一种工业机器人控制系统及其机器人的制作方法

1.本发明涉及计算机智能制造控制技术领域，尤其涉及一种工业机器人控制系统及其机器人。


背景技术：

2.近些年，我国大力推动工业自动化进程，而实现工业自动化的其中重要一步是用工业机器人代替绝大部分人工。目前市场上的工业机器人主要是基于ethercat架构来实现工业机器人智能化、自动化。ethercat架构的工业机器人价格昂贵，且设备安装复杂。
3.工业机器人一般由多个工业机器人个体组成，每个工业机器人由一个伺服器控制一个电机来控制其运动。还需要设置驱动单元和控制单元来实现计算并控制各个机器人个体的协调工作，使工业机器人实现自动化和智能化。但是，这一整套设备都很昂贵，在中国很多中小企业都负担不起其中的改造费用。而且整套设备复杂，需要专业度很高的人来做运营维护，这进一步阻碍了我国工业4.0计划的施行。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提出了一种工业机器人控制系统及其机器人，能够提供一种低制造成本、低维护成本的工业机器人，早日实现我国工业4.0计划的目的。
5.一种工业机器人驱控系统，所述工业机器人驱控系统用于连接上位机和电机，所述工业机器人驱控系统获取所述上位机发送的控制指令并处理之后得到驱动指令；所述驱动指令能够控制所述电机，所述电机进一步控制与所述电机连接的机器人；所述工业机器人驱控系统包括至少2个单片机，所述单片机能够对所述控制指令进行处理并得到所述驱动指令；所述单片机能够互相通讯。
6.作为所述工业机器人驱控系统的进一步可选方案，所述单片机包括主单片机和副单片机，有且只有一个所述主单片机能够对所述控制指令进行处理并生成所述驱动指令；所述主单片机能够将所述驱动指令发送给副单片机或所述电机；所述副单片机能够将所述主单片机发送的所述驱动指令发送给所述电机。
7.作为所述工业机器人驱控系统的进一步可选方案，只有所述主单片机能够对所述上位机发送信息。
8.作为所述工业机器人驱控系统的进一步可选方案，所述单片机能够对多个所述电机发出所述驱动指令。
9.作为所述工业机器人驱控系统的进一步可选方案，所述单片机之间是通过spi协议通讯的。
10.作为所述工业机器人驱控系统的进一步可选方案，还包括无线通信模组，所述无线通讯模组能够将所述单片机的所述驱动指令或信息发出。
11.作为所述工业机器人驱控系统的进一步可选方案，所述无线通讯模组是蓝牙模组。
12.机器人，包括上位机、工业机器人驱控系统、电机、机器人个体。
13.工业机器人驱控系统，连接所述上位机，用于获取所述上位机发送的控制指令并对所述控制指令进行处理，以得到驱动指令；
14.电机，连接所述工业机器人驱控系统，用于获取所述工业机器人驱控系统发送的驱动指令，并基于所述驱动指令工作；
15.机器人个体，连接所述电机，并基于所述电机的控制工作；
16.其中，工业机器人驱控系统为以上任一所述的工业机器人驱控系统。
17.作为所述机器人的进一步可选方案，所述工业机器人驱控系统通过一辅助设备连接所述上位机，所述辅助设备包括电性连接的拓展i0、数据存储器、串口、电源和工作信息显示器，所述串口用于连接所述工业机器人驱控系统和所述上位机；其中，所述拓展i0、所述数据存储器和所述串口安装在所述工业机器人驱控系统上的所述单片机。
18.作为所述机器人的进一步可选方案，所述机器人还包括监控模组，所述监控模组分别连接所述电机和所述机器人个体，以监控所述电机和所述机器人个体的工作状态，生成工作状态信息，并将所述工作状态信息发送给所述上位机。
19.采用本发明实施例，具有如下有益效果：
20.本发明中采用了若干单片机，干单片机之间可以互相通讯，从而代替了传统的工业机器人控制系统中的工控机(或plc)、运动控制器、伺服器的组合。单片机的价格非常便宜，这极大的降低了企业工业4.0升级计划的费用。另一方面，单片机结构简单，价格便宜，可以集成在电机或者机器人个体上，如果遇到故障可以直接更换。这就不需要专业人员来运营维护，省去了大量的运营成本。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.其中：
23.图1为一个实施例中机器人控制系统的第一实施例的结构示意图；
24.图2为一个实施例中机器人控制系统的第二实施例的结构示意图；
25.图3为一个实施例中机器人控制系统的第三实施例的结构示意图；
26.图4为一个实施例中机器人控制系统的第四实施例的结构示意图；
27.图5为一个实施例中机器人控制系统的第五实施例的结构示意图；
28.图6为一传统的机器人控制系统的实施例的结构示意图。
29.元器件说明：
30.1-机器人；10-上位机；20-工业机器人驱控系统；30-电机；40-机器人个体；50-辅助设备；60-监控模组；201-单片机；2011-主单片机；2012-副单片机；501-拓展i0；502-数据存储器；503-串口；504-电源；505-工作信息显示器。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.请参照图1，该工业机器人驱控系统20应用于机器人1。工业机器人驱控系统20用于连接上位机10和电机30，工业机器人驱控系统20获取上位机10发送的控制指令并处理之后得到驱动指令；驱动指令能够控制电机30，电机30进一步控制与电机30连接的机器人个体40，工业机器人驱控系统20包括至少2个单片机201，单片机201能够对所述控制指令进行处理并得到驱动指令；单片机201能够互相通讯。单片机201就是把中央处理器cpu、存储器、定时器、io接口等一些计算机的主要功能部件集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。
33.请参阅图6，传统的工业机器人驱控系统20是由工控机(或plc)、运动控制器pmac、多个伺服服务器来实现驱控的。传统的工业机器人驱控系统20的驱动单元和控制单元是分开的，设备多且设备之间的连线复杂。工控机负责算法计算，将需要完成的动作根据机器人个体的数量和特征分解成若干指令给到运动控制器pmac。运动控制器pmac提供运动控制、离散控制、内务处理、同主机的交互等数控的基本功能。运动控制器pmac将控制多个伺服服务器，每个伺服服务器对应一个电机30，通过电机30的运动来实现机器人个体40的运动。多个机器人个体40协同运动，就实现了机器人1的复杂运动。
34.在本实施例中，若干个单片机201代替了工控机(或plc)、运动控制器pmac、多个伺服服务器的组合。从成本上来说，单片机的单价大概是5元，而工控机(或plc)、运动控制器pmac、多个伺服服务器的组合成本在1000元以上。一方面，实施本发明实施例可以极大的降低工业机器人驱控系统20的制造成本，可在我国中小企业快速实现完成自动化升级改造，提升中国制造的国际竞争力。
35.另一方面，单片机201的体积很小，对环境的要求也不高，几乎不需要去维护。即使出了问题也可以直接替换，不需要维修。这也减少了流水线停工检修的时间，一定程度上增加了生产能力。
36.在一个实施例中，单片机201包括主单片机2011和副单片机2012，有且只有一个主单片机2011能够对控制指令进行处理并生成驱动指令；主单片机2011能够将驱动指令发送给副单片机2012或电机30；所述副单片机2012能够将主单片机2011发送的驱动指令发送给电机30。只需要一个主单片机2011处理控制指令，防止多个单片机201之间的信息互相干扰。处理控制命令的主单片机2011生成驱动指令集，这个主单片机2011将指令集按照控制命令的要求分别发送给其它副单片机2012，由副单片机2012将处理指令发出去。
37.请参阅图1和图2，处理控制命令的主单片机2011本身也发出自己的控制指令给到电机30。或者主单片机2011不直接发出控制指令给到电机30，而是由副单片机30将控制指令转发给到电机30。
38.需要注意的是，如果主单片机2011直接发出控制指令给电机30，而其它的电机都是由副单片机2012转发的控制指令给到其它电机30，会导致有个微小的时间差，从而导致机器人个体40之间的配合不够精准，以至于整个机器人1的动作不够协调。
39.如果是单片机201都是自己处理控制指令并生成驱动指令，一方面不仅耗费更多
的算力，使得整体电力需求增加。另一方面，即使单片机201的型号全部都一样也不能保证所有单片机处理控制命令并生成驱动指令的时间都是一样的。这行会导致不同单片机的驱动指定发出的时间是不一致的，导致了整体的驱动指令不够协调。
40.需要注意的是，主单片机2011可以比副单片机2012的性能更优秀，这样可以保证低成本的基础上提高整体工业机器人驱控系统20的性能。或者，可以采取多个单片机201轮流作为主单片机2011，这样也能够保证整个工业机器人驱控系统20的稳定和寿命。在一定程度上也能解决单片机201的散热问题。
41.在一个实施例中，只有主单片机2011能够对上位机10发送信息。副单片机2012收到驱动指令后发送出去给到电机30并反馈主单片机2011，主单片机2011将汇总的反馈信息给到上位机10。由此，上位机10可以根据反馈的信息调整发出下一道控制指令。
42.在一个实施例中，请参阅图4，单片机201能够对多个电机30发出驱动指令。传统的工业机器人驱控系统20一般是一个服务器对应一个电机30，本实施例中的单片机201可以对多个电机30发出驱动指令。如果是主单片机2011，其将部分驱控指令分类发给自己直接控制的电机30。如果是单片机2012，则副片机2012将收到的驱动指令分类发出。
43.在一个实施例中，单片机201之间是通过spi协议通讯的。spi接口是当前工业用单片机的标准接口，可以直接将数据线将单片机之间连接起来，减少信息传播的衰减或者干扰。需要注意的是，一般都是主单片机2011与所有的副单片机2012之间联系，副单片机2012不需要通讯联系。
44.在一个实施例中，工业机器人控制系统还包括无线通信模组(图未示出)，无线通讯模组能够将单片机201的驱动指令或信息发出。工业机器人控制系统20整体作为一个单元，采用完全无线通讯的方式，可以很方便的适配各种应用场景，不必限于特定的安装结构。
45.在一个实施例中，无线通讯模组是蓝牙模组。蓝牙模组比较便宜，通讯也较为稳定，而且很多手机端、平板端、电脑端都具有蓝牙模块，采用蓝牙模块应用范围更加广泛。
46.本发明实施例还提供了一种机器人1，包括上位机10、工业机器人驱控系统20、电机30和机器人个体40。
47.上位机10是计算机、移动设备等终端设备，用户可以通过上位机10进行操作来控制机器人1。其中，用户可以通过键盘、鼠标等输入设备进行操作，也可以通过语音、手势等方式来操作，这里不作限制。工业机器人驱控系统20连接上位机10，用于获取上位机10发送的控制指令并对控制指令进行处理，以得到驱动指令。电机30，连接工业机器人驱控系统20，用于获取工业机器人驱控系统20发送的驱动指令，并基于驱动指令工作。
48.机器人个体40，连接电机30，并基于电机30的控制工作。
49.其中，工业机器人驱控系统20为上述实施例中的工业机器人驱控系统20。
50.具体的使用场景中，机器人1有四轴或者六轴机器人，也可以称为机械臂。每个轴代表一个机器人个体40，也对应一个电机30。通常每两个电机30对应一个单片机201，当然也可以根据实施情况来确定多个电机对应一个单片机201。机器人1也可以是直角坐标机器人、scara机器人、delta机器人等。
51.在一个实施例中，请参考图3，工业机器人驱控系统20通过一辅助设备50连接上位机10，辅助设备50包括电性连接的拓展i0501、数据存储器502、串口503、电源504和工作信
息显示器505，串口503用于连接工业机器人驱控系统20和上位机10；其中，拓展i0501、数据存储器502和串口503安装在工业机器人驱控系统20上的单片机201。串口503用于连接上位机10和工业机器人驱控系统20上的单片机，实现两者之间的数据交互。电源504可以给工业机器人驱控系统20提供电能，扩展i0501可以用于连接其它输入输出设备，数据存储器502用于存储数据。
52.在一个实施例中，请参阅图5，还包括监控模组60，监控模组60分别连接电机30和机器人个体40，以监控电机30和机器人个体40的工作状态，生成工作状态信息，并将工作状态信息发送给上位机10。监控模组60用于连接电机30和机器人个体40，用来监控电机30和机器人个体40的工作状态，生成工作状态信息，并将工作状态信息发给上位机10。监控模组60还连接工业机器人驱控系统20，并生成工作状态信息，工作状态信息发给上位机10。
53.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
54.以上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。
55.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。