[发明专利]一种适应工况的码垛机器人控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，尤其涉及一种工况自适应的码垛机器人控制系统及方法。 

背景技术

码垛机器人在工业生产线产品码垛、物料搬运、物流等领域有着广泛的应用前景，其效率高、速度快、抓取重量大、灵活性，对实现生产自动化具有十分重要的意义。码垛机器人控制系统是码垛机器人领域的核心技术，其控制系统和控制方法的性能和可靠性是决定码垛机器人的性能和安全。 

传统的码垛机器人控制系统一般是由上位机、控制器、伺服驱动器和伺服电机组成，用户通过上位机设置包括抓取质量、速度等参数，然后将信息发送给控制器，由控制器产生伺服控制量并将其传给伺服驱动器，由伺服驱动器根据控制器产生的控制量控制电机运行，从而实现相应的动作。这种技术控制系统可通过伺服驱动器对伺服电机的电流、电压、转速等工况进行监控，但对机器人本体的运动状态和工作状况则没有监控。另一方面，由于码垛机器人在工作过程中，其抓取质量有可能发生变化，另一方面，用户设定的抓取质量参数可能跟实际抓取质量不一致，而传统的码垛机器人没有对抓取质量的监控，因而码垛机器人的工作性能是依据用户设定的参数进行性能优化的，在发生上述情况时，就可能造成码垛机器人发生振动，甚至可能产生安全问题。 

现有技术中公开了“具有自维护功能的码垛机器人控制系统”(中国发明专利：CN102139486A)该码垛机器人主要是对故障进行监控，没有对运动状态和载荷进行监测，也没有运动参数进行自动调整功能，也不能实现码垛机器人工作工作过程中的性能的最优化。 

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，为码垛机器人提供一种工况自适应的码垛机器人控制系统及方法。 

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的： 

本发明公开了一种工况自适应的码垛机器人控制系统，该系统包括：控制器模块、伺服模 块、运动状态传感器模块；其中控制器模块接受由用户设定的码垛参数和运动状态传感器模块的信息，控制器模块根据设定的参数和运动状态传感器模块传过来的信息，并根据控制算法计算出各轴所需要的控制量，然后将控制量送给伺服模块；伺服模块根据控制器模块所传递的控制量进行功率放大驱动伺服电机产生所需的运动，伺服模块所产生的电机运动带动机器人本体各臂运动，从而实现机器人协调运动；运动状态传感器模块安装在机器人本体的手抓和各臂上，对机器人本体产生的运动和机器人抓手的抓取质量进行实时测量，运动状态传感器模块测量得到的信息再传送给控制器模块。 

进一步，所述的控制器模块还包括：示教器、触摸屏、模拟量接口单元、ARM处理器系统、FPGA电路单元、DA转换电路单元、整形滤波单元、功率放大电路单元、IO接口单元，其中用户可通过触摸屏或示教器设置码垛机器人的相关运行参数，然后传给ARM处理器系统，ARM处理器系统读取模拟量接口单元从运动状态传感器模块读取其测量的信息，ARM处理器系统根据设定的控制算法进行运算，将其运算结果传给FPGA电路单元，FPGA电路单元产生数字波形，FPGA电路单元将其产生的波形传给DA转换电路，DA转换电路将数字波形转换成模拟波形，DA转换电路单元将其产生的模拟波形传给整形滤波电路单元，整形滤波电路单元将DA转换电路单元传过来的模拟波形进行整形滤波再送给功率放大电路单元，电路放大单元对整形滤波单元传过来的经整形滤波信号进行功率放大得到伺服模块需要的控制量，然后传给伺服模块；IO接口单元有两路信息，一路信息是从机器人本体上读取各臂行程开关信号，传给ARM处理器系统，ARM处理器系统根据从IO接口单元得到的信息，决定是否产生报警信号和电机停止信号，ARM处理器系统产生的报警信号传给IO接口单元，IO接口单元驱动报警；IO接口单元的另一路信息是从生产线上读取码垛信息，然后传给ARM处理器系统，ARM处理器系统根据IO接口单元得到的生产线信息，得到抓取的目标和堆放的码盘信息。 

进一步，所述的伺服模块包括伺服驱动器组和伺服电机组，伺服驱动器组中的各个伺服驱动器接收从控制器模块传过来的模拟量波形，伺服驱动器对该模拟量波形进一步功率放大以驱动与之相连的伺服电机，伺服电机组中的各个伺服电机在伺服驱动器的驱动下，产生运动，带动机器人本体中的各臂运动，从而实现码垛机器人各臂协调运动； 

进一步，所述的运动状态传感器模块由质量传感器和振动传感器组成，质量传感器安装在机器人本体的抓手，实时测量抓取质量信息，振动传感器安装在机器人各臂上，实时测量机器人各臂的振动情况信息，运动状态传感器模块将其测量的抓取质量信息和振动情况信息传给控制器模块；