[发明专利]一种基于接触式传感器的柔性铰链并联机器人控制装置

摘要

本发明涉及一种基于接触式传感器的柔性铰链并联机器人控制装置，该装置由平面三自由度柔性铰链并联机器人、可编程多轴运动控制器、主控工控机、驱动模块、限位模块和测量模块组成。该装置采用模块化控制模式，具有响应速度快、信息处理能力强、可靠性高等特点；使用位移传感器采集末端执行器的位姿信息，实现了机器人的闭环控制，降低了柔性铰链的弹性变形对系统运行精度的影响，提高了机器人的实用性；测量模块采用接触式传感器测量末端执行器的位姿，使用方法简单、设备成本低。

主权项

一种基于接触式传感器的平面三自由度柔性铰链并联机器人控制装置，其特征在于：整个装置包括平面三自由度柔性铰链并联机器人、可编程多轴运动控制器、主控工控机、驱动模块、限位模块和测量模块；其中驱动模块由伺服控制器、伺服电机、旋转编码器、减速器组成；限位模块由三组回零接近传感器和三组限位接近传感器组成；测量模块由线尺传感器和线尺传感器数据采集板组成；主控工控机与可编程多轴运动控制器连接，可编程多轴运动控制器与驱动模块和限位模块连接，驱动模块的输出端通过驱动副与柔性铰链并联机器人的主动杆连接，柔性铰链并联机器人通过测量模块与主控工控机连接；驱动模块共有三组分别控制机器人的三个支链且每组结构相同，包括伺服驱动器、伺服电机、旋转编码器和减速器；可编程多轴运动控制器的输出端与伺服驱动器的输入端连接，伺服驱动器的输出端与伺服电机的输入端连接，伺服电机的输出端分别与旋转编码器的输入端和减速器的输入端连接，旋转编码器的输出端分别与伺服驱动器和可编程多轴运动控制器连接，减速器的输出端通过驱动副与机器人的主动杆连接；限位模块由回零接近传感器和限位接近传感器组成；在机器人三个主动杆的机构零点位置处安装三组接近传感器，在机器人三个主动杆的运动极限位置处安装三组接近传感器；限位模块与可编程多轴运动控制器连接；测量模块采用接触式测量方法，由线尺传感器和线尺传感器数据采集板组成；三个线尺传感器均匀布置在基座周向，三条拉线端分别铰接于末端执行器中心处的相异两点及末端执行器的一个端点；中心点处的拉线用于测量末端执行器的实际位置，末 端执行器端点处的拉线用于测量末端执行器的实际姿态；当末端执行器运动时，与末端执行器相铰接的拉线伸缩，经换算可以得到末端执行器的实际位姿；线尺传感器数据采集板插在主控工控机的插槽上，通过ISA总线与主控工控机进行通讯，线尺传感器数据采集板与线尺传感器之间通过接线板连接，线尺传感器数据采集板将线尺传感器测得的末端执行器位姿信息经过处理后通过ISA总线传送给主控工控机；主控工控机提供用户与系统的交互平台，负责机器人动力学计算、运动轨迹规划、系统维护、数据的保存、处理、显示功能，可编程多轴运动控制器插在主控工控机的PCI插槽上，通过PCI总线与主控工控机进行通讯；可编程多轴运动控制器具有实时性、高精度和高可靠性特点，通过数据电缆和转接板与各驱动模块和限位模块进行通讯，负责各运动支链的协调控制。