一种基于四轴机器人的一体化驱控系统的制作方法

本发明涉及机器人控制驱动领域，尤其涉及一种基于四轴机器人的一体化驱控系统。

背景技术：

机器人在现代化工厂产线的使用日益增加。其中各关节的控制精度性能等方面要求提高，同时多个伺服轴的同步控制方面对系统的实时性、快速性、安全性等方面提出更高需求。

目前多轴机器人的伺服控制系统多采用一种分布式的架构。通过选用不同品牌和功能的控制器以及伺服驱动器安装到专用电器柜中，然后将控制器和伺服驱动器通过配线连接并分别供电。控制器和伺服驱动器之间的数据交互方式目前主要为脉冲加方向和现场工业总线等。这种结构的缺点是：体积大，每一个机器人需配套对应的专用电器柜用于安装控制器以及伺服驱动器，如一条产线有多个机器人，那么相应的就需要配套多个专用电器柜，专用电器柜对产线现场的安装空间提出了较高的要求。成本高，专用电器柜、单个伺服驱动器对应的供电和控制以及整个系统的配线等增加了整个系统的成本；实时及可靠性，通过脉冲加方向或者现场工业总线通信方式进行控制器和伺服驱动器在实时性方面受到通信速率的限制，可靠性方面受限于接线及电磁干扰方面的问题，如果这些方面没有处理好那么系统的安全可靠方面就会下降。

技术实现要素：

基于现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于四轴机器人的一体化驱控系统，旨在实现空间占用小数据交互实时可靠等目的。

一种基于四轴机器人的一体化驱控系统，包括：

第一控制驱动单元通过第一通信总线与主控制单元进行通讯；

第二控制驱动单元通过第二通信总线与主控制单元进行通讯；

第一控制驱动单元包括第一伺服控制模块、第一伺服驱动模块和第二伺服驱动模块；

第一伺服控制模块分别连接第一伺服驱动模块和第二伺服驱动模块；

第二控制驱动单元包括第二伺服控制模块、第三伺服驱动模块和第四伺服驱动模块；

第二伺服控制模块分别连接第三伺服驱动模块和第四伺服驱动模块；

第一控制驱动单元、第二控制驱动单元和主控制单元置于机器人本体中；

第一伺服控制模块和第二伺服控制模块用于分别接收从主控制单元发出的控制指令，并按照指令格式对控制指令进行解码，生成伺服控制信号，

第一伺服驱动模块、第二伺服驱动模块、第三伺服驱动模块和第四伺服驱动模块用于根据伺服控制信号驱动对应的伺服电机运行。

进一步的，第一通信总线包括：用于传输主控制单元向第一控制驱动单元发送的信号的第一接收信号线、用于传输第一控制驱动单元向主控制单元发送的信号的第一发送信号线，以及第一同步信号线；

第二通信总线包括：用于传输主控制单元向第二控制驱动单元发送的信号的第二接收信号线、用于传输第二控制驱动单元向主控制单元发送的信号的第二发送信号线，以及第二同步信号线。

进一步的，第一伺服驱动模块与第一伺服电机连接，用于驱动机械臂的第一轴；

第二伺服驱动模块与第二伺服电机连接，用于驱动机械臂的第二轴；

第三伺服驱动模块与第三伺服电机连接，用于驱动机械臂的第三轴；

第四伺服驱动模块与第四伺服电机连接，用于驱动机械臂的第四轴。

进一步的，第一控制驱动单元还包括第一通信模块，第一通信模块的一端与第一伺服控制模块连接，第一通信模块的另一端通过第一数据线与计算机连接；

第二控制驱动单元还包括第二通信模块，第二通信模块的一端与第二伺服控制模块连接，第二通信模块的另一端通过第二数据线与计算机连接；

计算机用于分别对第一控制驱动单元和第二控制驱动单元参数故障信息进行观测、修改和调试。

进一步的，包括：一高压直流单元，用于将交流电压转变成直流电压；

一母线电压传感单元，用于调节直流电压；

高压直流单元的输出端与母线电压传感单元的输入端连接，母线电压传感单元的输出端与主控制单元连接。

进一步的，高压直流单元包括依次连接的整流模块、上电启动模块以及纹波平滑模块，整流模块的输入端连接交流电压源，纹波平滑模块的输出端连接母线电压传感单元。

进一步的，包括一抱闸控制驱动单元，抱闸控制驱动单元与主控制单元连接；用于根据工作电压控制机器人的各个轴的伺服电机。

进一步的，包括一控制电源单元，控制电源单元包括第一电源模块，第一电源模块用于为第一伺服控制模块、第二伺服控制模块和主控制单元供电。

进一步的，控制电源单元还包括与第一电源模块隔离的第二电源模块，第二电源模块用于为第一伺服驱动模块、第二伺服驱动模块、第三伺服驱动模块和第四伺服驱动模块供电。

进一步的，控制电源单元还包括与第一电源模块隔离的第三电源模块，第三电源模块用于为抱闸控制驱动单元供电。

本发明的有益技术效果是：通过将主控制器和机器人各机械臂的伺服控制驱动部分集成到一起，去掉原专用配电柜以及系统中分布式系统的配线，较传统的分布式系统在工业现场所占用空间上有很大的改善，可以置于机器人本体底座内，紧凑的结构以及较高的集成度在成本上有较大幅度的降低。第一控制驱动单元、第二控制驱动单元和主控制单元分别通过第一通信总线、第二通信总线连接，简单的通信方式以及可靠的冗错方式较分布式系统在配线的复杂性，快速性和抗干扰能力上都有了较大的提高。

附图说明

图1是本发明专利一种基于四轴机器人的一体化驱控系统的主控制单元和伺服控制驱动单元连接结构框图。

图2是本发明专利一种基于四轴机器人的一体化驱控系统的伺服控制驱动单元和上位计算机数据交互连接结构框图。

图3是本发明专利一种基于四轴机器人的一体化驱控系统的电源模块连接结构框图。

1-第一控制驱动单元，2-第二控制驱动单元，3-主控制单元，4-第一通信总线，5-第二通信总线，6-母线电压传感单元，7-控制电源单元，8-高压直流单元，9-抱闸控制驱动单元，10-计算机；

11-第一伺服控制模块，12-第一伺服驱动模块，13-第二伺服驱动模块，14-第一伺服电机，15-第二伺服电机，16-第一通信模块；

21-第二伺服控制模块，22-第三伺服驱动模块，23-第四伺服驱动模块，24-第三伺服电机，25-第四伺服电机，26-第二通信模块，

71-第一电源模块，72-第二电源模块，73-第三电源模块；

81-整流模块，82-上电启动模块，83-纹波平滑模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参见图1-3，一种基于四轴机器人的一体化驱控系统，包括第一控制驱动单元(1)、第二控制驱动单元(2)、主控制单元(3)。

第一控制驱动单元(1)通过第一通信总线(4)与主控制单元(3)进行通讯，第二控制驱动单元(2)通过第二通信总线(5)与主控制单元(3)进行通讯。第一控制驱动单元(1)包括第一伺服控制模块(11)、第一伺服驱动模块(12)和第二伺服驱动模块(13)。

第一伺服控制模块(11)分别连接第一伺服驱动模块(12)和第二伺服驱动模块(13)。

第二控制驱动单元(2)包括第二伺服控制模块(21)、第三伺服驱动模块(22)和第四伺服驱动模块(23)。

第二伺服控制模块(21)分别连接第三伺服驱动模块(22)和第四伺服驱动模块(23)。

第一伺服控制模块(11)和第二伺服控制模块(21)用于分别接收从主控制单元(3)发出的控制指令，并按照指令格式对控制指令进行解码，生成伺服控制信号，

第一伺服驱动模块(12)、第二伺服驱动模块(13)、第三伺服驱动模块(22)和第四伺服驱动模块用于根据伺服控制信号驱动对应的伺服电机运行。

第一控制驱动单元(1)、第二控制驱动单元(2)和主控制单元(3)置于机器人本体中。优选的，设置在机器人本体的底座中。

在本发明中，第一通信总线(4)和第二通信总线(5)相互独立，优选的，第一通信总线(4)和第二通信总线(5)为sci总线。第一通信总线(4)包括用于传输主控制单元(3)向第一控制驱动单元(1)发送的信号的第一接收信号线sci_tx，以及用于传输第一控制驱动单元(1)向主控制单元(3)发送的信号的第一发送信号线sci_rx，以及第一同步信号线。简单的通信方式以及可靠的冗余校错方式使系统简单可靠。

第二通信总线(5)包括用于传输主控制单元(3)向第二控制驱动单元(2)发送的信号的第二接收信号线sci_tx，以及用于传输第二控制驱动单元(2)向主控制单元(3)发送的信号的第二发送信号线sci_rx，以及第二同步信号线。简单的通信方式以及可靠的冗余校错方式使系统简单可靠。

进一步的，第一伺服驱动模块(12)的输出端与第一伺服电机(14)连接，用于驱动机械臂第一轴。

第二伺服驱动模块(13)的输出端与第二伺服电机(15)连接，用于驱动机械臂的第二轴。

第三伺服驱动模块(22)的输出端与第三伺服电机(24)连接，用于驱动机械臂的第三轴。

第四伺服驱动模块(23)的输出端与第四伺服电机(25)连接，用于驱动机械臂的第四轴。

具体的，第一控制驱动单元(1)用于产生脉冲宽度调制信号(pwm信号)，并且根据第一伺服电机(14)和第二伺服电机(15)的电流信号、功率模块温度信号、以及编码器信号等控制和驱动连接四轴机器人机械臂第一轴的第一伺服电机(14)或者连接四轴机器人机械臂第二轴的第二伺服电机(15)。优选的，第一控制驱动单元(1)产生用于控制第一伺服电机(14)或第二伺服电机(15)的6路pwm信号。

具体的，第二控制驱动单元(2)用于产生脉冲宽度调制信号(pwm信号)，并且根据第三伺服电机(24)和第四伺服电机(25)的电流信号、功率模块温度信号、以及编码器信号等控制和驱动连接四轴机器人机械臂第三轴的第三伺服电机(24)或者连接四轴机器人机械臂第四轴的第四伺服电机(25)。优选的，第二控制驱动单元(2)产生用于控制第三伺服电机(24)或第四伺服电机(25)的6路pwm信号。

进一步的，第一控制驱动单元(1)还包括第一通信模块(16)，第一通信模块(16)的一端与第一伺服控制模块(11)连接，第一通信模块(16)的另一端通过第一数据线与计算机(10)连接。

第一通信模块(16)优选为usb通信模块，数据线优选为usb数据线。计算机(10)通过第一通信模块(16)对第一控制驱动单元(1)的参数信息例如参数故障等信息进行观测、修改和调试。

进一步的，第二控制驱动单元(2)还包括第二通信模块(26)，第二通信模块(26)的一端与第二伺服控制模块(21)连接，第二通信模块(26)的另一端通过第二数据线与计算机(10)连接。

第二通信模块(26)优选为usb通信模块，数据线优选为usb数据线。计算机(10)通过第二通信模块(26)对第二控制驱动单元(2)的相关参数信息例如参数故障等信息进行观测、修改和调试。进一步的，系统还包括：一高压直流单元(8)和一母线电压传感单元(6)；

高压直流单元(8)的输出端与母线电压传感单元(6)的输入端连接，母线电压传感单元(6)的输出端与主控制单元(3)连接。

高压直流单元(8)的输入端连接交流电压源(ac220v)，用于将交流电压转变成直流电压为系统提供直流电压，具体的为直流高电压。

具体的，高压直流单元(8)包括整流模块(81)，上电启动模块(82)、以及纹波平滑模块(83)，整流模块(81)、上电启动模块(82)以及纹波平滑模块(83)依次连接，整流模块(81)的输入端连接交流电压源，纹波平滑模块(83)的输出端连接母线电压传感单元(6)。

母线电压传感单元(6)将直流电压调节后，传送给主控制单元(3)，主控制单元(3)采集调理后的直流高电压传输给第一控制驱动单元(1)和第二控制驱动单元(2)，进行伺服控制。

进一步的，系统还包括一抱闸控制驱动单元(9)，抱闸控制驱动单元(9)与主控制单元(3)连接。

抱闸控制驱动单元(9)，用于根据工作电压控制机器人的各个轴的伺服电机。

进一步的，系统还包括一控制电源单元(7)，控制电源单元(7)包括彼此相互隔离的第一电源模块(71)、第二电源模块(72)和第三电源模块(73)。

第一电源模块(71)用于为第一伺服控制模块(11)、第二伺服控制模块(21)和主控制单元(3)供电。

第二电源模块(72)用于为第一伺服驱动模块(12)、第二伺服驱动模块(13)、第三伺服驱动模块(22)和第四伺服驱动模块(23)供电。

第三电源模块(73)用于为抱闸控制驱动单元(9)供电。

电源的模块化划分在对系统的稳定性和可靠性方面起了较好的作用。

本发明的有益效果为：本发明将主控制单元(3)和驱动四轴机器人各机械臂轴的第一控制驱动单元(1)、第二控制驱动单元(2)集成在一起，较传统的分布式系统在工业现场所占用空间上有很大的改善，可以置于机器人本体底座内，紧凑的结构以及较高的集成度在成本上有较大幅度的降低。

本发明中第一控制驱动单元(1)，第二控制驱动单元(2)和主控制单元(3)分别通过第一通信总线(4)、第二通信总线(5)连接，简单的通信方式以及可靠的冗错方式较分布式系统在配线的复杂性，快速性和抗干扰能力上都有了较大的提高。

此外，主控制器还通过以太网分别与计算机(10)和示教机连接，计算机(10)与示教器组成上层控制系统。

优先的，计算机(10)为可编程计算机，示教器为可编程逻辑控制器。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。