[发明专利]开放式工业机器人控制平台

说明书

本发明属于通用的工业机器人控制系统。其突出特点是将通用的工业计算机引入传统的机器人控制系统中，并采用独特的开放式及模块化结构，将原来结构封闭的控制器扩展为结构开放的控制平台。

传统工业机器人控制器(CONTROLLER)缺乏独立性，机器人的控制器与操作机(MANIPULATOR)是一体的，图1所示为传统的机器人控制系统的典型配置，R1为工业机器人，A1为控制器，里面集成有伺服包、结构封闭的专用计算机和其他一些电器设备，其中的控制器一般只能适用某一种型号固定的一种伺服包，拖动某一种特定的伺服电机，这种控制器一般也只能适用于一种特定的机器人。控制器的功能取决于机器人所需要完成的任务，而控制器的伺服以及规划算法所用参数都直接来自本体：低层位置伺服算法要根据操作机的伺服电机和伺服放大器的特性来定制，上层规划程序要根据操作机的机构、尺寸等参数来编制。

如果作业任务和作业对象都是固定的，那么这种封闭式机器人控制器具有简单、可靠和高效的优点。但是随着经济的发展，人们对产品的多样化的要求越来越高。制造业已由原来的任务和对象相对固定的大规模流水线式作业，向任务和对象经常改变的中小规模的柔性制造(FM)和计算机集成制造(CIM)模式发展。这就要求在先进制造系统中担当生力军的工业机器人能够胜任不断变化的任务，即功能柔性化。在机器人的购买阶段，机器人的使用者不可能对将来生产任务的变化考虑全面。这样一旦新的任务不包括在现有机器人的控制功能中，那么具有封闭结构的控制器机器人就毫无用途。另外，原有的机器人控制系统的配置如图1所示，其中机器人R1的型号是固定的。

本发明的目的如下：如果机器人的功能是可以扩展的，经过控制器的功能扩充，原有的机器人就可投入到新的生产任务中去。而控制器的功能如果具有可扩充性，就需要控制器的软件和硬件都是开放的。软件开放是因为新的功能需要新的控制策略和新的控制方法；硬件开放是因为新的任务需要新的装置，新的装置需要同控制器进行通信，因此控制器硬件必须是开放的。要使机器人具有柔性，控制器必须是结构开放的。本发明可以作为机器人的一种控制系统，控制多种类型的伺服包，更加灵活地控制工业机器人，更加方便地增加其功能，使现有的机器人生产进一步适应现代工业生产小批量多品种的要求；也可以作为一种实验平台，通过在其上层开发基于不同操作系统的控制软件，实验各种控制策略，为未来工业机器人的研究及开发提供一种实验平台。

本发明的技术要点如图2所示：I1为通用的工业计算机，A2为控制柜，伺服包和计算机主机均安装在其中，R2为工业机器人。与图1在配置上的不同在于：增加了外接的工业计算机，使用户可以根据自己的实际需要编制和修改控制程序，图2中的机器人R2的型号可以灵活选用。

本发明的技术核心在于通过工业计算机及若干接口板，实现一种控制器对多种伺服包的控制。图3为具体的连接示意图，图中C1为多轴运动控制器PMAC2-PCR(简称PMAC)，它可以插在工业计算机上的ISA总线的插槽上，C2和C3为YASKAWA绝对码盘转换器ACC-8D-OPTION9，C4为信号匹配转换器ACC-8E，C5也为信号匹配转换器ACC-8F；S1和S2分别是两类不同的伺服包，S1是电压信号输入型伺服包，输入电压为0-6V，S2是PWM输入型伺服包，输入为PWM波；M1和M2为伺服电机，E1和E2分别为M1和M2的码盘信号输出单元(ENCODER)。

图3的工作原理如下：

通过运行在工业计算机上编制的控制程序发出电压控制信号，通过C1上的JMAC2接口传送给C4，再由C4经过放大传送给伺服包S1，进而形成伺服电机M1的驱动脉冲，另外计算机还控制PMAC产生另一路PWM信号，并通过JMAC4传给接口板C5，再由C5的P5端口输出给需要PWM输入信号的伺服包S2，伺服电机M2的驱动信号就来自S2。