一种基于现场总线的PAC工业机器人控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于现场总线的PAC工业机器人控制系统，包括用于对工业机器人的各机械臂的轴关节进行控制及驱动的机器人轴伺服控制单元，高速实时以太网现场总线，人机交互单元，用于分别对所述机器人轴伺服控制单元和人机交互单元进行控制、且分别与机器人轴伺服控制单元和人机交互单元连接的PAC控制器，以及可扩展式设置、且分别通过高速实时以太网现场总线依次连接至机器人轴伺服控制单元的多个输入输出模块。本发明专利技术所述系统，可以克服现有技术中结构不合理、安装和维护不方便、可靠性低、精确性差、成本高、以及扩展性差等缺陷，以实现结构合理、安装和维护方便、可靠性高、精确性好、成本低、以及扩展性好的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及エ业机器人
，具体地，涉及ー种基于现场总线的可编程自动化控制器(Programmable Automation Controller,简称PAC)エ业机器人控制系统。
技术介绍
一般地，エ业机器人的手臂主要由多个机械臂和相应的轴关节组成，轴关节可以直接与驱动伺服电机连接、也可以通过齿轮箱与驱动伺服电机连接，通过控制相应驱动伺服电机的运动，可实现相应机械臂的运动轨迹和方向的控制。因而，实现对相应驱动伺服电机的精确控制，就可实现エ业机器人相应机械臂的自由运动。エ业机器人轴关节的单个驱动伺服电机的控制原理，可參见图I。 在图I中，エ业机器人轴关节的单个驱动伺服电机控制系统，主要包括依次信号连接的第一比较器11、运动位置控制模块21、第二比较器12、速度控制模块22、第三比较器13、カ矩控制模块23、电源单元3和电机(M) 4，以及分别信号连接在电机(M) 4与第一比较器11及第ニ比较器12之间、且用于将电机(M)4的速度及位置信号分别反馈至第一比较器11和第二比较器12的速度及位置反馈模块5 ;电源单元3与第三比较器13信号连接，将电源単元3的电流反馈信号反馈至第三比较器13 ;第一比较器11，还用于输入机器人轴运动设定信号。图I中单个驱动伺服电机的控制单元，主要包括カ矩控制模块23、速度控制模块22和运动位置控制模块21。为保证控制的精确性，各控制模块(即カ矩控制模块23、速度控制模块22和运动位置控制模块21)的控制，均通过电流反馈，速度及位置反馈模块4，实现反馈闭环控制。目前，エ业机器人的控制系统，多采用运动控制部分和伺服驱动部分为一体的方案，即将エ业机器人的多个轴关节(如6轴)的伺服驱动部分装配成一体，运动控制部分通过内部背板总线与伺服驱动部分的各个伺服驱动单元进行通信，实现运动控制。例如，ー个6轴机器人控制系统的控制原理,可參见图2 ;—个6轴机器人控制系统的结构,可參见图3。在图2中，6轴机器人控制系统，包括依次信号连接的机器人编程开发环境单元、机器人控制单元和伺服电机单元。其中，机器人编程开发环境単元，包括并行设置的机器人应用编程模块、运动设置模块、机教功能模块、计算机辅助制造(computer AidedManufacturing,简称CAM)编程模块和轨迹CAM图表生成模块。机器人控制单元，包括通过内部背板总线连接的运动控制部分和伺服驱动部分；运动控制部分，包括分别与内部背板总线连接的外部逻辑通讯接ロ、机器人应用控制模块和轴轨迹CAM图表模块；伺服驱动部分，包括并行设置、且分别与内部背板总线连接的6个驱动及控制机构；每个伺服及驱动机构，包括依次与内部背板总线连接的相应轴驱动模块(如第I至6轴驱动模块中的一个轴驱动模块)、运动位置控制模块、速度控制模块和カ矩控制模块。伺服电机单元，包括分别与相应的驱动及控制机构中カ矩控制模块连接的电机(M)。在图3中，6轴机器人控制系统，包括机器人控制单元，以及分别与机器人控制单元信号连接的人机交互単元(用于提供人机界面)、自动化设备逻辑控制単元和伺服电机单元。机器人控制单元，包括分别与人机交互単元及自动化设备逻辑控制单元连接的运动位置控制模块，以及分别与运动位置控制模块及伺服电机单元连接、且并行设置的6个伺服驱动器。自动化设备逻辑控制単元，包括通过串行通信接ロ(或网ロ)与机器人控制单元中的运动位置控制模块连接的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)，与PLC连接的第三输入输出模块53，以及依次通过过程现场总线(Profibus)或DeviceNet总线(是一种低成本的通讯总线)连接的第二输入输出模块52和第一输入输出模块51。伺服电机单元，包括分别与机器人控制单元中的相应伺服驱动器连接的6个伺服驱动机构；每个伺服驱动机构，包括分别与相应伺服驱动器连接的伺服电机7和编码器6，伺服电机7和编码器6连接。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现，上述的各エ业机器人控制系统，至少存在以下缺陷 ⑴结构不合理驱动器为一体式设置(即相应伺服驱动器和运动位置控制模块为一体式设置)，使得相应驱动器不可能放置到距离每个伺服电机较近的位置；并且，由于各驱动器均为一体式设置，当其中任何一个驱动器发生故障时，其他驱动器也会受到影响，而不能正常工作； ⑵安装和维护不方便实际安装时，需要使用的电カ电缆较多，安装人员经常为选择合适的电力电缆和安装方式而烦恼；另外，由于各驱动器均为一体式设置，当其中任何ー个驱动器发生故障时，都会影响到其他驱动器，给维护和保养工作带来不便； ⑶可靠性低编码器电缆较长，有时会降低速度反馈信号的可靠性；另外，由于各驱动器均为一体式设置，其中任何一个驱动器发生故障时，都会影响其他驱动器的可靠性；⑷精确性差编码器较长，有时会降低速度反馈信号的精确性； (5)成本高通常状态下，机器人控制单元只是ー个自动化设备和生产制造系统的一部分，只有有限的输入输出模块；而自动化设备和生产制造系统自动化设备需要有逻辑控制単元，更多的输入输出模块；实际应用中，还需要另ー个PLC，才能实现设备的自动化控制，这样就増加了设备成本；而且，机器人控制单元加PLC的方案，同时也加大了应用开发周期和系统的复杂性，降低了可靠性。(6)扩展性差因为运动控制部分和伺服驱动部分之间通过内部背板总线进行通讯，使得多轴驱动扩展受到限制，最多只能扩展到6轴或更多ー些。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出ー种基于现场总线的PACエ业机器人控制系统，以实现结构合理、安装和维护方便、可靠性高、精确性好、成本低、以及扩展性好的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是ー种基于现场总线的PACエ业机器人控制系统，包括用于对エ业机器人的各机械臂的轴关节进行控制及驱动的机器人轴伺服控制单元，高速实时以太网现场总线，人机交互単元，用于分别对所述机器人轴伺服控制单元和人机交互単元进行控制、且分别与机器人轴伺服控制单元和人机交互单元连接的PAC控制器，以及可扩展式设置、且分别通过高速实时以太网现场总线依次连接至机器人轴伺服控制单元的多个输入输出模块。进ー步地，所述机器人轴伺服控制单元，包括与エ业机器人的各机械臂的相应轴关节相配合、用于实现速度控制和カ矩电流控制、且并行分立设置的多个伺服驱动机构；所述多个伺服驱动机构，依次通过单独设置的高速实时以太网现场总线、和/或与多个输入输出模块及PAC控制器共享的同一高速实时以太网现场总线，连接在PAC控制器和输入输出模块之间。进ー步地，当所述多个伺服驱动机构、多个输入模块及PAC控制器共享同一高速实时以太网现场总线吋，PAC控制器为该高速实时以太网现场总线的主站，所述多个伺服驱动机构和输入输出模块均为该高速实时以太网现场总线的从站。进ー步地，所述多个伺服驱动机构的结构相同或不同；可以根据エ业机器人的机械臂的实际数量，可以简单的増加和減少伺服驱动机构的数量，例如可以减少到3伺服驱动机构，也可増加到10伺服驱动机构。 当所述多个伺服驱动机构的结构相同时，每个伺服驱动机构，包括通过高速实时以太网现场总线与PAC控制器和输入输出模块连接的伺服驱动器，以及与所述伺服驱动器连接的伺服电机和编码器。进ー步地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于现场总线的PAC工业机器人控制系统，其特征在于，包括用于对工业机器人的各机械臂的轴关节进行控制及驱动的机器人轴伺服控制单元，高速实时以太网现场总线，人机交互单元，用于分别对所述机器人轴伺服控制单元和人机交互单元进行控制、且分别与机器人轴伺服控制单元和人机交互单元连接的PAC控制器，以及可扩展式设置、且分别通过高速实时以太网现场总线依次连接至机器人轴伺服控制单元的多个输入输出模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟栋，
申请(专利权)人：王伟栋，
类型：发明
国别省市：