CN111098319A - 一种工业级机械臂多联控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：包括用于同时控制一台以上工业级机械臂的多联控制器；所述多联控制器包括与一台以上工业级机械臂沟通互联的控制主板、及一组以上相互依次组装连接的活动轴机构；所述活动轴机构包括连接支架、活动底座和旋转角反馈装置；所述连接支架与活动底座固定连接，旋转角反馈装置设置于活动底座上；上一组活动轴机构中的连接支架与下一组活动轴机构中的旋转角反馈装置连接，且旋转角反馈装置一传感端连接连接支架、另一传感端连接活动底座，以便旋转角反馈装置向控制主板反馈连接支架相对活动底座旋转的旋转角信息。本工业级机械臂多联控制系统适应能力强，操控简单易用，动作精准，性能可靠。

Description

一种工业级机械臂多联控制系统

技术领域

本发明涉及一种机器人控制系统，具体是一种工业级机械臂多联控制系统。

背景技术

市场上现有的机器人控制方式一般都是一对一的控制，如果想要一个或多个机器人一起控制，需要与机器人相同数量的控制人员和控制器一起操作，或者需要用电脑编程才能达到一控制器控制多台机器人的效果，这种控制方式普遍用在多台演出机器人上。除了传统的遥控器和电脑编程等可控制机器人外，还可以利用动作传感技术进行控制；动作传感技术就是操作员要穿戴传感器，做出要编程的动作，传感器把操作员做出动作的数据储存并传送到机器人，使机器人能实时完成该动作；这种动作传感技术需要控制器与要控制的机器人有相似的机械结构，否则机器人做出的动作就会存在较大偏差，更不用说完成高精度动作；显然现有的控制器不能全面、很好的适应市面上不同的机器人，可见现有的机器人控制系统仍然存在较大的局限性、及不适应性。

因此，需要进一步改进。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种工业级机械臂多联控制系统，其适应能力强，操控简单易用，动作精准，性能可靠。

本发明的目的是这样实现的：

一种工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：包括用于同时控制一台以上工业级机械臂的多联控制器；所述多联控制器包括与一台以上工业级机械臂沟通互联的控制主板、及一组以上相互依次组装连接的活动轴机构；所述活动轴机构包括相互固定连接的连接支架和活动底座；上一组活动轴机构中的连接支架通过相应的旋转角反馈装置与下一组活动轴机构中的活动底座转动连接，以便旋转角反馈装置向控制主板反馈两活动轴机构之间的旋转角信息。

所述连接支架的长度可调，调节方式为气压调节、液压调节、电动调节或人为调节。

连接支架具体可以有以下方案：

方案一，所述连接支架包括固定缸体和活塞杆，活塞杆端部伸缩滑动在固定缸体内腔且彼此密封配合，固定缸体内腔连接气压源或液压源。

方案二，所述连接支架包括固定套筒和活动杆；所述固定套筒上固定设置有调节电机，调节电机的电机轴固定连接有调节螺杆；所述活动杆端部伸缩滑动在固定套筒内侧，活动杆相对固定套筒不可转动，活动杆内侧设置有与调节螺杆相螺接的调节螺孔。

方案三，所述连接支架包括固定套管和调节杆，固定套管与调节杆相互螺接。

方案四，所述连接支架包括外套管和内套管，内套管端部伸缩滑动在外套管内侧，外套管上间隔式设有两个以上外调节孔，内套管上设有一个以上内调节孔，一调节轴同时插接一外调节孔和一内调节孔。

所述工业级机械臂上设置有用于接收来自多联控制器发出的控制指令的接收器。

所述接收器上装载有用于将控制指令解码成工业级机械臂能读懂的语言数据的指令解码程序。

所述工业级机械臂为六轴机械臂；所述多联控制器中的活动轴机构对应工业级机械臂的轴数设置六组。

所述多联控制器上预设有连接清单，连接清单包括一台以上工业级机械臂的IP地址和/或区域网络名称和/或相对应的密码。

本发明的有益效果如下：

本工业级机械臂多联控制系统中的多联控制器由多组活动轴机构组成，以构成与要控制的工业级机械臂机械结构基本一致的控制器；由于多联控制器可根据要控制的工业级机械臂的机械结构采用活动轴机构进行组装设置，所以本多联控制器可适于控制不同的工业级机械臂，适应能力强。操作员通过移动多联控制器上不同的活动轴机构以改变多联控制器的动作姿态，期间每一组活动轴机构的旋转角都会被反馈和记录，再将相关参数转换成有效的编程，最后透过有线或无线方式传送到一台以上要控制的工业级机械臂上，实现多联控制，其控制方式简单易用，且动作精准、性能可靠。本系统可以让一名操作员对多台工业级机械臂进行精准控制，让操作员对工业级机械臂实现同时接收和同步控制；通过本系统，工业级机械臂无需编程也可以做一些精细的工作。

附图说明

图1为本发明一实施例中工业级机械臂的结构示意图。

图2为本发明一实施例中多联控制器的结构示意图。

图3为本发明一实施例中多联控制器的结构简图。

图4为本发明一实施例中连接支架的结构示意图。

图5为本发明一实施例中连接支架方案一的局部剖视图。

图6为本发明一实施例中连接支架方案二的局部剖视图。

图7为本发明一实施例中连接支架方案三的局部剖视图。

图8为本发明一实施例中连接支架方案四的局部剖视图。

图9为本发明一实施例中旋转角反馈装置的结构示意图。

图10为本发明一实施例中旋转角反馈装置的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图4，本工业级机械臂多联控制系统，包括用于同时控制一台以上工业级机械臂A的多联控制器B；多联控制器B包括与一台以上工业级机械臂A沟通互联的控制主板、及一组以上相互依次组装连接的活动轴机构；活动轴机构包括相互固定连接的连接支架1和活动底座2；上一组活动轴机构中的连接支架1通过相应的旋转角反馈装置17与下一组活动轴机构中的活动底座2转动连接，以便旋转角反馈装置17向控制主板反馈两活动轴机构之间的旋转角信息。本工业级机械臂多联控制系统中的多联控制器B由多组活动轴机构组成，以构成与要控制的工业级机械臂A机械结构基本一致的控制器；由于多联控制器B可根据要控制的工业级机械臂A的机械结构采用活动轴机构进行组装设置，所以本多联控制器B可适于控制不同的工业级机械臂A，适应能力强。操作员通过移动多联控制器B上不同的活动轴机构以改变多联控制器B的动作姿态，期间每一组活动轴机构的旋转角都会被反馈和记录，再将相关参数转换成有效的编程，最后透过有线或无线方式传送到一台以上要控制的工业级机械臂A上，实现多联控制，其控制方式简单易用，且动作精准、性能可靠。本系统可以让一名操作员对多台工业级机械臂A进行精准控制，让操作员对工业级机械臂A实现同时接收和同步控制；通过本系统，工业级机械臂A无需编程也可以做一些精细的工作。

进一步地，同组活动轴机构中，连接支架1一端与活动底座2一端固定连接；相邻两活动轴机构中，上一组活动轴机构中的连接支架1另一端与下一组活动轴机构中的活动底座2另一端转动连接；旋转角反馈装置17一传感端连接连接支架1、另一传感端连接活动底座2。

进一步地，连接支架1的长度可调，调节方式为气压调节、液压调节、电动调节或人为调节等。由于连接支架1的长短可以任意调节, 所以可适配不同型号的机械臂，只需要把旋转角反馈装置的旋转角度数据和每个关节的长短数据输入编程，最终即可达到一套多联控制器B能够配合不同型号的机械臂而进行有效、精准控制的效果。

进一步地，参见图9和图10，旋转角反馈装置17包括用于固定连接连接支架1（或活动底座2）的装置壳体1701、及用于固定连接活动底座2（或连接支架1）的转轴1702；连接支架1与活动底座2相对转动时，转轴1702相对装置壳体1701转动，并产生相应的旋转角信息。

本实施例涉及的旋转角反馈装置17为电位器，其包括第一固定接点1703、第二固定接点1705和滑动接点1704，装置壳体1701内腔设置有相对固定的固定触片1706、及相对可转动的活动触片1707，第一固定接点1703和第二固定接点1705分别电连接固定触片1706两端，活动触片1707分别连接转轴1702和导电塑料1708，活动触片1707和导电塑料1708分别随转轴1702转动，活动触片1707通过导电塑料1708与固定触片1706电连接，导电塑料1708随转轴1702转动时相对滑动在固定触片1706上，实际使用时旋转动作转变成滑动动作，通过滑动动作而改变滑动接点1704与两固定接点之间的电阻值，进而产生输出端和输入端的不同电阻值，通过读取电阻值即可知道转轴1702对应的旋转角度。除此以外，旋转角反馈装置17还可以是伺服电机，伺服电机通过反馈讯号控制达到检测旋转角的目的，精准度比电位器高，但体积较大，相比之下，优先电位器为旋转角反馈装置17。

电位器除了与普通电阻器一样有标称值、倾定功率和误差等级外，还有阻值变化规律，上述的阻值变化规律是指轴的旋转角度与电阻值变化关系的规律；阻值随转轴1702内度均匀变化的电位器称为线性电位器，阻值开始时变化小，以后变化逐浙加快，近似呈指数规律的电位器，所以又被称为指数式电位器。不同变化规律的电位器，其应用场合是不同的。

电位器在外形和使用上都不同于可变电阻器。具体是，在外形上，可变电阻器一般只有两个接线，电位器则有三个接线头；可变电阻器在使用中只能改变电阻值、使电阻值在最大值和最小值之间变化，而电位器在使用中通过转轴1702不但能使电阻值在最大值与最小值之间变化、而且还能调节转动臂与两端的电位高低、所以称为电位器。电位器的种类较多并各有特点，一般按电阻材料的不同可分为碳膜电位器、碳质实芯电位器、金属膜电位器、玻璃釉电位器及线级电位器等。

连接支架1具体可以有以下方案：

方案一，如图5所示，连接支架1包括固定缸体102和活塞杆101，活塞杆101以端部伸缩滑动在固定缸体102内腔且彼此密封配合，使固定缸体102内腔分隔有互不相通的有杆腔1021和无杆腔1022，固定缸体102内腔连接气压源或液压源（即有杆腔1021和无杆腔1022分别连接气压源或液压源），通过向有杆腔1021或无杆腔1022加压，使活塞杆101可相对固定缸体102完成伸缩活动，进而达到调节连接支架1长度的目的。

方案二，如图6所示，连接支架1包括固定套筒104和活动杆103；固定套筒104上固定设置有调节电机（图中未标示），调节电机的电机轴固定连接有调节螺杆105；活动杆103端部伸缩滑动在固定套筒104内侧，活动杆103相对固定套筒104不可转动，活动杆103内侧设置有与调节螺杆105相螺接的调节螺孔，调节螺杆105定位转动在固定套筒104内腔；当调节电机工作时，调节螺杆105被驱动转动，在螺纹作用下，活动杆103可相对固定缸体102完成伸缩活动，进而达到调节连接支架1长度的目的。

方案三，如图7所示，连接支架1包括固定套管107和调节杆106，固定套管107内壁设有内螺纹，调节杆106外壁设有外螺纹，固定套管107上的内螺纹与调节杆106上的外螺纹相互螺接；操作员手动转动固定套管107或调节杆106可使调节杆106相对固定套管107完成伸缩活动，进而达到调节连接支架1长度的目的。

方案四，如图8所示，连接支架1包括外套管109和内套管108，内套管108端部伸缩滑动在外套管109内侧，外套管10侧壁上间隔式设有两个以上外调节孔110，内套管108侧壁设有一个以上内调节孔，一调节轴111同时插接一外调节孔110和一内调节孔；通过调整调节轴111与不同位置的外调节孔110插接，可使内套管108相对外套管109完成伸缩活动，进而达到调节连接支架1长度的目的。

进一步地，工业级机械臂A上设置有用于接收来自多联控制器B发出的控制指令的接收器。

进一步地，接收器上装载有用于将控制指令解码成工业级机械臂A能读懂的语言数据的指令解码程序。

进一步地，本实施例涉及的工业级机械臂A为六轴机械臂（具有六轴活动度）；多联控制器B中的活动轴机构对应工业级机械臂A的轴数设置六组。需要说明的是，工业级机械臂A不限于六轴机械臂，这里只是举例说明；当然，工业级机械臂A还可以是具有五轴活动度、七轴活动度、八轴活动度等的多轴机械臂。

进一步地，多联控制器B可主动连接所有（一台以上）要控制的工业级机械臂A，多联控制器B内预先设有连接清单，连接清单包括一台以上工业级机械臂A的IP地址和/或区域网络名称和/或相对应的密码，当系统接受控制指令后，多联控制器B就会根据连接清单在无线网络汇总寻找对应的数据接收盒进行连接；完成连接后便会进行初始设定的配对（因为多联控制器B要确认要控制的工业级机械臂A的型号和相关硬件配置从参数，包括相关工业级机械臂A中不同活动轴的长度、可移动速度范围等），完成初始化设定后即可对工业级机械臂A进行操控。多台工业级机械臂A的IP地址可同时连接上本多联控制器B，从而可使多台工业级机械臂A同时同步做出相同的动作。

本工业级机械臂多联控制系统只要制定好活动轴机构的数目和各连接支架1的长度，那么就可以制作出与市面上不同工业级机械臂A相应的多联控制器B；控制主板把记录下来的动作数据传送到要控制的工业级机械臂A中，工业级机械臂A通过接收器可接收来自多联控制器B发送过来的动作数据，并解码成工业级机械臂A能读懂的语言数据，这样工业级机械臂A就可根据接收到的动作数据完成相应的动作。多联控制器B可把动作数据同时传送到多台工业级机械臂A上，以便工业级机械臂A模仿多联控制器B的动作精准地完成相关工作，有效实行多联控制；此外本系统还具有记录功能，可以将操作员的动作存储记录上云端服务器，进而节省电脑编程时间，提高效率。其中，动作数据是不同时间点存储的活动轴机构的旋转角数据。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：包括用于同时控制一台以上工业级机械臂（A）的多联控制器（B）；所述多联控制器（B）包括与一台以上工业级机械臂（A）沟通互联的控制主板、及一组以上相互依次组装连接的活动轴机构；所述活动轴机构包括相互固定连接的连接支架（1）和活动底座（2）；上一组活动轴机构中的连接支架（1）通过相应的旋转角反馈装置（17）与下一组活动轴机构中的活动底座（2）转动连接，以便旋转角反馈装置（17）向控制主板反馈两活动轴机构之间的旋转角信息。

2.根据权利要求1所述工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：所述连接支架（1）的长度可调，调节方式为气压调节、液压调节、电动调节或人为调节。

3.根据权利要求2所述工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：所述连接支架（1）包括固定缸体（102）和活塞杆（101），活塞杆（101）端部伸缩滑动在固定缸体（102）内腔且彼此密封配合，固定缸体（102）内腔连接气压源或液压源。

4.根据权利要求2所述工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：所述连接支架（1）包括固定套筒（104）和活动杆（103）；所述固定套筒（104）上固定设置有调节电机，调节电机的电机轴固定连接有调节螺杆（105）；所述活动杆（103）端部伸缩滑动在固定套筒（104）内侧，活动杆（103）相对固定套筒（104）不可转动，活动杆（103）内侧设置有与调节螺杆（105）相螺接的调节螺孔。

5.根据权利要求2所述工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：所述连接支架（1）包括固定套管（107）和调节杆（106），固定套管（107）与调节杆（106）相互螺接。

6.根据权利要求2所述工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：所述连接支架（1）包括外套管（109）和内套管（108），内套管（108）端部伸缩滑动在外套管（109）内侧，外套管（109）上间隔式设有两个以上外调节孔（110），内套管（108）上设有一个以上内调节孔，一调节轴（111）同时插接一外调节孔（110）和一内调节孔。

7.根据权利要求1所述工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：所述工业级机械臂（A）上设置有用于接收来自多联控制器（B）发出的控制指令的接收器。

8.根据权利要求7所述工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：所述接收器上装载有用于将控制指令解码成工业级机械臂（A）能读懂的语言数据的指令解码程序。

9.根据权利要求1所述工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：所述工业级机械臂（A）为六轴机械臂；所述多联控制器（B）中的活动轴机构对应工业级机械臂（A）的轴数设置六组。

10.根据权利要求1所述工业级机械臂多联控制系统，其特征在于：所述多联控制器（B）上预设有连接清单，连接清单包括一台以上工业级机械臂（A）的IP地址和/或区域网络名称和/或相对应的密码。

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