多机器人自主控制系统的制作方法

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种多机器人自主控制系统。

背景技术：

随着工业4.0概念的提出和应用，工厂自动化方案对机器人多机协同和数据采集提出了新的需求，需要高实时性和高可靠性的数据传输，实现工厂级各机器人工作站间的协同和监控。由于数据传输量大、实时性高，路径长。采用传统的tcp/ip网络传输或并/串型总线方式已经无法满足实时性的要求，传统协议需要一个极其强大的主控制器做运算及调度，且对主控设备性能要求很高。在机器人外需要连接外部控制器，来进行数据的运算和调度。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统协议需要一个极其强大的主控制器做运算及调度，且对主控设备性能要求很高问题，提供一种无需连接外部控制器进行控制的多机器人自主控制系统。

一种多机器人自主控制系统，每一个所述机器人包括驱控模块、作动模块；所述驱控模块可控制作动模块进行作动；多个所述驱控模块之间通过现场总线相互通信连接；多个所述驱控模块通过所述现场总线相互协同实现对所述作动模块的同步控制。

在其中一个实施例中，所述驱控模块可控制单一或多个作动模块按照驱控模块规划的运动轨迹作动。

在其中一个实施例中，所述机器人还包括i/o模块以及编码器模块；

所述i/o模块，用于数字信号和/或模拟信号输入输出；

所述编码器模块，用于采集作动模块数据转换为可进行传输和存储的信息。

在其中一个实施例中，所述机器人的驱控模块和i/o模块以及编码器模块通过现场总线相互连接，并采用实时现场总线协议进行数据传输。

在其中一个实施例中，所述驱控模块包括电源板、驱动接口板、功率板以及cpu核心板；所述驱动接口板设置有第一处理器及第一现场可编程门阵列，cpu核心板设置有第二处理器、运动控制芯片及第二现场可编程门阵列；

所述电源板输入端与电源相连接，用于接收电源输出的交流电压，并将所述交流电压转换为多个不同电压的直流电压用于供给驱动接口板、功率板以及cpu核心板运行；

所述cpu核心板用于控制作动模块的运动；

所述运动控制芯片用于运算第一处理器反馈的运动信息，进行运动规划和反馈信息处理结果传输至所述第二处理器；

所述第一处理器处理功率板与作动模块反馈的运动信息，将所述运动信息运算结果传输至所述运动控制芯片，生成脉冲宽度调制指令，并发送所述脉冲宽度调制指令至所述功率板；

所述功率板接收脉冲宽度调制指令，放大的所述脉冲宽度调制指令发送至作动模块。

在其中一个实施例中，所述第一处理器还能够发送控制指令至所述电源板，使所述电源板进行制动、软启动和控制风扇转动。

在其中一个实施例中，所述运动控制包括对作动模块进行轨迹规划、速度规划、运动学转换和伺服驱动控制。

在其中一个实施例中，所述cpu核心板至少包括一个通信接口，所述通信接口用于连接网络进行数据传输。

在其中一个实施例中，所述第一现场可编程门阵列与第二现场可编程门阵列之间采用mac协议进行数据交互。

在其中一个实施例中，所述功率板还包括母线电压采样、过温及过流保护和电机抱闸输出。

本发明提供的多机器人自主控制系统，安全冗余设计，支持多机器人高实时性同步，同步周期达1ms。分布式运算可省去主控制器，实现从站对从站的数据交互及云端对现场运行监测和调整。各个芯片之间采用mac协议进行网络传输，传输延迟远小于1us，运动控制周期与伺服周期完全同步。

附图说明

图1为机器人各模块结构示意图；

图2为机器人驱控模块示意图；

图3为多机器人自主控制系统框架一图；

图4为多机器人自主控制系统框架二图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1中示出一个实施例中机器人各模块结构示意图，所述机器人包括驱控模块10、作动模块20、i/o模块30以及编码器模块40。

所述驱控模块10可控制作动模块20进行作动。

所述驱控模块10和i/o模块30以及编码器模块40通过现场总线相互连接，并采用实时现场总线协议进行数据传输。

所述作动模块20接收驱控模块发送的指令，根据指令进行作动。

所述i/o模块30，用于数字信号和/或模拟信号输入输出，使外部设备与机器人相互连接。

所述编码器模块40，用于采集驱控模块10数据转换为可进行传输和存储的信息，把作动模块20信号解码完成后通过网络传输到驱控模块10中，并保证多机器人自主控制系统的实时性。

图2中示出一个实施例中机器人驱控模块结构示意图，所述驱控模块10包括电源板100、功率板200、驱动接口板300以及cpu核心板400。所述驱动接口板300设置有第一处理器310及第一现场可编程门阵列320，cpu核心板400设置有第二处理器410、运动控制芯片420及第二现场可编程门阵列430。

所述作动模块20上设置有传感器，所述传感器采集作动模块信息反馈至第一处理器310和运动控制芯片420。

所述电源板100把交流电压转换为多个不同电压的直流电压，供给功率板200、驱动接口板300以及cpu核心板400使用。

可选地，所述驱动接口板300设置有相关接口，通过所述接口与其他部件进行数据交互。具体地，所述接口包括以太网接口、现场总线接口、i/o接口以及编码器接口。

所述以太网接口用以连接以太网，可使实时传输机器人运行状态进行远程控制；所述现场总线接口用以连接现场总线，所述i/o接口用以连接i/o模块30，所述编码器接口用以连接编码器模块40，并实现多机器人互连、运动控制和伺服驱动状态量监控。

所述驱动接口板300设置有第一处理器310及第一现场可编程门阵列320。所述驱动接口板采用现场总线与第一处理器310和第一现场可编程门阵列320相连接。所述驱动接口板300与第一现场可编程门阵列320之间采用现场总线协议进行mac对mac数据交互，无需设置网络变压器与物理接口收发器。

具体地，所述现场总线网络协议可选择为tsn协议、tcp/ip协议、mac协议或其他可进行数据传输的协议。在其中一个实施例中，所述现场总线网络协议为mac协议，所述mac协议通过物理层访问数据链路层完成数据的传输，从而提高数据传输的实时性。

所述运动控制器420可以处理第一处理器的位置反馈信息进行运动规划

所述第一处理器310处理功率板200与作动模块20反馈的运动信息，将运动信息处理结果传输至所述运动控制芯片420。

所述第一处理器310可进行处理功率板200与作动模块20反馈的运动信息，所述信息包括作动模块编码器的速度反馈和功率板电流反馈。

所述第一处理器310依据所述运动信息处理结果，生成脉冲宽度调制指令并发送至功率板200。所述第一处理器310可发送指令至电源板100，使所述电源板100根据指令进行软启动、制动以及控制风扇转动。

所述功率板200接收脉冲宽度调制指令，放大的所述脉冲宽度调制指令传输作动模块20。

所述功率板200还至少包括：母线电压采样、过温及过流保护以及电机抱闸输出等功能。

所述cpu核心板400上搭载操作装置、应用软件，具有控制作动模块20运动的功能。

所述运动控制为协调多个作动模块20，完成指定的运动(合成轨迹、合成速度)，对作动模块20进行轨迹规划、速度规划、运动学转换。对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动。

所述cpu核心板400上可搭载操作系统包括以下至少一种，linux系统、windows系统、vxworks系统、μc/os-ⅱ系统、dsp/bios系统、ros系统等操作系统。

本发明的驱控模块设置有电源板、功率板、驱动接口板以及cpu核心板。通过设置电源板对电源的交流电压进行转换获取多个的直流电压供给功率板、驱动接口板以及cpu核心板使用。第一处理器可发送控制指令至电源板，使电源板根据控制指令进行制动、软启动和控制风扇转动等功能。cpu核心板上搭载操作系统、应用软件，用于作动模块的运动学及动力学控制，运动控制芯片和第一现场门阵列处理运动控制规划与差补。所述驱动接口板设置有第一处理器和第一现场可编程门阵列，所述第一处理器处理功率板与作动模块反馈的运动信息，将运动信息处理结果传输至所述运动控制芯片；所述第一处理器依据所述信息处理结果，生成脉冲宽度调制指令并发送至功率板。功率板接收脉冲宽度调制指令，放大的所述脉冲宽度调制指令发送至作动模块。作动模块接收脉冲宽度调制指令，并根据脉冲宽度调制指令按照规划路径进行运动。

图3中示出一个实施例中多机器人自主控制系统框架一图，所述多机器人自主控制系统中多个所述驱控模块之间通过现场总线相互通信连接；多个所述驱控模块通过所述现场总线相互协同，实现使驱控模块对应的作动模块同步控制。所述现场总线采用实时现场总线协议进行数据的传输。

任一所述机器人的驱控模块连接调试后台，可传输一个或多个机器人中运行产生的数据。所述调试后台通过实时现场总线协议实现多个机器人的数据汇总和调试，用以精确定位故障机器人和检测机器人同步状态。

图4中示出一个实施例中多机器人自主控制系统框架二图，所述多机器人自主控制系统中多个所述驱控模块之间通过现场总线相互通信连接；多个所述驱控模块通过所述现场总线相互协同，实现使多个驱控模块协同控制所述作动模块运动。任一所述作动模块可连接两个或两个以上所述驱控模块控制下进行运动，同时一个驱控模块也可连接多个作动模块进行同步协调运动，所述多个作动模块可为外部扩展作动模块和机器人内部作动模块。所述现场总线采用实时现场总线协议进行数据的传输。

任一所述机器人的驱控模连接调试后台，可传输一个或多个机器人中运行产生的数据。所述调试后台通过实时现场总线协议实现多个机器人的数据汇总和调试，用以精确定位故障机器人和检测机器人同步状态。

本发明提供的多机器人自主控制系统，安全冗余设计，支持多机器人高实时性同步，同步周期达1ms。分布式运算可省去主控制器，实现从站对从站的数据交互及云端对现场运行监测和调整。各个芯片之间采用mac协议进行网络传输，传输延迟远小于1us，运动控制周期与伺服周期完全同步。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。