[发明专利]一种协作机器人驱动控制系统

说明书

本发明公开了一种协作机器人驱动控制系统，属于机器人技术领域。解决现有协作机器人控制系统存在的不完备性的问题。包括运动控制回路，低压供电回路和安全控制回路，所述运动控制回路包括主控制器、动力学协处理器和关节电机驱动控制器，所述动力学协处理器分别和主控制器、关节电机驱动控制器连接，所述低压供电回路分别和运动控制回路、安全控制回路连接。本发明驱动控制系统用于协作机器人关节马达控、机器人末端工具控制、机器人安全性控制；并且支持机器人动力学和轨迹插补从而提升拖动示教和机器人力控。本发明结构紧凑，具有丰富的通信接口，具有强大的运动控制处理单元，极高的安全性，适用于与人交互性的协作机器人系统。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体的说是涉及协作机器人手臂六关节动力学控制和安全控制，尤其是一种协作机器人驱动控制系统。

背景技术

传统工业机器人一般包含六自由度运动关节，每个关节对应一台电机；采用集中控制的方式对每个关节；主要针对机械手臂的位置和速度控制。传统工业机器人存在的问题是：因为机械手臂的高速运动，会对附件的操作人员构成不安全因素，因此需要把运行机械手臂放在实际围栏或者电子围栏中；对外部作用在机械手臂上的力的感知不敏感；体积偏大，无法在工作台面安装。

协作机器人特点是小巧，轻便，安全性高，具有力位混合控制，根据用户需求适配多种外挂工具、方便示教等特点。其中最小型号的协作机器人可以安装在工作台的桌面，控制机箱只有普通电脑主机大小。这些要求关节电机驱动器和电机模组高度集中，以减少驱动器体积和减少机器人内部线缆。协作机器人要求实现更精准的力位混合控制，对控制系统的计算能力和总线的高实时性提出了要求；协作机器人高度强调了与操作人员的交互性，不应碰撞到认同而造成人员伤害。这就要求协作机器人有精准的力位控制，同时响应GB/T 36008-2018各项要求设计硬件安全系统。协作机器人可以接入电子围栏信号，通过电子围栏划分不同区域，高速运行区域，不运行操作人员进入。减速运行区域，探测人员进入后，减速运行。安全区域，运行人员与机器人近距离协作。

协作机器人特别是自适应协作机器人驱控系统在产品应用领域，各个厂家都处于摸索阶段，并没有一套成熟应用方案。本发明提出了一个完备架构可以满足高端协作机器人控制系统各项需求。

发明内容

针对现有协作机器人控制系统存在的不完备性的问题，本发明提供一种协作机器人驱动控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种协作机器人驱动控制系统，包括运动控制回路，低压供电回路和安全控制回路，所述运动控制回路包括主控制器、动力学协处理器和关节电机驱动控制器，所述动力学协处理器分别和主控制器、关节电机驱动控制器连接，所述低压供电回路分别和运动控制回路、安全控制回路连接。

进一步的，所述运动控制回路还包括扩展工具接口，主控制器将动力学和轨迹指令通过通信总线发给动力学协处理器，动力学协处理器根据各个轴空间状态和位置反馈进行校准和插补，将动力学和轨迹指令下发到关节电机驱动控制器和扩展工具接口。

进一步的，所述关节电机驱动控制器包括关节驱动单元以及用于驱动关节驱动单元的关节电机模组。关节驱动单元集成在关节电机模组内部，控制系统紧凑，并且因为电机位置反馈绝对值编码器集成关节电机模组内部通过RS485与关节驱动单元通信；

进一步的，所述关节驱动单元包括6个相互并联的关节一驱动器、关节二驱动器、关节三驱动器、关节四驱动器、关节五驱动器和关节六驱动器，关节电机模组包括6个与之一一对应连接的关节电机模组一、关节电机模组二、关节电机模组三、关节电机模组四、关节电机模五和关节电机模组六。力矩传感器集成在关节电机模组内部，通过模拟电压信号与关节驱动单元通信；电机动力线UVW也在关节内部与关节驱动单元互联。