；数据采集器输出数据给MCU主控模块，MCU主控模块输出数据给PC端，PC端输出操作指令给MCU主控模块，MCU主控模块输出操作指令给数据采集器；数据采集器和示教机械臂、MCU主控模块都连接外接电源模块；各模块具体构成是：供电模块，其输入为+24V交流电压，电压输入后首先经过保护电路，保护电路可以防止电流回流对电源产生影响和破坏。之后+24V交流电压进入稳压滤波电路，再将稳压滤波后的+24V交流电压作为六自由度示教机械臂关节中的绝对式编码器的供电电源。然后+24V交流电压经过降压电路、整流电路和稳压滤波电路分别转变为+5.4V直流电压和+3.3V直流电压，+5.4V直流电压用于给部分数据采集电路供电，+3.3V直流电压用于给MCU和部分数据采集电路供电。数据采集模块，通过RS485电路与六自由度示教机械臂关节中的绝对式编码器连接，通过串口与MCU的主芯片连接。当数据采集模块收到MCU主控模块发来的控制指令后，通过RS485电路对六个绝对式编码器发送广播指令或查询指令代码，编码器根据相应指令返回某个关节的实时角度数据或者六个关节的实时同步运动角度数据，采集模块再将角度数据通过串口发送给MCU主控模块。MCU主控模块，包括主芯片和其它辅助电路，负责各种通信功能的配置以及指令和数据的处理。MCU主控模块控制数据采集器通过WiFi通信模块与PC端建立连接；将接收到的一个或多个编码器的角度信息进行整合处理，并通过WiFi通信模块发送给PC端；通过WiFi通信模块接收来自PC端的各种指令，做出相应处理，包括向PC端发送连接响应、采集准备就绪信号、停止采集信号、采集频率设置成功或失败响应、采集频率和采集周期信息、修改各轴地址成功或失败响应、各轴地址信息等，和向数据采集模块发送开始采集指令、停止采集指令等，以及修改各轴地址、修改采集频率。WiFi通信模块，由下位机数据采集器的WiFi模块开启WiFi热点，PC端通过无线网络连接接入热点，采用UDP通信协议模式建立无线连接，并通过WiFi透传模式快速传输数据。通过WiFi通信模块，PC端可以向数据采集器发送各种控制指令，数据采集器可以向PC端发送角度和参数信息。其数据传输方式采用UDP通信协议，数据采集器与PC端互相锁定了对方的IP地址和端口号，为一对一的通信，第三方无法再接入连接，保证了数据传输的保密性；对指令、参数、角度数据都做了校验，保证了数据传输的正确性；采用WiFi透传模式，数据的无线收发几乎无延迟，保证了数据传输的高效性；所用的WiFi模块传输距离远穿墙能力强，并且一旦锁定了双方的IP地址和端口号后，无论是数据采集器或是PC端单方断电掉线重连后都能直接继续进行数据传输，保证了数据传输的稳定性。用户可使用PC端交互软件无线控制数据采集器。用户对六自由度机械臂进行直接示教，数据采集器将按照关节顺序采集六个绝对式编码器的同时刻角度信息，并通过WiFi通信将角度信息无线发送给PC端，用于最终生成示教轨迹控制文件以控制工作机械臂完成示教作业。数据采集器系统具有较高的数据采集频率和WiFi通信频率，能够满足高精度高效率的工业机器人示教作业要求。本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术比较其它类别的机械臂示教数据采集器，成本低廉，结构简单，搭建方便，便于操作，可以满足各种不同类型的用户需求。能够及时反馈工作状态和参数，让用户可以直观地跟踪整个示教过程，使用了WiFi无线通信方式，连接方便，数据传输高效稳定，工作空间得以扩展，采集频率和通信频率非常高，能够满足高精度高效率的工业示教工作要求。一种用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统是进行喷涂、焊接、抛光、打磨等复杂工作的行业的优良选择，专业化、低成本、便安置、易操作、通用性强等特点方便了所有厂家和操作者。附图说明图1为本专利技术的平台组成示意图。图2为本专利技术的控制原理框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步详述。一种用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统，如图1所示，平台组成主要包括PC端交互软件1、六自由度机械臂2和数据采集器3。PC端交互软件1安装在用户的电脑上，便本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统，其特征在于：数据采集器连接MCU主控模块，MCU主控模块通过WiFi无线连接PC端，数据采集器与示教机械臂关节的六个绝对式编码器通过RS485电路进行双向通信连接，六个绝对式编码器分别对应机械臂的六个自由度；数据采集器输出数据给MCU主控模块，MCU主控模块输出数据给PC端，PC端输出操作指令给MCU主控模块，MCU主控模块输出操作指令给数据采集器；数据采集器和示教机械臂、MCU主控模块都连接外接电源模块；各模块具体构成是：供电模块，其输入为+24V交流电压，电压输入后首先经过保护电路，保护电路可以防止电流回流对电源产生影响和破坏；之后+24V交流电压进入稳压滤波电路，再将稳压滤波后的+24V交流电压作为六自由度示教机械臂关节中的绝对式编码器的供电电源；然后+24V交流电压经过降压电路、整流电路和稳压滤波电路分别转变为+5.4V直流电压和+3.3V直流电压，+5.4V直流电压用于给部分数据采集电路供电，+3.3V直流电压用于给MCU和部分数据采集电路供电；数据采集模块，通过RS485电路与六自由度示教机械臂关节中的绝对式编码器连接，通过串口与MCU的主芯片连接；当数据采集模块收到MCU主控模块发来的控制指令后，通过RS485电路对六个绝对式编码器发送广播指令或查询指令代码，编码器根据相应指令返回某个关节的实时角度数据或者六个关节的实时同步运动角度数据，采集模块再将角度数据通过串口发送给MCU主控模块；MCU主控模块，包括主芯片和其它辅助电路，负责各种通信功能的配置以及指令和数据的处理；MCU主控模块控制数据采集器通过WiFi通信模块与PC端建立连接；将接收到的一个或多个编码器的角度信息进行整合处理，并通过WiFi通信模块发送给PC端；通过WiFi通信模块接收来自PC端的各种指令，做出相应处理，包括向PC端发送连接响应、采集准备就绪信号、停止采集信号、采集频率设置成功或失败响应、采集频率和采集周期信息、修改各轴地址成功或失败响应、各轴地址信息等，和向数据采集模块发送开始采集指令、停止采集指令等，以及修改各轴地址、修改采集频率；WiFi通信模块，由下位机数据采集器的WiFi模块开启WiFi热点，PC端通过无线网络连接接入热点，采用UDP通信协议模式建立无线连接，并通过WiFi透传模式快速传输数据；通过WiFi通信模块，PC端可以向数据采集器发送各种控制指令，数据采集器可以向PC端发送角度和参数信息。...

【技术特征摘要】
1.一种用于六自由度机械臂示教的数据采集器系统，其特征在于：数据采集器连接MCU主控模块，MCU主控模块通过WiFi无线连接PC端，数据采集器与示教机械臂关节的六个绝对式编码器通过RS485电路进行双向通信连接，六个绝对式编码器分别对应机械臂的六个自由度；数据采集器输出数据给MCU主控模块，MCU主控模块输出数据给PC端，PC端输出操作指令给MCU主控模块，MCU主控模块输出操作指令给数据采集器；数据采集器和示教机械臂、MCU主控模块都连接外接电源模块；各模块具体构成是：供电模块，其输入为+24V交流电压，电压输入后首先经过保护电路，保护电路可以防止电流回流对电源产生影响和破坏；之后+24V交流电压进入稳压滤波电路，再将稳压滤波后的+24V交流电压作为六自由度示教机械臂关节中的绝对式编码器的供电电源；然后+24V交流电压经过降压电路、整流电路和稳压滤波电路分别转变为+5.4V直流电压和+3.3V直流电压，+5.4V直流电压用于给部分数据采集电路供电，+3.3V直流电压用于给MCU和部分数据采集电路供电；数据采集模块，通过RS485电路与六自由度示教机械臂关节中的绝对式编码器连接，通过串口与MCU的主芯片连接；当数据采集模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹鑫燚，陈志南，张强，欧林林，杨帆，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33