[发明专利]一种串并联机器人的控制系统

权利要求书

1.一种串并联机器人的控制系统，其特征在于：包括上位机(1)、嵌入式PC控制器(2)、I/O模块(3)、伺服驱动器(7)、伺服电机(8)、电主轴模块(4)、误差补偿模块(6)、附属部件；控制系统采用上下位机、软件型开放式结构，开发灵活兼容性好，具备强大的计算能力以及实时控制能力，上位机(1)与嵌入式PC控制器(2)协同完成串并联机器人的控制任务，上位机(1)完成串并联机器人控制所需的复杂数据处理工作，将所需要的机器人末端运动换算成各伺服轴的位置表，嵌入式PC控制器(2)实现运动控制，根据上位机(1)发来的伺服轴的位置表，控制伺服驱动器运动，上位机(1)的数据计算与嵌入式PC控制器(2)的运动控制是异步进行的，上位机(1)将计算得到的伺服轴位置表发送到嵌入式PC控制器(2)后，由嵌入式PC控制器(2)将位置表处理成伺服驱动器(7)的控制指令，存储于堆栈中，并依照“先进先出”的队列模式，依次向各个伺服驱动器(7)发送这些指令，实现串并联机器人的多轴联动，使得其末端沿指定轨迹运行；其中上位机(1)是运行windows操作系统的微型计算机，在上位机(1)上运行的程序有通信模块(9)、解释模块(11)、插值模块(12)、逆解模块(13)、补偿量计算模块(14)；逆解模块(13)对于插值模块(12)传来的中间点位姿表中的每一个中间点，调用一次逆解程序，逆解程序的输入量为中间点的位置坐标与姿态，输出量为该中间点的各关节值，即为了让串并联机器人的末端达到该中间点，机器人的各个关节，包含移动或转动关节，应具有的值，逆解模块(13)将关节值写入位置表，发送给嵌入式PC控制器(2)；电主轴模块(4)由电主轴、电主轴驱动器、冷却系统、换刀系统、电主轴模块附属部件组成，当电主轴运行时，电主轴驱动器才会向嵌入式PC控制器(2)发送允许伺服轴运动的信号；误差补偿模块(6)包含误差传感器和信号调理电路，误差传感器用于测量机器人末端的实际位姿，信号调理电路将模拟信号转化为方便处理的数字信号；上位机(1)处理控制文件，提取点位信息，再按照控制文件指定的方式插值得到运动轨迹上的中间点位，并通过运动学逆解模块生成位置表，上位机(1)将位置表通过EtherCAT总线传输到嵌入式PC控制器(2)，嵌入式PC控制器(2)上运行基于TwinCAT开发的程序模块，该程序模块将位置表转成控制信号，通过IO模块(3)控制伺服驱动器(7)，继而控制伺服电机(8)和电主轴模块(4)，使得串并联机器人做出指定的运动；误差补偿模块(6)将输出信号处理成计算机可识别的信号，通过I/O模块(3)输入嵌入式PC控制器(2)，再经嵌入式PC控制器(2)上传至上位机(1)；通过上位机(1)的补偿量计算程序处理得到补偿量后，传输回嵌入式PC控制器(2)中，进行误差补偿。

2.如权利要求1所述串并联机器人的控制系统，其特征在于：嵌入式PC控制器(2)采用倍福工控PC，运行基于TwinCAT平台开发的程序，嵌入式PC控制器(2)带有触控屏(5)，用于与外界进行信息交互。

3.如权利要求1所述串并联机器人的控制系统，其特征在于：I/O模块(3)由若干端子模块与串口模块组成；嵌入式PC控制器(2)通过I/O模块(3)对伺服驱动器(7)进行反馈控制，并从I/O模块(3)读取电主轴模块(4)的运行信号和误差补偿模块(6)传回的测量值。

4.如权利要求1所述串并联机器人的控制系统，其特征在于：通信模块(9)用于和其它计算机或制造系统交换信息，取得串并联机器人的控制文件，并将其存储或发送给解释模块；控制文件中包含了机器人的末端的轨迹类型、确定轨迹的有限个目标点的位姿、轨迹容许弓高误差信息；控制文件的格式兼容通用数控程序的格式，对串并联机器人进行控制。

5.如权利要求1所述串并联机器人的控制系统，其特征在于：解释模块(11)从控制文件中提取出轨迹类型、目标点位姿、轨迹容许弓高误差信息，并提交给插值模块(12)。

6.如权利要求1所述串并联机器人的控制系统，其特征在于：插值模块(12)根据控制文件中的信息，生成中间点位姿表；中间点位姿表记录了串并联机器人末端即将经过的每个中间点的位姿与姿态；中间点的个数由插值模块(12)根据控制文件中的信息自动计算，使得轨迹的弓高误差不超过设定的范围。

7.如权利要求1所述串并联机器人的控制系统，其特征在于：补偿量计算模块(14)从嵌入式PC控制器(2)获取来自误差补偿模块(6)的位置数据，并调用逆解程序计算当前串并联机器人的各关节实际位置，与当前点位的各关节理论位置对比后计算出补偿量，再将补偿量写入嵌入式PC控制器(2)的程序中的补偿表内，使得机器人末端精度得以改善。