一种开放式工业机器人控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种开放式工业机器人控制器，包括示教编程系统、主控制器、轴驱动板和I/O扩展板，所述示教编程系统内置高端ARM芯片，并基于以太网与主控制器采用C/S模式通信，主控制器内置高端DSP芯片，主控制器通过内部总线与机器人的多个轴驱动板通信连接，轴驱动板通过脉冲信号对多路伺服电机进行驱动，轴驱动板内置STM32芯片；所述主控制器上设有以太网接口、数字I/O端口和多路RS485通信端口，主控制器通过RS485通信端口和RS485总线与级联式的I/O扩展板连接，本发明专利技术的有益效果是：满足开放式、智能化的机器人控制系统体系架构平台，基于组件化设计思路，行业应用工艺可灵活扩展，支持厂家自主定义工艺包，形成不同用途导向的机器人控制系统扩展与定制能力。

An open industrial robot controller

【技术实现步骤摘要】
一种开放式工业机器人控制器
本专利技术涉及工业机器人
，具体是一种开放式工业机器人控制器。
技术介绍
近年来，技术进步、市场竞争、劳动力短缺与成本上升等催生自动化需求不断高涨，为了降低成本，提高效率，同时保障产品制造质量，无人化、少人化已成为工业领域不可阻挡的趋势，各个国家都在推动基于CPS(Cyber-PhysicalSystems)的智能制造计划，欧洲以德国为代表主推的工业4.0，中国称之为中国制造2025，还有美、日均有类似的国家计划。智能制造离不开机器人，必须要有机器人具备的柔性，作为重要要素，才可能实现智能制造，而机器人柔性的体现，重点看机器人控制器是否具备这样的能力。面向工业应用的机器人控制器，需提供机器人任务编辑、规划、控制、执行、监控功能，且能与机器人附属或周边设备协同交互。作为机器人实现精准作业的核心控制部件，决定了机器人动作与作业执行处理流程的效率、智能性及多样性，是机器人产品技术先进性的主要决定要素。工业领域应用的机器人以4至6轴机械手为主，这类机器人近年市场竞争激烈，尤其中国市场，各个机器人厂家对产品成本均控制非常严格，以应对激烈竞争，控制器作为核心部件也必须严格控制成本，同时还需提升系统处理能力与扩展性，以应对市场多样需求。当前欧美日主流厂商控制器系统封闭、成本较高，难以满足国内工业机器人市场需求，而当前市场上常见的基于X86体系架构的机器人控制系统，成本高、系统架构僵化，性价比较低。专利CN03100077就开放式机器人控制器阐述了设计理念，主要基于实时linux系统特性，进行系统软件功能组织结构设计阐述。专利200810161105.X提出的具备示教功能的机器人控制器，其结构封闭，仅能处理6+2型机器人与附加轴控制，多轴扩展能力与多机器人协同能力并不具备，不具备扩展能力。爱普生在其专利CN201010225775.4提出的控制器，仅能控制6轴机器人，其结构封闭，不具备扩展能力。专利CN201110172333.9提出一款开放式控制器，其基于PC+运动控制卡的形式构建，系统结构决定了开发与扩展性能制约较大，且成本较高。专利CN201310052729.9提出一种机器人控制器，该控制器基于ARM芯片系统构建，核心处理器需要完成触摸控制屏与机器人驱动控制处理，其性能有限，仅能适用于低端应用。CN201410667272提出一种6自由度并联机器人专用控制器，该控制器针对性较强，对各类构型与多机协同不具备扩展能力。综合来看，面向工业应用的机器人控制系统，对安全性和可靠性要求较高，由于早期技术的延续，目前体系结构灵活性并未得到有效重视。近几年，面向智能制造系统多样化与柔性化要求，对控制系统开放性、可扩展性、控制对象多样性等均提出了较高要求，工业机器人控制系统设计导向必须考虑此类应用需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种开放式工业机器人控制器，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种开放式工业机器人控制器，包括示教编程系统、主控制器、轴驱动板和I/O扩展板，所述示教编程系统内置高端ARM芯片，并基于以太网与主控制器采用C/S模式通信，主控制器内置高端DSP芯片，主控制器通过内部总线与机器人的多个轴驱动板通信连接，轴驱动板通过脉冲信号对多路伺服电机进行驱动，轴驱动板内置STM32芯片；所述主控制器上设有以太网接口、数字I/O端口和多路RS485通信端口，主控制器通过RS485通信端口和RS485总线与级联式的I/O扩展板连接，I/O扩展板用以与现场设备或传感器连接。作为本专利技术进一步的方案：所述示教编程系统包括彩色触摸屏、模式切换开关、急停按钮、系统控制按键和轴驱动按键，模式切换开关用于在手动控制、程控控制和远程控制三种模式之间进行切换，轴驱动按键用于驱动轴控制板。作为本专利技术再进一步的方案：所述主控制器通过开放式网络结构与外接管理监控PC通信，用于为上位管理系统提供本地设备状态的监控与管理。作为本专利技术再进一步的方案：所述示教编程系统具有热插拔功能。作为本专利技术再进一步的方案：所述示教编程系统上还设有USB接口。作为本专利技术再进一步的方案：还包括用于对系统急停安全电路信号与电机抱闸电路信号输入与输出的安全继电器控制板，安全继电器控制板电性连接主控制器和示教编程系统，且安全继电器控制板基于双冗余安全急停电路设计。急停按下后，可保障可靠的电机驱动关断与抱闸，保障系统使用安全，急停电路支持多路扩展，可分别在控制柜体、操作台现场利于操作的地点进行部署。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)示教编程系统可插拔设计，可支持实现示教编程系统的互换或与多台主控制器连接，实现一机多控；(2)基于以太网开放式通信方式，机器人主控制器支持远端任务与系统状态监控，便于现场执行系统集中监控部署；(3)基于以太网实现前端与主控通信方式，为后续人机交互前端灵活扩展与制造现场信息系统互联提供了便利；(4)基于总线扩展轴驱动板的方式，可针对驱动轴数量，灵活扩展，多达15轴的驱动能力，可支持各类型机器人与外部轴结合的工作站应用，甚至双机器人协作控制；(5)基于嵌入式芯片构建系统，并采用分布式轴驱动控制方式，在降低成本的前提下，不损失性能，且可支持系统重构、配置，满足开放式控制器需求；(6)满足开放式、智能化的机器人控制系统体系架构平台，基于组件化设计思路，行业应用工艺可灵活扩展，支持厂家自主定义工艺包，形成不同用途导向的机器人控制系统扩展与定制能力；(7)系统支持点、线、圆弧、样条轨迹示教，S形加减速运动平滑，摆动参数控制灵活直观，系统自带焊接工艺包，可支持用户快速部署搬运、焊接、上下料、打磨等集成应用。附图说明图1为一种开放式工业机器人控制器的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1，本专利技术实施例中，一种开放式工业机器人控制器，包括示教编程系统、主控制器、轴驱动板和I/O扩展板，所述示教编程系统内置高端ARM芯片(本实施例采用AM3354芯片)，并基于以太网与主控制器采用C/S模式通信，主控制器内置高端DSP芯片，主控制器通过内部总线(本实施例采用CAN总线)与机器人的多个轴驱动板通信连接，轴驱动板通过脉冲信号对多路伺服电机进行驱动，轴驱动板内置STM32芯片，完成脉冲细分与平滑输出，同时完成伺服状态监控、编码器脉冲信号响应处理，降低主控制器芯片的计算与通信处理负担，保障主控制器多模块任务并发处理的实时性，同时也保障了多路伺服电机驱动与传感信号并行实时处理的可靠执行，主控制器接收轴驱动板采集的编码器信号，完成反馈控制计算，并根据目标轨迹要求与控制律计算结果，发送差分驱动指令至轴驱动板，轴驱动板结合伺服控制循环进行脉冲细分平滑输出；多个轴驱动板可在示教编程系统控制界面进行配置，根据机器人构型与外部轴驱动参数，可任意组合实现各种构型机器人配置，配置数据由示教编程系统下发至主控制器，主控制器根据构型参数，采用对应的运动学与动力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开放式工业机器人控制器，包括示教编程系统、主控制器、轴驱动板和I/O扩展板，其特征在于，所述示教编程系统内置高端ARM芯片，并基于以太网与主控制器采用C/S模式通信，主控制器内置高端DSP芯片，主控制器通过内部总线与机器人的多个轴驱动板通信连接，轴驱动板通过脉冲信号对多路伺服电机进行驱动，轴驱动板内置STM32芯片；所述主控制器上设有以太网接口、数字I/O端口和多路RS485通信端口，主控制器通过RS485通信端口和RS485总线与级联式的I/O扩展板连接，I/O扩展板用以与现场设备或传感器连接。

【技术特征摘要】
1.一种开放式工业机器人控制器，包括示教编程系统、主控制器、轴驱动板和I/O扩展板，其特征在于，所述示教编程系统内置高端ARM芯片，并基于以太网与主控制器采用C/S模式通信，主控制器内置高端DSP芯片，主控制器通过内部总线与机器人的多个轴驱动板通信连接，轴驱动板通过脉冲信号对多路伺服电机进行驱动，轴驱动板内置STM32芯片；所述主控制器上设有以太网接口、数字I/O端口和多路RS485通信端口，主控制器通过RS485通信端口和RS485总线与级联式的I/O扩展板连接，I/O扩展板用以与现场设备或传感器连接。2.根据权利要求1所述的一种开放式工业机器人控制器，其特征在于，所述示教编程系统包括彩色触摸屏、模式切换开关、急停按钮、系统控制按键和轴驱动按键，模式切换开关用于在手动控...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱长伍，张伟，缪寿洪，刘丽丽，程学文，
申请(专利权)人：上海焕巍智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31