一種懸掛吊頂關節式的工業機器人及其控制系統的製作方法

2024-01-30 06:35:15

本實用新型屬於機器人技術改進領域，尤其涉及一種懸掛吊頂關節式的工業機器人及其控制系統。

背景技術：

SCARA(Selectively Compliance Assembly Robot Arm)倒裝型機器人，中文譯名為：選擇順應性裝配機器人手臂, 是具有四個自由度的工業機器人，它有三個軸線平行的旋轉關節，在一個平面內運動，還有一個移動關節，完成垂直運動。

SCARA型機器人是一種按圓柱坐標運動和定位的特殊類型的工業機器人，具有結構簡單、體積小、質量輕、動作迅速、剛性好、成本低、定位精度高以及安裝空間小。由於其水平運動方向上柔性好，而垂直運動方向剛度高，被廣泛應用於裝配作業。3C行業主要使用的是SCARA和低負載的鉸接式機器人。

然而，目前使用的SCARA機器人主要是直立正裝SCARA機器人，由於其具有特定的形狀，決定了其工作範圍類似於一個扇形區域。相比於直立正裝SCARA機器人，懸掛吊頂關節式SCARA機器人因能實現工作空間內360°迴轉，其工作範圍遠大於直立正裝型SCARA機器人。

無論是進口或是國產SCARA商業機器人，其機器人控制器都是封閉的，即各個機器人廠家的控制器都是基於不同的控制軟體和硬體接口，對於應用企業來說，這種封閉的機器人控制器的功能不能被擴展和改進，存在系統兼容性差、維護困難、人機界面不靈活等諸多問題，難以滿足現代裝配製造業的高級應用需求。

機器人配置機器視覺系統，實現視覺伺服是3C裝配行業的一個主流發展趨勢。然而，目前的商業機器人控制器的這種封閉性，不得不另外配置視覺處理系統，導致系統成本增加、可靠性降低，而且設備體積龐大。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種控制系統，旨在解決上述的技術問題。

本實用新型是這樣實現的，一種控制系統，該控制系統包括實時控制裝置、驅動裝置及動力裝置，所述實時控制裝置連接所述驅動裝置雙向通信，所述驅動裝置的輸出端連接所述動力裝置的控制端；

所述實時控制裝置，用於輸出控制信號給驅動裝置，並且計算、分析機器人的移動位置，完成人機互動信息的設置輸入；

所述驅動裝置，用於接收實時控制裝置傳輸的信號並執行信號指令驅動動力裝置；

所述動力裝置，用於完成驅動裝置輸出的指令信號動作。

本實用新型的進一步技術方案是：該控制系統還包括附加伺服軸，所述伺服軸通過EtherCAT總線連接所述實時控制裝置。

本實用新型的進一步技術方案是：所述實時控制裝置通過EtherCAT總線連接所述驅動裝置。

本實用新型的進一步技術方案是：所述驅動裝置通過EtherCAT總線連接所述動力裝置。

本實用新型的進一步技術方案是：所述驅動裝置包括四個驅動單元，每個所述驅動單元採用一個伺服驅動器。

本實用新型的進一步技術方案是：所述動力裝置包括四個動力單元，每個所述動力單元採用一個伺服電機，每個所述伺服電機通過EtherCAT總線連接所述伺服驅動器。

本實用新型的進一步技術方案是：所述實時控制裝置採用通用工業控制計算機。

本實用新型的另一目的在於提供一種懸掛吊頂關節式的工業機器人，該工業機器人包括控制系統及倒裝機器人，所述控制系統通訊連接所述倒裝機器人。

本實用新型的有益效果是：機器人控制系統可以方便地實現機器人集成機器視覺實現基於機器視覺的機器人控制，以進一步實現機器人的高速高精度控制，甚至開發一些基於機器視覺防撞功能。由於省去了機器人控制器硬體，因此本發明也極大地降低了機器人成本。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例提供的控制系統的結構框圖。

圖2是本實用新型實施例提供的懸掛吊頂關節式的（SCARA）工業機器人結構示意圖。

具體實施方式

附圖標記：1-第一關節 2-第二關節 3-第三和四關節 4-標配相機

圖1、2示出了本實用新型提供的一種控制系統，該控制系統包括實時控制裝置、驅動裝置及動力裝置，所述實時控制裝置連接所述驅動裝置雙向通信，所述驅動裝置的輸出端連接所述動力裝置的控制端；

所述實時控制裝置，用於輸出控制信號給驅動裝置，並且計算、分析機器人的移動位置，完成人機互動信息的設置輸入；

所述驅動裝置，用於接收實時控制裝置傳輸的信號並執行信號指令驅動動力裝置；

所述動力裝置，用於完成驅動裝置輸出的指令信號動作。

該控制系統還包括附加伺服軸，所述伺服軸通過EtherCAT總線連接所述實時控制裝置。

所述實時控制裝置通過EtherCAT總線連接所述驅動裝置。

所述驅動裝置通過EtherCAT總線連接所述動力裝置。

所述驅動裝置包括四個驅動單元，每個所述驅動單元採用一個伺服驅動器。

所述動力裝置包括四個動力單元，每個所述動力單元採用一個伺服電機，每個所述伺服電機通過EtherCAT總線連接所述伺服驅動器。

所述實時控制裝置採用通用工業控制計算機。

本實用新型的另一目的在於提供一種懸掛吊頂關節式的工業機器人，該工業機器人包括控制系統及倒裝機器人，所述控制系統通訊連接所述倒裝機器人。

一種懸掛吊頂關節式（SCARA）的工業機器人及其控制系統。該工業機器人的控制系統由4套支持EtherCAT總線的伺服電機及驅動器和通用工業控制計算機構成，伺服驅動器通過EtherCAT總線與工業控制計算機直接連接，工業控制計算機安裝有基於PC的實時運動控制軟體和Windows作業系統，基於PC的實時運動控制軟體用於實現機器人的實時運動控制及其機器人控制算法的實現，Windows作業系統用於人機互動界面和機器人機器視覺處理。採用安裝基於PC的實時運動控制軟體的通用工業控制計算機直接去控制倒裝機器人（SCARA），免去了對封閉性機器人控制器的依賴性，即各個機器人廠家的控制器都是基於不同的控制軟體和硬體接口，這種封閉的機器人控制器的功能不能被擴展和改進，存在系統兼容性差、維護困難、人機界面不靈活等諸多問題，難以滿足現代裝配製造業的高級應用需求。本申請的機器人控制系統可以方便地實現機器人集成機器視覺實現基於機器視覺的機器人控制，以進一步實現機器人的高速高精度控制，甚至開發一些基於機器視覺防撞功能。由於省去了機器人控制器硬體，因此本發明也極大地降低了機器人成本。

本申請所述的機器人是一種倒裝機器人（SCARA），其機器人由大臂、小臂、Z軸、U軸四部分組成。大/小臂由中空電機加減速機構成驅動中空執行器，大臂中空執行器輸入端連接基座，輸出端連接大臂，帶動大臂擺動；小臂中空執行器輸入端連接在大臂末端，輸出端連接小臂，從而帶動小臂迴轉運動。Z軸與U軸採用滾珠絲槓副協同運動，實現Z軸的上下運動，和U軸的旋轉，Z軸和U軸都通過滾珠絲槓輸出，其運動控制存在耦合。大/小臂的中空結構，保證電機的信號線、氣路和動力線都從孔通過，保證了線路正常工作同時避免機械結構與電纜發生幹涉，保證系統可靠性。同時大幅度降低了成本，該倒裝SCARA機器人集成機器視覺，視覺是該機器人的一個標配，可以滿足大部分行業應用。機器人本體結構如圖2所示。

本發明所述的機器人控制系統，其大臂、小臂、Z軸、U軸採用4個伺服電機驅動標示為第一關節1、第二關節2、第三和四關節3、，4個關節採用4個伺服電機驅動配有絕對值編碼器，4個伺服驅動器採用帶EtherCAT總線的伺服系統，機器人控制系統採用通用工業控制計算機，計算機安裝正常的Windows作業系統，機器人的運動控制由一個RTX實時控制系統來完成，RTX實時控制系統通過Ethernet口去控制帶有EtherCAT總線的機器人系統，該控制系統也可以控制機器人的附加軸，也可以實現對多個機器人的運動控制，RTX實時系統與Windows系統通過共享內存實現變量的交互，Windows系統可以用於開發機器人的人機互動和機器視覺的圖像處理。控制系統的結構如圖1所示。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。