[发明专利]机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统及方法

权利要求书

1.一种机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统，包括升降伺服电机（1），所述升降伺服电机（1）与减速机（3）连接，所述减速机（3）通过皮带传动（2）与机器人升降轴（7）连接，所述机器人升降轴（7）的末端安装有机器人夹具（6），所述机器人夹具（6）上安装有平衡气缸（8），其特征在于：所述平衡气缸（8）通过气路（10）与精密压力传感器（9）、精密比例减压阀（11）和气动动力源（12）连接，所述减速机（3）与机器人升降轴（7）之间设有力传感器（4），所述力传感器（4）、精密压力传感器（9）、精密比例减压阀（11）和升降伺服电机（1）与控制处理系统相连，所述控制处理系统包括机箱（19）以及安装在机箱（19）内的处理器（15）、运动板卡（16）、AO接口模块（17）和AI接口模块（18），所述处理器（15）、运动板卡（16）、AO接口模块（17）和AI接口模块（18）通过背板通讯（20）交换信息，所述运动板卡（16）与伺服驱动器（21）连接，所述伺服驱动器（21）与升降伺服电机（1）连接，所述AO接口模块（17）与精密比例减压阀（11）连接，所述AI接口模块（18）与精密压力传感器（9）和力传感器（4）连接，所述处理器（15）通过通讯电缆（14）与信息输入装置（13）连接。

2.根据权利要求1所述的机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统，其特征在于：所述处理器（15）内设有一级闭环控制装置（32）和二级闭环控制装置（33），所述一级闭环控制装置（32）包括一级比较器（23），所述一级比较器（23）的输入端连接有一级A/D转换模块（27）和平衡值储存模块（22），所述一级A/D转换模块（27）与力传感器（4）连接，所述一级比较器（23）的输出端连接有一级PID模块（24），所述一级PID模块（24）与计算模块（26）连接，所述二级闭环控制装置（33）包括与计算模块（26）连接的二级比较器（28），所述二级比较器（28）的输入端还连接有二级A/D转换模块（31），所述二级A/D转换模块（31）与精密压力传感器（9）连接，所述二级比较器（28）的输出端连接有二级PID模块（29），所述二级PID模块（29）与D/A转换模块（30）连接，所述D/A转换模块（30）与精密比例减压阀（11）连接。

3.根据权利要求2所述的机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统，其特征在于：所述平衡值储存模块（22）与计算模块（26）之间还设有前馈增益模块（25）。

4.根据权利要求1所述的机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统，其特征在于：所述信息输入装置（13）为手持式示教盒。

5.根据权利要求1所述的机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统，其特征在于：所述运动板卡（16）为6轴PC接口脉冲型伺服电机控制卡。

6.根据权利要求1所述的机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制系统，其特征在于：所述AO接口模块（17）为RIO/AO模拟量输出卡，所述AI接口模块（18）为RIO/AI模拟量输入卡。

7.一种机器人升降轴气动伺服平衡自重自调节控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

A、操作人员在手持式示教盒中输入机器人升降轴（7）、机器人夹具（6）和工件（5）的重量、机器人升降轴（7）上升速度和加速度以及下降速度和加速度；

B、处理器（15）中的计算模块（26）根据这些数据自动计算并在平衡值储存模块（22）中保存机器人升降轴（7）升降运动各阶段的平衡值；

C、当处理器（15）通过运动板卡（16）控制伺服驱动器（21）驱动升降伺服电机（1）带动机器人升降轴（7）、机器人夹具（6）和工件（5）一同升降运动时，处理器（15）会根据机器人升降轴（7）运动阶段计算结果通过背板通讯（20）发送给AO接口模块（17）控制命令；

D、处理器（15）根据力传感器（4）通过AI接口模块（18）的反馈结果和事先计算好的结果的比较不断调整通过背板通讯（20）发送给AO接口模块（17）的控制命令，同时处理器（15）会根据精密压力传感器（9）通过AI接口模块（18）的反馈结果和发送给AO接口模块（17）的控制命令的比较不断调整通过AO接口模块（17）发送给精密比例减压阀（11）的电压信号；

E、精密比例减压阀（11）通过AO接口模块（17）发出的电压信号不断调整输出给平衡气缸（8）的气压压力，平衡气缸（8）通过不断变化的气压压力产生与机器人升降轴（7）上升和下降阶段自重惯量变化匹配的推力或拉力。