[发明专利]一种串并联机器人的控制系统

说明书

本发明公开了一种串并联机器人控制系统，由上位机、嵌入式PC控制器、伺服驱动器、伺服电机、电主轴模块、误差补偿模块部件组成。上位机处理控制文件，提取点位信息，按照控制文件指定方式插值得到运动轨迹上的中间点位，并通过运动学逆解程序生成位置表；将位置表传输到嵌入式PC控制器。嵌入式PC控制器运行TwinCAT平台开发程序，将位置表转化成运动控制信号，控制伺服驱动器，继而控制伺服电机，完成对串并联机器人控制。本发明系统可控制串并联机器人进行点动或使末端沿复杂轨迹运动，并具有电主轴安全联动、运动误差补偿的功能；充分发挥了PC计算能力强、应用程序灵活的特点，可方便地进行拓展开发，完善串并联机器人的应用。

技术领域

本发明涉及一种控制系统，尤其是涉及一种串并联机器人的控制系统

背景技术

为了提高对生产环境的适应性，满足灵活多变的市场需求，近年来全球制造业都在探索研发新型制造系统与装备。串并联机器人是其中的代表，与传统机器人相比，具有刚度重量比大、响应速度快、末端姿态能力良好、环境适应性强等优点。然而串并联机器人末端的笛卡尔空间运动是其关节空间运动的复杂非线性映射，控制较为困难，限制了串并联机器人的应用。

目前机器人的控制系统可以大致分为四种类型，即封闭式结构、PC嵌入NC结构、NC嵌入PC结构、软件型开放式结构。其中封闭式结构占据目前制造业的主流，它需要使用专用工具进行开发且受制于系统供应商；PC嵌入NC结构是在控制器内部嵌入PC，用于处理一些非实时任务，它具有一定的开放性，但控制系统的核心仍然是封闭的。NC嵌入PC结构是指使用PC加上运动控制卡进行控制，开放性较强；软件型开放式结构以PC为基础，在计算机操作系统下运行软件化的NC，实现了控制方案的软件化，是机器人控制系统发展的趋势。由倍福自动化有限公司所研发的TwinCAT平台，可以方便地安装在PC上，支持EtherCAT协议的TwinCAT平台可将一台PC转变成一个具有多轴控制功能的实时控制器。

专利号为201810166162.0的一种含有动平台附加约束的五自由度精密串并联机器人，公开提到了一种串并联机器人。它的特点是：从机器人的固定基座到末端执行器的运动链由两部分串联形成，即三个移动副支链组成的三自由度并联部分与两个旋转副组成的二自由度串联部分。与传统的机器人相比，串并联机器人运动链形式新颖，结构复杂，因而缺少相应的控制系统。

发明内容

针对串并联机器人控制系统的空白，本发明提出了一种串并联机器人的控制系统。这一控制系统采用上下位机、软件型开放式结构，克服了传统控制系统计算能力不足、开发不便的特点。并在如4所述的串并联机器人上试运行，实现了机器人的末端轨迹控制，控制效果良好。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种串并联机器人的控制系统，包括上位机、嵌入式PC控制器、I/O模块、伺服驱动器、伺服电机、电主轴模块、误差补偿模块、附属部件；其中上位机处理控制文件，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；上位机将位置表通过EtherCAT总线传输到嵌入式PC控制器；嵌入式PC控制器上运行基于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模块控制伺服驱动器，继而控制伺服电机和电主轴模块，使得串并联机器人做出指定的运动；误差补偿模块将输出信号处理成计算机可识别的信号，通过I/O模块输入嵌入式PC控制器，再经嵌入式PC控制器上传至上位机；通过上位机的补偿量计算程序处理得到补偿量后，传输回嵌入式PC控制器中，进行误差补偿。

优选地，上位机运行windows操作系统的微型计算机，在上位机上运行的程序有通信模块、解释模块、插值模块、逆解模块、补偿量计算模块。

优选地，嵌入式PC控制器采用倍福工控PC，运行基于TwinCAT平台开发的程序，嵌入式PC控制器带有触控屏，用于与外界进行信息交互。