【技术实现步骤摘要】
人机协作装配机器人控制系统及控制方法
[0001]本专利技术属于装配机器人控制
，具体涉及一种人机协作装配机器人控制系统及控制方法。
技术介绍
[0002]采用人机协作半自动的装配技术与设备，对于保证装配质量、提高装配效率具有重要意义。协作机器人出现的根本原因与传统工业机器人无法满足纷繁复杂的生产制造要求有着密切的关系。通过人机协作，可以进一步保证作业质量，同时改善工人作业的舒适性，最终实现人机协同的安全、柔性、高效的装配作业，解决传统工业机器人难以应对的低成本、高效率、柔性化、复杂作业自动化的应用需求。
[0003]目前机器人的控制系统类型中的软件型开放式结构，以PC机为基础，在计算机操作系统下运行软件平台化的伺服控制，实现了控制方案的软件化，具有强大的开放性，能够满足用户多元化需求，有着十分广阔的发展应用前景。
[0004]然而，由于人机协作装配作业领域对于机器人系统的便携性、可靠性和先进控制技术等高要求，现有协作装配机器人的控制系统及控制方法仍然存在以下不足：
[0005]其一、开发成本高、便携性要求难满足。如专利CN109202722A所述的机器人控制系统，选用购置的运动控制卡作为主控制器来实现相应功能，控制系统成本较高，同时这类系统体积较大、便捷性低。
[0006]其二、难以保证系统实时性，可靠性较差。如专利CN110757460A所述的基于串口通讯协议的机器人控制系统，这种通信方式通常以主站轮询的方式进行，系统存在的延时特性会严重影响系统实时性，且可靠性较差。>[0007]其三、缺乏人机协作装配的一体化控制技术及方法，如专利CN109249394B所述的导纳控制算法，仅单纯地基于引导力和速度来实现机器人的协作控制，且根据简单地划分区间的方式选择导纳系数，缺乏自适应性与柔顺性。
技术实现思路
[0008]本专利技术为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种人机协作装配机器人控制系统及控制方法。
[0009]本专利技术的技术方案是：一种人机协作装配机器人控制系统，包括网络主控层，所述网络主控层与主从驱控层通讯相连，所述主从驱控层接收执行网络主控层中PC上位机的控制指令并采集反馈执行部件层的数据信息，所述主从驱控层与执行部件层通讯相连，所述执行部件层完成装配机器人整体运动控制，同时执行部件层反馈数据信息。
[0010]更进一步的，所述网络主控层包括实现人机界面交互的人机交互软件界面模块，所述人机交互软件界面模块与PLC主控系统模块相连，所述PLC主控系统模块实现系统硬件的通讯连接配置和数据交互，以及对硬件进行实时控制，所述PLC主控系统模块与协作运动控制算法模块相连。
[0011]更进一步的，所述主从驱控层包括通讯耦合模块，所述通讯耦合模块与输入输出模块相连，所述输入输出模块将外部输入输出变量连接至EtherCAT现场总线网络，所述输入输出模块与力/力矩传感器模块、驱动器模块、控制柜操作面板模块相连，所述驱动器模块实现伺服电机高精度的定位运动，接收并解析外部控制电机的相关指令，并发送控制信号至对应电机。
[0012]更进一步的，所述网络主控层中PC上位机为EtherCAT主站，所述主从驱控层为EtherCAT从站。
[0013]更进一步的，所述驱动器模块用于伺服电机高精度的定位运动，驱动器模块的输入端口接收并解析外部控制电机的相关指令，驱动器模块的输出发送控制信号至对应驱动器。
[0014]更进一步的，所述力/力矩传感器模块用于获取人机协作时操作者施加的力/力矩信息，力/力矩传感器模块的输出端将力/力矩信息传送至输入输出模块。
[0015]更进一步的，所述执行部件层包括电机，所述电机接收驱动器的控制信息并执行，所述电机与伺服电机模块相连。
[0016]一种人机协作装配机器人控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0017]ⅰ
.人机交互软件界面模块与控制柜操作面板模块接收操作者的控制指令信息；
[0018]ⅱ
.力/力矩传感器模块接收操作者的协作控制指令；
[0019]ⅲ
.接收的控制指令信息、协作控制指令，根据对应算法解算出机器人末端动平台的目标运动信息；
[0020]ⅵ
.通过机器人机构运动学逆解算法得到机器人各支链的杆长，根据滚珠丝杠的导程螺距关系换算至对应伺服电机的编码器码盘值；
[0021]ⅴ
.驱动器模块根据当前选择的控制模式，接收编码器的目标值，发送控制信号至对应电机；
[0022]ⅵ
.机器人末端动平台经操作者直接式接触拖动至目标位置附近，根据实际作业工况选择通过人机交互软件界面模块与控制柜操作面板模块进一步精确调节末端动平台位姿直至完成装配作业；
[0023]ⅶ
.协作装配期间，操作者视具体工况随时按下所述人机交互软件界面模块与控制柜操作面板模块中包含的急停保护按钮，或停止与所述力/力矩传感器模块的接触，使机器人停止运动。
[0024]更进一步的，所述PLC主控系统模块为ADS服务器，所述协作运动控制算法模块为ADS客户端，ADS客户端向ADS服务器发送ADS请求，在通讯过程中客户端程序停止执行，直至获得ADS服务器返回的响应。
[0025]更进一步的，所述协作运动控制算法模块包括关节空间轨迹规划控制算法和人机协作自适应导纳控制算法；
[0026]所述关节空间轨迹规划控制算法基于三次多项式插值的轨迹规划控制算法实现；
[0027]所述人机协作自适应导纳控制算法基于机器强化学习的变导纳控制算法实现。
[0028]本专利技术的有益效果如下：
[0029]本专利技术开发难度小、成本低，且满足便携性要求，本专利技术的开放式结构，清晰合理，操作简便，运行安全，省去运动控制卡的空间，减小成本，赋予上位机实时运算能力，采用模
块化思维加强系统整体封装性，降低开发难度，通过网线传输数据，系统便携。
[0030]本专利技术实时性高、可靠性好，本专利技术相较传统的现场总线，具有高实时性与良好的时间确定性，传送信息多为短帧信息，信息交换频繁，且容错能力强，可靠性好。
[0031]本专利技术可实现人机协作装配自适应控制，本专利技术自适应导纳控制算法，用于人机协作装配作业时，系统根据末端安装的力/力矩传感器采集到的交互力信息以及机器人末端运动等信息实时调整导纳参数以加强协作的柔顺性以及舒适性，从而提高协作装配效率，减轻工人劳动强度。
附图说明
[0032]图1是本专利技术中控制系统的系统结构框图；
[0033]图2是本专利技术中人机交互软件界面模块的结构框图；
[0034]图3是本专利技术中机器人强化学习算法架构图；
[0035]图4是本专利技术中基于机器强化学习的变导纳控制算法流程框图；
[0036]其中：
[0037]1 网络主控层
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2主从驱控层
[0038]3 执行部件层
[003本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种人机协作装配机器人控制系统，包括网络主控层（1），其特征在于：所述网络主控层（1）与主从驱控层（2）通讯相连，所述主从驱控层（2）接收执行网络主控层（1）中PC上位机的控制指令并采集反馈执行部件层的数据信息，所述主从驱控层（2）与执行部件层（3）通讯相连，所述执行部件层（3）完成装配机器人整体运动控制，同时执行部件层（3）反馈数据信息。2.根据权利要求1所述的一种人机协作装配机器人控制系统，其特征在于：所述网络主控层（1）包括实现人机界面交互的人机交互软件界面模块（12），所述人机交互软件界面模块（12）与PLC主控系统模块（11）相连，所述PLC主控系统模块（11）实现系统硬件的通讯连接配置和数据交互，以及对硬件进行实时控制，所述PLC主控系统模块（11）与协作运动控制算法模块（13）相连。3.根据权利要求1所述的一种人机协作装配机器人控制系统，其特征在于：所述主从驱控层（2）包括通讯耦合模块（21），所述通讯耦合模块（21）与输入输出模块（22）相连，所述输入输出模块（22）将外部输入输出变量连接至EtherCAT现场总线网络，所述输入输出模块（22）与力/力矩传感器模块（23）、驱动器模块（24）、控制柜操作面板模块（25）相连，所述驱动器模块（24）实现伺服电机高精度的定位运动，接收并解析外部控制电机的相关指令，并发送控制信号至对应电机。4.根据权利要求1所述的一种人机协作装配机器人控制系统，其特征在于：所述网络主控层（1）中 PC上位机为EtherCAT主站，所述主从驱控层（2）为EtherCAT从站。5.根据权利要求3所述的一种人机协作装配机器人控制系统，其特征在于：所述驱动器模块（24）用于伺服电机高精度的定位运动，驱动器模块（24）的输入端口接收并解析外部控制电机的相关指令，驱动器模块（24）的输出发送控制信号至对应驱动器（26）。6.根据权利要求3所述的一种人机协作装配机器人控制系统，其特征在于：所述力/力矩传感器模块（23）用于获取人机协作时操作者施加的力/力矩信息，力/力矩传感器模块（23）的输出端将力/力矩信息传送至输入输出模块（22）。7....
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