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技术领域

本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种混合式机器人控制装置。

背景技术

随着社会科技的发展，机器人的应用越来越广泛。从日常生活到工业生产，人们对机器人的需求越来越大。如何降低混合式机器人控制装置的成本、提高其通用性、提高其可靠性也越加变得重要。

机器人的关节通常比较多，理论上有两个关节以上，因此机器人就可以在一定区间内的任何一点进行任何方位的操作。混合式机器人控制装置需要控制每个关机完成不同的动作，因此当机器人关节较多时，往往导致控制装置比较复杂，并且，当机器人的关节的增多和减少时，对混合式机器人控制装置的需求也不一样，导致现有技术中，对机器人控制器的结构复杂，开发成本和生产成本较高。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种混合式机器人控制装置，旨在解决现有技术中机器人控制器的结构复杂，开发成本和生产成本较高的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种混合式机器人控制装置，用于具有混合控制功能的多关节的机器人，所述机器人包括采用集中式控制的至少一个第一类关节和/或采用分布式控制的至少一个第二类关节，所述控制器装置包括中央处理器、集中式控制模块、及通讯模块：

所述中央处理器包括集中式控制模块和分布式控制模块，所述集中式控制模块设有至少一个驱动控制通道，所述驱动控制通道的数量大于或等于所述第一类关节的数量，每个驱动控制通道与一个集中式关节驱动模块连接，每个集中式关节驱动模块与一个所述第一类关节的伺服电机电连接，以实现对所述第一类关节的集中控制；

所述分布式控制模块通过所述通讯模块与所述第二类关节的分布式关节驱动连接，以实现对所述第二类关节的分布式控制。

提供一种如上所述的控制装置，所述中央处理器还设有互联网控制模块，所述控制装置还包括网关，所述互联网控制模块与所述通讯模块连接，所述通讯模块与所述网关连接，所述互联网控制模块通过所述网关与互联网通讯并接受所述互联网控制的信号对集中式和分布式的关节驱动控制器进行分别和协调控制。

提供一种如上所述的控制装置，所述集中式关节驱动模块设有四个驱动控制通道。

提供一种如上所述的控制装置，所述通讯模块通过控制器局域网CAN总线与分布式控制模块通讯连接。

提供一种如上所述的控制装置，所述控制装置还设有信号处理模块，所述信号处理模块与所述中央处理器通讯连接，将接收的信号处理后发送给所述中央处理器。

提供一种如上所述的控制装置，所述控制装置还设有附加控制模块，所述附加控制模块与所述中央处理器通讯连接。

提供一种如上所述的控制装置，所述控制装置还设有外壳，所述外壳设有第一接口及第二接口，所述中央处理器、所述集中式关节驱动模块及所述通讯模块设于所述外壳之中，所述第一接口与所述集中式关节驱动模块的驱动控制通道连接，所述第二接口与所述通讯模块连接。

本发明提出的混合式机器人控制装置及机器人，支持集成式的控制，又支持分布式的控制，具有很大的机动性，控制装置能直接控制多达四个由电机驱动的关节和多个分布式的机器人关节。机器人关节的增加可以采用积木式随时增加。并且该控制装置具备互联网的功能，能为智能加工、质量管理提供了渠道。四关节集成式控制减少了控制器的成本，减轻了控制器的重量，缩小了控制器的体积，降低了控制器的能耗，并且可实现远程协调作业。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种控制装置的一个可行的实施方式的模块结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种控制装置的另一个可行的实施方式的模块结构示意图；

图3为本发明实施例一所示的控制装置的外壳示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种机器人的示意图；

图5为本发明实施例二所示机器人的一个电控电动执行机构的结构示意图；

图6为本发明实施例二所示机器人的控制装置与各执行机构的连接示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现在将参考附图描述实现本发明各个实施例的移动终端。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。

本发明实施例一提出一种混合式机器人控制装置，适用于具有混合控制系统的机器人，该机器人包括采用集中式控制的至少一个第一类关节和/或采用分布式控制的至少一个第二类关节。

在一个可行的方案中，请参阅图1，控制装置包括中央处理器11及网关12。

中央处理器包括集中式控制模块111、分布式控制模块112、通讯模块113、互联网控制模块114。

集中式控制模块111设有四个驱动控制通道，每个驱动控制通道与一个集中式关机驱动模块1111连接。每个集中式关节驱动模块1111与一个第一类关节的伺服电机电连接，以实现对所述第一类关节的集中控制。

需要说明的是，实际应用中，驱动控制通道和集中式关节驱动模块的数量可以根据需要进行设置，驱动控制通道的数量大于或等于所述第一类关节的数量。

分布式控制模块112通过通讯模块113与第二类关节的分布式关节驱动191、192、19n连接，以实现对所述第二类关节的分布式控制。

实际应用中，通讯模块13可以采用控制器局域网络（ControllerAreaNetwork，CAN）总线与分布式控制模块112进行通讯。

互联网控制模块114与所述通讯模块113连接，所述通讯模块113与所述网关12连接，所述互联网控制模块114通过所述网关12与互联网通讯并接受所述互联网控制的信号对集中式控制模块和分布式控制模块分别进行调节控制。

通过互联网控制模块114，机器人系统中的自动检测和统计都可以通过互联网汇报给互联网模块。新程序的更新、新产品的加工工艺、质量检测、也通过互联网模块更新和完成。

比如产品下线检测台在检测中发现某个加工工艺有误差，数据结果通过互联网报告到负责加工的该机器人及时对不同关节进行自动调整以消除误差。

新的加工方案可以远程更新，不需要人在运动中的机器人之间更新程序。由于一个机器人的活动区间变化，相邻的机械人也要自动地对活动空间进行调整以免相互碰撞发生危险。

互联网控制模块114为智能加工、质量管理提供了渠道，克服了现有技术中，机器人只能单个作业，机器人之间不能相互协调，从质量部门反馈的质量问题不能及时调整，改善，新的加工要在比较危险的现场改程序的缺陷。

在一个可行的方案中，如图2所示，控制装置结构基础上还设有如下模块：

信号处理模块13与该中央处理器11通讯连接，将接收的信号处理后发送给该中央处理器11。该信号处理模块可以接收机器人的第一类关节及第二类关节上设置的传感器（如位置传感器和/或角度传感器）发送的信号，并将接收到的信号处理后发送给中央处理器11，中央处理器11可以根据接收的数据调整各关节的运动。

附加控制模块14，附加控制模块14与该中央处理器11通讯连接，用于控制机器人系统中其它的应用，如冷却液开关、指示灯、故障灯等。

电源模块15，用于为控制装置的各元件提供电力支持。

在一个可行的方案中，请参阅图3，控制装置可以设置一个外壳31。该外壳31设有接口32。该接口32包括第一接口及第二接口，控制装置的各组成元件设于该外壳31之中，该第一接口与该集中式关节驱动模块1111电连接，该第二接口与该通讯模块113连接。

本实施例的混合式机器人控制装置既能够支持集成式的控制，又能够支持分布式的控制，具有很大的灵活性。并且由于采用了分布式的控制，因此能够控制任意关节数量的机器人，具有较高的通用性。

在上述实施例的基础上，本发明还提供了一种机器人，请参阅图4，本实施例以6关节的机器人为例进行说明。

该机器人具有四个第一类关节和两个第二类关节。四个第一个关节分别对应图3中的电控电动执行机构410、420、430及440，该四个电控电动执行机构采用集中式控制。

具体请参阅5，为一个电控电动执行机构的结构示意图。包括：为驱动电机510、传动机构520、反馈位置传感器530及机械手臂540。驱动电机510在驱动控制通道的控制下转动，通过传动结构520带动机械手臂540运动，反馈位置传感器530则采集电控电动执行机构的位置信息并将信息反馈给中央控制器。

本实施例中，控制装置设有多达四个驱动控制通道，每个控制通道可分别控制一个电控电动执行机构的伺服电机的正反转和速度快慢、位置等。每个电机功率可达400W。实际应用中，这四个驱动控制通道也可以直接用于液压阀或电子开关的控制，如对液压系统和更大功率电机的进行开关控制。

需要说明的是，根据能简单就尽量简单的原则（柔性系统的通用性要求除外），一般只需要一个关节的机器人就不需要配置两个关节。大多数情况下，机器人上的关节驱动功率有大有小。末端的执行机构通常比基础的执行机构功率小些。因此，可以根据机器人各关节的驱动动力需求选择通用机器人控制器的输出控制通道。与传统的机器人无论功率大小大多采用液压不同，现在小功率的执行机构都可以采用电控电机的驱动方式。

该机器人的两个第二类关节对应分布式控制执行机构450和460，其中每个分布式控制执行机构均设有一个分布式关节驱动。

实际应用中，对于大功率的关节，采用分布式控制。分布式控制执行机构采用带分布式关节驱动控制器的外驱动电路。中央处理器通过CAN或其它通讯方式控制分布式控制执行机构450、456。这些分布式控制执行机构可以是液压的气动的或更大功率的电动执行机构，用于控制底座关节和高度控制关节等负载比较大的关节。

实际应用中，第一类关节及该第二类关节上均可设置位置传感器和/或角度传感器，位置传感器和/或角度传感器采集的信号发送给该控制器的信号处理模块。这样控制装置便可以根据这些信号调整、修正各关节的运动。

该机器人的底座设有控制器安装槽，该控制装置安装在该安装槽内。

请继续参阅图6，为控制装置470与机器人各关节执行机构之间的连接关系示意图。

控制装置470的四个驱动控制通道分别与机器人的四个电控电动执行机构410、420、430及440电连接。

控制装置470的中央处理器通过CAN总线分别与两个分布式控制执行机构450和460通讯连接。

控制装置470的互联网模块与网关480通讯连接。

本实施例的机器人既支持集成式的控制，又支持分布式的控制，具有很大的机动性，控制装置能直接控制多达四个由电机驱动的关节和多个分布式的机器人关节。机器人关节的增加可以采用积木式随时增加。并且，该控制装置具备互联网的功能，能为智能加工、质量管理提供了渠道。四关节集成式控制减少了控制器的成本，减轻了控制器的重量，缩小了控制器的体积，降低了控制器的能耗。它的通用性更有利于机器人的发展。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。