关节机器人的运动控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机器人控制系统技术领域，更为具体地，设及一种关节机器人的运动 控制系统。
【背景技术】
[0002] 当关节机器人应用在焊接上时，有些焊接零件较为复杂，特别是空间螺旋线和零 件的背面焊接时的应用，6轴的关节机器人有些位置不能到达(任何物体都是立体的，不是 平面的），或者说有些轨迹还需要夹具的旋转配合才能完成。运时需要重新设计一种8轴的 关节机器人。
[0003] 因此需要一种与8轴关节机器人对应的运动控制系统。
【发明内容】
[0004] 鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种关节机器人的运动控制系统，W解决上 述【背景技术】中指出的问题。
[0005] 本发明提供一种关节机器人的运动控制系统，包括：电源、工控机、运动控制卡、八 个伺服电机驱动器、八个伺服电机、操作面板、触摸屏和焊接机的电流电压控制板;其中，
[0006] 电源为工控机、运动控制卡、伺服电机驱动器、操作面板和电流电压控制板的电 源，在电源和伺服电机驱动器之间接入有第一隔离变压器;电源接入有第二隔离变压器、第 一电源变压器、第二电源变压器和24V开关电源，24V开关电源是为运动控制卡及运动控制 卡的IO接口供电，第一电源变压器为电流电压控制板供电，第二电源变压器为操作面板的 键盘扫描电路供电，第二隔离变压器接入有两个适配电源和一个5V开关电源，两个适配电 源中的一个为工控机供电，另一个为触摸屏供电，5V开关电源为触摸屏的RS232接口供电；
[0007] 工控机通过RS232接口访问触摸屏，通过15忍视频线将视频信号传输给触摸屏，通 过485接口访问伺服电机驱动器，通过W太网接口与运动控制卡进行交互，运动控制卡还与 八个伺服电机驱动器连接；
[000引八个伺服电机驱动器分别一一对应的与八个伺服电机连接，八个伺服电机分别设 置在关节机器人的八个轴的位置，八个伺服电机均为抱闽伺服电机；
[0009]键盘扫描电路W8421的编码形式并行将数据传输给运动控制卡的IO接口；
[0010 ] 电流电压控制板包括AC9 V、+24V、16、8、4、2、l接口，AC9V接口为电流电压控制板的 译码电路供电，+24V接口为16接口、8接口、4接口、2接口和1接口的电源公共接口，16接口、8 接口、4接口、2接口和1接口为编码的输入端。
[0011] 利用本发明提供的关节机器人的运动控制系统，能够精确地控制各个轴的运动。
[0012] 为了实现上述W及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在 权利要求中特别指出的特征。下面的说明W及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。 然而，运些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明 旨在包括所有运些方面W及它们的等同物。
【附图说明】
[0013] 通过参考W下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面 理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
[0014] 图1为本发明实施例的关节机器人的运动控制系统的原理图；
[0015] 图2为本发明实施例的运动方程的第一坐标系的示意图；
[0016] 图3为本发明实施例的运动方程的第二坐标系的示意图；
[0017] 图4为本发明实施例的电流电压控制板的印版图；
[0018] 图5为图4的等效电路图。
【具体实施方式】
[0019] 在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐 述了许多具体细节。然而，很明显，也可W在没有运些具体细节的情况下实现运些实施例。 在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备W方框图的形式示出。
[0020] 图1示出了本发明实施例的关节机器人的运动控制系统的原理。
[0021] 如图1所示，本发明实施例提供的关节机器人的运动控制系统包括六大部分，分别 为电源部分、工控机与触摸屏部分、操作面板部分、运动控制部分、电流电压控制板部分和 伺服电机驱动部分，下面分别对运六部分进行详细说明。
[0022] -、电源部分
[0023] 电源为工控机、运动控制卡、伺服电机驱动器、操作面板和电流电压控制板的电 源，在电源和伺服电机驱动器之间接入有第一隔离变压器;电源接入有第二隔离变压器、第 一电源变压器、第二电源变压器和24V开关电源，24V开关电源是为运动控制卡及运动控制 卡的IO接口供电，第一电源变压器为电流电压控制板供电，第二电源变压器为操作面板的 键盘扫描电路供电，第二隔离变压器接入有两个适配电源和一个5V开关电源，两个适配电 源中的一个为工控机供电，另一个为触摸屏供电，5V开关电源为触摸屏的RS232接口供电。
[0024] 其中，该电源为S相交流电，N为接地接零线;QFl为动力空开;第一隔离变压器(图 1中为Tl隔离变压器)为380V/220V、7Kw的变压器。由于娃钢片的普通变压器的频响低，对低 频响应好，因此，电网中的高频污染不会通过Tl隔离变压器到达伺服电机驱动器中，可有效 的提高其抗干扰性，同时伺服驱动器的高频干扰也不能通过Tl隔离变压器到达电网中，运 样也会减小伺服电机驱动器对电网的污染。另外，Tl隔离变压器同时会起到电感的作用。在 伺服电机驱动器上电时的冲击电流会被遏制，同时可保护伺服电机驱动器。
[0025] 第二隔离变压器（图1中为T2隔离变压器)为380V/220V、500W的变压器，主要作用 是隔离来自电网中的高频干扰。
[00%]二、工控机与触摸屏部分
[0027] 工控机为凌华MXE-1300型号的工业控制计算机，其主要负责整个设备的控制，轨 迹的运算等功能。是整个系统的核屯、。工控机通过RS232接口访问触摸屏上的按键按下与 否;通过15忍视频线传输给触摸屏视频信号，通过485接口访问其各个伺服电机驱动器;通 过W太网接口对运动控制卡进行交互(包括运动指令，插补指令，IO接口的交互等等）。
[0028] 触摸屏有2个功能，第一是显示系统信息，第二是系统操作的复杂控制。包括:程序 的编辑，保存删除W及调用;参数的设定，修改;手自动的转化;轴号切换等等。
[0029] 485接口的通讯说明：此系统中所用的伺服电机都选用的是带有绝对编码器的伺 服电机。绝对编码器的伺服电机在第二次上电后都能知道其具体的位置，其实就是圈数和 现在的角度位置。系统上电后，工控机通过地址分配分别访问各个伺服电机驱动器，读出各 个伺服电机的实际位置，然后带入到运动方程中进行运算，运样就可W知道现在各个轴的 位置^，￥，2,7轴，8轴)坐标和姿态((：1，〔2,5)坐标，因此，就可^避免通过回零方式寻找坐 标系的麻烦。
[0030] 运动方程的原理为：
[0031] 关节机器人的运动主要是由位置和姿态运动组成。因此位置运动就需要位置方 程，姿态就需要姿态方程。本发明根据方程和所需要的步数精度计算出关节机器人的手臂 从空间的一点运动到另一点工程中的很多个微分点，加 W平滑后进行运动便可完成运动。 在此计算过程中必须满足方程运算可逆(已知各关节的实际角度可求空间的X，y，z值，已知 x，y，z值可计算出各个关节的角度值。各个关节都是角度运行的。），且值尽量唯一(尽量的 少双值或多值）。本发明将运动方程分为两大类，第一类就是手臂方程，主要控制尺寸;第二 类为手腕姿态方程，主要控制姿态。
[0032] 如图2所示，为手臂与Cl, C2的坐标系，需要说明的是，手腕坐标系条件是y轴与主 坐标系臂2方向始终一致，臂1 =臂2(为图2中的b)。
[0033] 如图3所示，Cl, S坐标系，需要说明的是，此坐标系的y轴与臂2方向一致。
[0034] 根据主坐标系可得到在图示象限中的手臂方程如下：
[0035] 已知x，y，z，B求目 1，目2,目3(x〉0，y〉0)
[0036] 目 3 =巧 arcsin((((x~^y~2r〇.5-B~2r^z~2r〇.5/U*b))
[0037] 目I=V化arctg(y/x)
[0038] 02 = (3T-03)/2+a;rcsin(z/(((x - 2+y - 2)-O.5-B)-^z - 2)-O.5)
[0039] P = JT-目 2-白 3
[0040] 已知目 1，目2,目3，B求x，y，z(V2<01<3T)
[0041 ] L =巧 b*sin(目 3/2)
[0042] L2 = L*cos(02-(3t-03)/2)
[0043] X=化化 B)*cos (目 1-V2)
[0044] Y=化化 B)*sin(目 1-31/2)
[0045] Z = L*sin(目 2-(31-03)/2)
[0046] W上是一个象限的方程，其余象限不在说明，只需考虑象限取值问题就行。
[0047] 手腕方程：
[004引1.在Cl, C2构成的坐标系
[0050]由于P为常数，在W后的计算中将会约掉所W上式记为：
[0化1] 式I:
手腕方梧1
[0053] 乂1，￥1，21必须进行欧拉旋转为主坐标系中才能讨论，因此，定义乂1，￥1，21转换后 的值为乂11，￥11，211。因此有：
[0化4] 式2:
[0061 ] 又由于：
[006；3]所W;
[0064]式:4:
[00化]Cl=a;rccosyl
[0066] C2 = xl/arcsincl
[0067] Cl和C2的取值范围为:-175度<(：1<175度，-175度洗2<175度。
[006引当Cl为0度时，SinCl = 0。由于在Cl =0时，C2无论怎样旋转都不会改变姿态，所W 现在C2取前一个值。由于运动是连续的，不会突变，因此，Cl和C2取值进行就近取值。
[00例 2.在Cl, S构成的坐标系 [0070]式：5:
巧值已经约掉，手腕方穂巧
[0072] 同理，X2，y2，z2必须进行欧拉旋转为主坐标系中才能讨论，因此定义x2，y2，z2转 换后的值为x22，y22，z22。因此有：
[0073] (由于手腕方程1的求解过程，已经知道了 Cl, C2。）
[0074] 条件:目1=-目1,6 = -0
[0075] 式6:
[0077]已知：x22，y22，z22 求：x2，y2，z2.(01 = 01，e = e，c2 = -c2)
[007引 式7:
[0081] 式8:
[0082] S 二 arcs inx2 就近取值 D
[0083] 在空间运动中任何轨迹都可W用直线和圆弧来表达，先讨论直线（线性)运算过 程：
[0084] 1.手臂运算过程:根据起点坐标x0，y0，z0,终点坐标xt，yt，zt和插补步数，可得：
[008日]kx二（xt-x0)/bu
[0086] ky 二（yt-yO)/bu
[0087] kz 二（Zt-zO)/bu
[0088 ]那么过程点就有：
[0089] Xn 二 X (n-1) +kx