工业机器人外环控制器及控制方法

摘要

本发明公开了一种工业机器人外环控制器及控制方法，包括外环总控制器、高速总线接口、人机交互接口、高速模拟接口、被控参数闭环调节器、机器人轨迹规划控制器和机器人接口；高速总线接口、人机交互接口、高速模拟接口、被控参数闭环调节器、机器人轨迹规划控制器和机器人接口均与外环总控制器连接；被控参数闭环调节器与机器人轨迹规划控制器连接；本发明通过高速总线接口或高速模拟接口实时采样外部参数，并由被控参数闭环调节器和机器人轨迹规划控制器对外部参数进行处理，以生成工业机器人可接受并能运行的位姿参数，从而在提升工业机器人对不同环境适配度的同时，提高了工业机器人的自动化及智能化，进而加强了工业机器人的实际生产能力。

权利要求

1.一种工业机器人外环控制器，其特征在于，包括外环总控制器、高速总线接口、人机交互接口、高速模拟接口、被控参数闭环调节器、机器人轨迹规划控制器和机器人接口；所述高速总线接口、所述人机交互接口、所述高速模拟接口、所述被控参数闭环调节器、所述机器人轨迹规划控制器和所述机器人接口均与所述外环总控制器连接；所述被控参数闭环调节器与所述机器人轨迹规划控制器连接；

所述人机交互接口，用于接收外环控制器参数配置信息；

所述外环总控制器，用于当在所述人机交互接口接收到外环控制器参数配置信息时，根据所述外环控制器参数配置信息启动所述高速总线接口或所述高速模拟接口；

所述高速总线接口或所述高速模拟接口，用于根据所述外环控制器参数配置信息对外部参数进行实时采样，得到采样参数；

所述外环总控制器，还用于将所述采样参数下发至所述被控参数闭环调节器；

所述被控参数闭环调节器，用于对所述采样参数进行实时闭环调节，以得到目标被控参数；

所述被控参数闭环调节器，还用于将所述目标被控参数下发至机器人轨迹规划控制器；

所述机器人轨迹规划控制器，用于接收所述目标被控参数，并将所述目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数；

所述机器人轨迹规划控制器，还用于通过所述外环总控制器将所述位姿参数发送至机器人接口；

所述机器人接口，用于将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人；

其中，所述被控参数闭环调节器包括比较器、PID调节器、第一限波器、第一滤波器、第二限波器及第二滤波器；所述比较器的第一端与所述外环总控制器连接，所述比较器的第二端与所述第二滤波器的一端连接，所述比较器的第三端与所述PID调节器的输入端连接；

所述PID调节器的输出端与所述第一限波器的输入端连接；所述第一限波器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接；所述第一滤波器的输出端与所述第二限波器的输入端连接；

所述第二限波器的输出端与所述机器人轨迹规划控制器连接；所述第二滤波器的另一端与所述高速总线接口或所述高速模拟接口连接；

所述被控参数闭环调节器，用于对所述采样参数进行实时闭环调节，以得到目标被控参数，包括：所述被控参数闭环调节器，还用于对所述采样参数进行预处理操作，得到第一参数；

所述被控参数闭环调节器，还用于将所述第一参数与预设被控参数进行比较，得到被控参数差值；

所述被控参数闭环调节器，还用于对所述被控参数差值进行调节，得到所述目标被控参数；

所述被控参数闭环调节器，还用于对所述被控参数差值进行调节，得到目标被控参数，包括：所述被控参数闭环调节器中的PID调节器，用于对所述被控参数差值进行偏差调节，得到第二参数；

所述被控参数闭环调节器中的第一限波器，用于对所述第二参数进行限波处理，得到第三参数；

所述被控参数闭环调节器中的第一滤波器，用于对所述第三参数进行滤波处理，得到第四参数；

所述被控参数闭环调节器中的第二限波器，用于对所述第四参数进行限波处理，得到所述目标被控参数；

所述机器人轨迹规划控制器包括规划模块和插补模块，所述规划模块的输入端与所述被控参数闭环调节器连接，所述规划模块的输出端与所述插补模块的输入端连接；所述插补模块的输出端与所述外环总控制器连接；所述机器人轨迹规划控制器，用于接收所述目标被控参数，并将所述目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数，包括：所述机器人轨迹规划控制器中的规划模块，用于接收所述目标被控参数，并对所述目标被控参数进行轨迹规划平滑处理，得到轨迹规划曲线；

所述机器人轨迹规划控制器中的规划模块，还用于将所述轨迹规划曲线发送至所述机器人轨迹规划控制器中的插补模块；

所述插补模块，用于接收所述轨迹规划曲线，并对所述轨迹规划曲线进行轨迹插补运算，得到所述工业机器人的位姿参数。

2.一种工业机器人外环控制器的控制方法，应用于如权利要求1中所述的工业机器人外环控制器，其特征在于，所述方法包括：人机交互接口当在接收到外环控制器参数配置信息时，外环总控制器根据所述外环控制器参数配置信息启动高速总线接口或高速模拟接口；

所述高速总线接口或所述高速模拟接口根据所述外环控制器参数配置信息对外部参数进行实时采样，得到采样参数；

所述外环总控制器将所述采样参数下发至被控参数闭环调节器；

所述被控参数闭环调节器对所述采样参数进行实时闭环调节，以得到目标被控参数；

所述被控参数闭环调节器将所述目标被控参数下发至机器人轨迹规划控制器；

所述机器人轨迹规划控制器接收所述目标被控参数，并将所述目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数；

所述机器人轨迹规划控制器通过所述外环总控制器将所述位姿参数发送至机器人接口；

所述机器人接口将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人；

其中，所述被控参数闭环调节器包括比较器、PID调节器、第一限波器、第一滤波器、第二限波器及第二滤波器；所述比较器的第一端与所述外环总控制器连接，所述比较器的第二端与所述第二滤波器的一端连接，所述比较器的第三端与所述PID调节器的输入端连接；

所述PID调节器的输出端与所述第一限波器的输入端连接；所述第一限波器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接；所述第一滤波器的输出端与所述第二限波器的输入端连接；

所述第二限波器的输出端与所述机器人轨迹规划控制器连接；所述第二滤波器的另一端与所述高速总线接口或所述高速模拟接口连接；

所述被控参数闭环调节器对所述采样参数进行实时闭环调节，以得到目标被控参数，包括：所述被控参数闭环调节器对所述采样参数进行预处理操作，得到第一参数；

所述被控参数闭环调节器将所述第一参数与预设被控参数进行比较，得到被控参数差值；

所述被控参数闭环调节器对所述被控参数差值进行调节，得到所述目标被控参数；

所述被控参数闭环调节器对所述被控参数差值进行调节，得到目标被控参数，包括：所述被控参数闭环调节器中的PID调节器对所述被控参数差值进行偏差调节，得到第二参数；

所述被控参数闭环调节器中的第一限波器对所述第二参数进行限波处理，得到第三参数；

所述被控参数闭环调节器中的第一滤波器对所述第三参数进行滤波处理，得到第四参数；

所述被控参数闭环调节器中的第二限波器对所述第四参数进行限波处理，得到所述目标被控参数；

所述机器人轨迹规划控制器包括规划模块和插补模块，所述规划模块的输入端与所述被控参数闭环调节器连接，所述规划模块的输出端与所述插补模块的输入端连接；所述插补模块的输出端与所述外环总控制器连接；所述机器人轨迹规划控制器接收所述目标被控参数，并将所述目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数，包括：所述机器人轨迹规划控制器中的规划模块接收所述目标被控参数，并对所述目标被控参数进行轨迹规划平滑处理，得到轨迹规划曲线；

所述机器人轨迹规划控制器中的规划模块将所述轨迹规划曲线发送至所述机器人轨迹规划控制器中的插补模块；

所述插补模块接收所述轨迹规划曲线，并对所述轨迹规划曲线进行轨迹插补运算，得到所述工业机器人的位姿参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述外环控制器参数配置信息包括传输总线类型、被控参数标幺化、与机器人数据传输频率、与机器人的数据交换协议及方式、PID调节器的控制参数、被控参数闭环调节器的控制频率和模拟通道采样数据分辨率中的一种或多种信息的组合。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述被控参数闭环调节器对所述采样参数进行预处理操作，得到第一参数，包括：所述被控参数闭环调节器中的第二滤波器对所述采样参数进行预处理操作，得到所述第一参数；其中，所述预处理操作为滤波处理。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述被控参数闭环调节器将所述第一参数与预设被控参数进行比较，得到被控参数差值，包括：所述被控参数闭环调节器中的比较器将所述第一参数与预设被控参数进行比较，得到所述被控参数差值。

说明书

工业机器人外环控制器及控制方法

技术领域

[0001] 本申请涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种工业机器人外环控制器及控制方法。

背景技术

[0002] 随着工业机器人的广泛推广应用，目前市场上绝大部分的工业机器人都是通过人工示教再现的方式重复性的做着简单的生产运动，完全是机械式的重复工作，并且早期的工业机器人更是由于技术水平的落后只有简单的运动功能，导致自动化程度较低；并且目前国内生产的很多工业机器人也仅仅只能做一些重复性的示教工作。此外，由于社会生产质量要求的提高及越来越多小批量，多种类的工作需要工业机器人来完成更加复杂及智能化的工作，都需要接入更多的外部传感器对工作环境进行识别检测以辅助工业机器人进行更高质量及更高智能化的工作，现有的工业机器人不能标准化的接入各种传感器及没有对应的传感控制器，因此，单靠工业机器人无法达到高质量、智能化的生产。

发明内容

[0003] 本申请实施例提供了一种工业机器人外环控制器及控制方法，旨在解决现有技术方法中工业机器人自动化、智能化不足的问题。

[0004] 为了解决上述问题，第一方面，本申请实施例提供了一种工业机器人外环控制器，包括外环总控制器、高速总线接口、人机交互接口、高速模拟接口、被控参数闭环调节器、机器人轨迹规划控制器和机器人接口；所述高速总线接口、所述人机交互接口、所述高速模拟接口、所述被控参数闭环调节器、所述机器人轨迹规划控制器和所述机器人接口均与所述外环总控制器连接；所述被控参数闭环调节器与所述机器人轨迹规划控制器连接；

[0005] 所述人机交互接口，用于接收外环控制器参数配置信息；

[0006] 所述外环总控制器，用于当在所述人机交互接口接收到外环控制器参数配置信息时，根据所述外环控制器参数配置信息启动所述高速总线接口或所述高速模拟接口；

[0007] 所述高速总线接口或所述高速模拟接口，用于根据所述外环控制器参数配置信息对外部参数进行实时采样，得到采样参数；

[0008] 所述外环总控制器，还用于将所述采样参数下发至所述被控参数闭环调节器；

[0009] 所述被控参数闭环调节器，用于对所述采样参数进行实时闭环调节，以得到目标被控参数；

[0010] 所述被控参数闭环调节器，还用于将所述目标被控参数下发至机器人轨迹规划控制器；

[0011] 所述机器人轨迹规划控制器，用于接收所述目标被控参数，并将所述目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数；

[0012] 所述机器人轨迹规划控制器，还用于通过所述外环总控制器将所述位姿参数发送至机器人接口；

[0013] 所述机器人接口，用于将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人。

[0014] 第二方面，本申请实施例提供了一种工业机器人外环控制器的控制方法，应用于如第一方面所述的工业机器人外环控制器，该方法包括：

[0015] 人机交互接口当在接收到外环控制器参数配置信息时，外环总控制器根据所述外环控制器参数配置信息启动高速总线接口或高速模拟接口；

[0016] 所述高速总线接口或所述高速模拟接口根据所述外环控制器参数配置信息对外部参数进行实时采样，得到采样参数；

[0017] 所述外环总控制器将所述采样参数下发至被控参数闭环调节器；

[0018] 所述被控参数闭环调节器对所述采样参数进行实时闭环调节，以得到目标被控参数；

[0019] 所述被控参数闭环调节器将所述目标被控参数下发至机器人轨迹规划控制器；

[0020] 所述机器人轨迹规划控制器接收所述目标被控参数，并将所述目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数；

[0021] 所述机器人轨迹规划控制器通过所述外环总控制器将所述位姿参数发送至机器人接口；

[0022] 所述机器人接口将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人。

[0023] 本发明实施例提供了一种工业机器人外环控制器及控制方法，包括外环总控制器、高速总线接口、人机交互接口、高速模拟接口、被控参数闭环调节器、机器人轨迹规划控制器和机器人接口；高速总线接口、人机交互接口、高速模拟接口、被控参数闭环调节器、机器人轨迹规划控制器和机器人接口均与外环总控制器连接；被控参数闭环调节器与机器人轨迹规划控制器连接。本发明通过高速总线接口或高速模拟接口实时采样外部参数，并由被控参数闭环调节器和机器人轨迹规划控制器对外部参数进行处理，以生成工业机器人可接受并能运行的位姿参数，从而在提升工业机器人对不同环境适配度的同时，提高了工业机器人的自动化及智能化，进而加强了工业机器人的实际生产能力。

附图说明

[0024] 为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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。

[0025] 图1为本发明实施例提供的工业机器人外环控制器的示意性框图；

[0026] 图2为本发明实施例提供的工业机器人外环控制器中被控参数闭环调节器的示意性框图；

[0027] 图3为本发明实施例提供的工业机器人外环控制器中机器人轨迹规划控制器的示意性框图；

[0028] 图4为本发明实施例提供的工业机器人外环控制器的控制方法的流程示意图。

[0029] 其中，图中各附图标记：

[0030] 100、外环总控制器；200、高速总线接口；300、人机交互接口；400、高速模拟接口；500、被控参数闭环调节器；510、比较器；520、PID调节器；530、第一限波器；540、第一滤波器；550、第二限波器；560、第二滤波器；600、机器人轨迹规划控制器；610、规划模块；620、插补模块；700、机器人接口。

具体实施方式

[0031] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0032] 应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

[0033] 还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

[0034] 还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

[0035] 请参阅图1，图1为本发明实施例提供的工业机器人外环控制器的示意性框图。本发明实施例提供了一种工业机器人外环控制器，包括外环总控制器100、高速总线接口200、人机交互接口300、高速模拟接口400、被控参数闭环调节器500、机器人轨迹规划控制器600和机器人接口700；所述高速总线接口200、所述人机交互接口300、所述高速模拟接口400、所述被控参数闭环调节器500、所述机器人轨迹规划控制器600和所述机器人接口700均与所述外环总控制器100连接；所述被控参数闭环调节器500与所述机器人轨迹规划控制器600连接。

[0036] 在一实施例中，所述人机交互接口300，用于接收外环控制器参数配置信息；所述外环总控制器100，用于当在所述人机交互接口300接收到外环控制器参数配置信息时，根据所述外环控制器参数配置信息启动所述高速总线接口200或所述高速模拟接口400。

[0037] 在本实施例中，所述人机交互接口300是用户与外环总控制器100的人机通道，用户可根据当前的应用场合，并通过所述人机交互接口300来进行外环控制器参数配置信息的设置。其中，外环控制器参数配置信息可为传输总线类型、被控参数标幺化、与机器人数据传输频率、与机器人的数据交换协议及方式、PID调节器的控制参数、滤波器的相关参数、被控参数闭环调节器的控制频率和模拟通道采样数据分辨率中的一种或多种信息的组合。当所述外环控制器参数配置信息设置完毕后，即可连接该外环总控制器100，使得外环总控制器100能够最快的适应当前的工业机器人及其工作环境，并能够正常工作起来，从而启动高速总线接口200或高速模拟接口400进行外部参数的实时采样。

[0038] 其中，所述外环总控制器100是控制中心，其内部拥有高性能的数字信号处理器，该处理器采用多核异构的架构方式，内部多达十几个内核，以满足对功能和性能的开发需求；从而通过所述外环总控制器100可负责整个系统的数据通讯处理、控制逻辑处理、时序控制、数据收集与分发、实时控制等功能。

[0039] 在一实施例中，所述高速总线接口200或所述高速模拟接口400，用于根据所述外环控制器参数配置信息对外部参数进行实时采样，得到采样参数。

[0040] 在本实施例中，所述高速总线接口200或所述高速模拟接口400是外部环境参数传感器变量输入的通道，用于获知外界环境的变化情况。其中，所述高速总线接口200用于使用在需要总线数据传输的场合，比如RS232、485、以太网、USB、光纤等。所述高速模拟接口400是模拟量输入通道，主要用于外部被控参数是模拟量电压直接输入的方式。此外，所述高速总线接口200或所述高速模拟接口400可根据所述外环控制器参数配置信息对外部环境参数传感器监测的外部参数进行实时采样，并通过所述高速总线接口200或所述高速模拟接口400内部集成的滤波算法对外部参数去除噪声信号后，得到采样参数；并将所述采样参数发送至外环总控制器100，以便于后续将采样参数转换为机器人所需调节的位姿参数。

[0041] 在一实施例中，所述外环总控制器100，还用于将所述采样参数下发至所述被控参数闭环调节器500。

[0042] 在本实施例中，将所述高速总线接口200或所述高速模拟接口400采样到的采样参数通过所述外环总控制器100下发至被控参数闭环调节器500，以便于后续对采样参数进行闭环调节。其中，所述被控参数闭环调节器500是对采样参数进行实时闭环控制的，能够实时对输入的外部环境的采样参数变化做出闭环响应。

[0043] 在一实施例中，所述被控参数闭环调节器500，用于对所述采样参数进行实时闭环调节，以得到目标被控参数。

[0044] 在本实施例中，所述被控参数闭环调节器500将接收到的采样参数进行实时闭环调节，得到目标被控参数，以保证输出的目标被控参数满足机器人的安全调节值；其中，该安全调节值保证在控制周期内输出的目标被控参数给工业机器人后，能够让工业机器人安全平稳的在控制周期内部完整运动执行，以防止控制周期内大幅的参数变化对工业机器人的运动带来抖动。

[0045] 在一实施例中，所述被控参数闭环调节器500，还用于将所述目标被控参数下发至机器人轨迹规划控制器600。

[0046] 在本实施例中，在所述被控参数闭环调节器500实现对采样参数的调节、得到目标被控参数后，所述被控参数闭环调节器500将得到的目标被控参数下发至机器人轨迹规划控制器600，以便于后续机器人轨迹规划控制器600将目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数。

[0047] 在一实施例中，所述机器人轨迹规划控制器600，用于接收所述目标被控参数，并将所述目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数。

[0048] 在本实施例中，所述机器人轨迹规划控制器600是将目标被控参数转换为机器人运动控制的位姿参数，在接收到所述目标被控参数后，通过所述机器人轨迹规划控制器600对所述目标被控参数计算，得到能保证工业机器人平稳的做出动作响应的位姿参数，以达到控制工业机器人协调稳定动作的效果。

[0049] 在一实施例中，所述机器人轨迹规划控制器600，还用于通过所述外环总控制器100将所述位姿参数发送至机器人接口700。

[0050] 在本实施例中，为了将机器人轨迹规划控制器600输出的工业机器人的位姿参数发送给工业机器人，通过机器人接口700这一设置，使得所述机器人轨迹规划控制器600可通过所述外环总控制器100将所述位姿参数发送至机器人接口700。其中，所述机器人接口700是与工业机器人进行数据交互的接口。

[0051] 在一实施例中，所述机器人接口700，用于将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人。

[0052] 在本实施例中，所述机器人接口700集成了标准的工业通讯总线接口，可与市面上大部分工业机器人对接，也可进行与相关工业机器人的通讯适配，只要是标准的工业通讯总线均可满足，比如EtherCat、ProfiNet、CanOpen等；从而通过所述机器人接口700可实现将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人，并且所述机器人接口700能实时刷新机器人的运动轨迹位姿，并将其发送给工业机器人。此外，所述机器人接口700还可对工业机器人进行通讯的二次开发工作，以制定与机器人对应的专用通讯控制协议；从而通过所述机器人接口700将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人，最终由工业机器人做出相应的位姿响应，使得工业机器人朝着被控预设参数的方向运动，进而提高生产质量。

[0053] 在一实施例中，如图1‑2所示，所述被控参数闭环调节器500包括比较器510、PID调节器520、第一限波器530、第一滤波器540、第二限波器550及第二滤波器560；所述比较器510的第一端与所述外环总控制器100连接，所述比较器510的第二端与所述第二滤波器560的一端连接，所述比较器510的第三端与所述PID调节器520的输入端连接；所述PID调节器
520的输出端与所述第一限波器530的输入端连接；所述第一限波器530的输出端与所述第一滤波器540的输入端连接；所述第一滤波器540的输出端与所述第二限波器550的输入端连接；所述第二限波器550的输出端与所述机器人轨迹规划控制器600连接；所述第二滤波器560的另一端与所述高速总线接口200或所述高速模拟接口400连接。

[0054] 在本实施例中，所述比较器510的第一端与所述外环总控制器100连接，所述比较器510的第二端与所述第二滤波器560的一端连接，所述比较器510的第三端与所述PID调节器520的输入端连接，从而将所述外环总控制器100中的预设被控参数与所述高速总线接口200或所述高速模拟接口400采样得到的采样参数通过所述比较器510进行比较得到被控参数差值，并将所述被控参数差值再经过所述PID调节器520、所述第一限波器530、所述第一滤波器540及所述第二限波器550的一连串限波及滤波处理后，以输出便于机器人轨迹规划器将其转换为机器人的实际动作轨迹的目标被控参数。

[0055] 在一实施例中，如图1‑3所示，所述机器人轨迹规划控制器600包括规划模块610和插补模块620，所述规划模块610的输入端与所述被控参数闭环调节器500连接，所述规划模块610的输出端与所述插补模块620的输入端连接；所述插补模块620的输出端与所述外环总控制器100连接。

[0056] 在本实施例中，所述机器人轨迹规划控制器600内设置有规划模块610和插补模块620；其中，所述机器人轨迹规划控制器600中的规划模块610用于将所述被控参数闭环调节器500输出的目标被控参数进行轨迹规划平滑处理，所述轨迹规划平滑处理具体为高阶样条平滑拟合控制及速度规划S型过渡算法，以保证轨迹规划曲线的平稳性；并且通过所述规划模块610的输出端与所述插补模块620的输入端连接，从而由所述机器人轨迹规划控制器
600中的插补模块620对所述轨迹规划曲线进行轨迹插补运算，轨迹插补运算具体为根据机器人闭环控制需要补偿的方向向量及姿态旋转轴向量进行工业机器人位置参数及姿态参数的周期变化插补输出，以计算出工业机器人的实际位姿参数；从而通过所述规划模块610和所述插补模块620规划出光滑平稳的机器人调节轨迹，进而可保证工业机器人的平稳运动。

[0057] 请参阅图4，图4为本发明实施例提供的工业机器人外环控制器的控制方法的流程示意图。本发明实施例还提供了一种工业机器人外环控制器的控制方法，该工业机器人外环控制器的控制方法应用于如图1‑3所示的工业机器人外环控制器。

[0058] 如图4所示，该方法包括步骤S110 S180。~

[0059] S110、人机交互接口当在接收到外环控制器参数配置信息时，外环总控制器根据所述外环控制器参数配置信息启动高速总线接口或高速模拟接口。

[0060] 其中，所述外环控制器参数配置信息包括传输总线类型、被控参数标幺化、与机器人数据传输频率、与机器人的数据交换协议及方式、PID调节器的控制参数、被控参数闭环调节器的控制频率和模拟通道采样数据分辨率中的一种或多种信息的组合。

[0061] 在本实施例中，所述人机交互接口是用户与外环总控制器的人机通道，用户可根据当前的应用场合，并通过所述人机交互接口来进行外环控制器参数配置信息的设置。其中，外环控制器参数配置信息可为传输总线类型、被控参数标幺化、与机器人数据传输频率、与机器人的数据交换协议及方式、PID调节器的控制参数、滤波器的相关参数、被控参数闭环调节器的控制频率和模拟通道采样数据分辨率中的一种或多种信息的组合。当所述外环控制器参数配置信息设置完毕后，即可连接该外环总控制器，使得外环总控制器能够最快的适应当前的工业机器人及其工作环境，并能够正常工作起来，从而启动高速总线接口或高速模拟接口进行外部参数的实时采样。

[0062] 其中，所述外环总控制器是控制中心，其内部拥有高性能的数字信号处理器，该处理器采用多核异构的架构方式，内部多达十几个内核，以满足对功能和性能的开发需求。从而通过所述外环总控制器可负责整个系统的数据通讯处理、控制逻辑处理、时序控制、数据收集与分发、实时控制等功能。

[0063] S120、所述高速总线接口或所述高速模拟接口根据所述外环控制器参数配置信息对外部参数进行实时采样，得到采样参数。

[0064] 在本实施例中，所述高速总线接口或所述高速模拟接口是外部环境参数传感器变量输入的通道，用于获知外界环境的变化情况。其中，所述高速总线接口用于使用在需要总线数据传输的场合，比如RS232、485、以太网、USB、光纤等。所述高速模拟接口是模拟量输入通道，主要用于外部被控参数是模拟量电压直接输入的方式。此外，所述高速总线接口或所述高速模拟接口可根据所述外环控制器参数配置信息对外部环境参数传感器监测的外部参数进行实时采样，并通过所述高速总线接口或所述高速模拟接口内部集成的滤波算法对外部参数去除噪声信号后，得到采样参数；并将所述采样参数发送至外环总控制器，以便于后续将采样参数转换为机器人所需调节的位姿参数。

[0065] S130、所述外环总控制器将所述采样参数下发至被控参数闭环调节器。

[0066] 在本实施例中，将所述高速总线接口或所述高速模拟接口采样到的采样参数通过所述外环总控制器下发至被控参数闭环调节器，以便于后续对采样参数进行闭环调节。其中，所述被控参数闭环调节器是对采样参数进行实时闭环控制的，能够实时对输入的外部环境的采样参数变化做出闭环响应。

[0067] S140、所述被控参数闭环调节器对所述采样参数进行实时闭环调节，以得到目标被控参数。

[0068] 在本实施例中，所述被控参数闭环调节器将接收到的采样参数进行实时闭环调节，得到目标被控参数，以保证输出的目标被控参数满足机器人的安全调节值；其中，该安全调节值保证在控制周期内输出的目标被控参数给工业机器人后，能够让工业机器人安全平稳的在控制周期内部完整运动执行，以防止控制周期内大幅的参数变化对工业机器人的运动带来抖动。

[0069] 在一实施例中，所述步骤S140包括：

[0070] 所述被控参数闭环调节器对所述采样参数进行预处理操作，得到第一参数；

[0071] 所述被控参数闭环调节器将所述第一参数与预设被控参数进行比较，得到被控参数差值；

[0072] 所述被控参数闭环调节器对所述被控参数差值进行调节，得到所述目标被控参数。

[0073] 在本实施例中，为了保证该被控参数闭环调节器输出的值对于工业机器人来说是安全的调节值，所述被控参数闭环调节器首先对所述采样参数进行预处理操作，以得到第一参数；从而将所述采样参数与预设被控参数作偏差比较，以得到被控参数差值；最后将被控参数差值进行闭环参数处理，从而得到目标被控参数，以供机器人轨迹规划控制器将其转换为工业机器人的实际动作轨迹参数。其中，闭环参数即是对被控对象反馈参数的采集识别，通过闭环控制器做闭环稳定控制得到输出补偿信息，如打磨力控，可采集力传感器的力反馈参数进行闭环控制，又如距离检测传感检测反馈的距离参数值，并做距离参数的闭环控制补偿等。

[0074] 在一实施例中，所述被控参数闭环调节器包括比较器、PID调节器、第一限波器、第一滤波器、第二限波器及第二滤波器；所述比较器的第一端与所述外环总控制器连接，所述比较器的第二端与所述第二滤波器的一端连接，所述比较器的第三端与所述PID调节器的输入端连接；所述PID调节器的输出端与所述第一限波器的输入端连接；所述第一限波器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接；所述第一滤波器的输出端与所述第二限波器的输入端连接；所述第二限波器的输出端与所述机器人轨迹规划控制器连接；所述第二滤波器的另一端与所述高速总线接口或所述高速模拟接口连接；

[0075] 所述被控参数闭环调节器对所述采样参数进行预处理操作，得到第一参数，包括：

[0076] 所述被控参数闭环调节器中的第二滤波器对所述采样参数进行预处理操作，得到所述第一参数；其中，所述预处理操作为滤波处理。

[0077] 在本实施例中，为了去除采样参数的外部噪声信号，需通过被控参数闭环调节器中的第二滤波器对采样参数进行采样滤波处理，以去除高频噪音信号对工业机器人外环控制器的影响。

[0078] 在一实施例中，所述被控参数闭环调节器包括比较器、PID调节器、第一限波器、第一滤波器、第二限波器及第二滤波器；所述比较器的第一端与所述外环总控制器连接，所述比较器的第二端与所述第二滤波器的一端连接，所述比较器的第三端与所述PID调节器的输入端连接；所述PID调节器的输出端与所述第一限波器的输入端连接；所述第一限波器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接；所述第一滤波器的输出端与所述第二限波器的输入端连接；所述第二限波器的输出端与所述机器人轨迹规划控制器连接；所述第二滤波器的另一端与所述高速总线接口或所述高速模拟接口连接；

[0079] 所述被控参数闭环调节器将所述第一参数与预设被控参数进行比较，得到被控参数差值，包括：

[0080] 所述被控参数闭环调节器中的比较器将所述第一参数与预设被控参数进行比较，得到所述被控参数差值。

[0081] 在本实施例中，经过所述第二滤波器的采样滤波处理后，通过所述比较器将所述第一参数与所述外环总控制器中的预设被控参数作偏差比较，得到所述被控参数差值，以便于后续所述PID调节器、所述第一限波器、所述第一滤波器及所述第二限波器可根据所述被控参数差值进行闭环参数处理。

[0082] 在一实施例中，所述被控参数闭环调节器包括比较器、PID调节器、第一限波器、第一滤波器、第二限波器及第二滤波器；所述比较器的第一端与所述外环总控制器连接，所述比较器的第二端与所述第二滤波器的一端连接，所述比较器的第三端与所述PID调节器的输入端连接；所述PID调节器的输出端与所述第一限波器的输入端连接；所述第一限波器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接；所述第一滤波器的输出端与所述第二限波器的输入端连接；所述第二限波器的输出端与所述机器人轨迹规划控制器连接；所述第二滤波器的另一端与所述高速总线接口或所述高速模拟接口连接；

[0083] 所述被控参数闭环调节器对所述被控参数差值进行调节，得到目标被控参数，包括：

[0084] 所述被控参数闭环调节器中的PID调节器对所述被控参数差值进行偏差调节，得到第二参数；

[0085] 所述被控参数闭环调节器中的第一限波器对所述第二参数进行限波处理，得到第三参数；

[0086] 所述被控参数闭环调节器中的第一滤波器对所述第三参数进行滤波处理，得到第四参数；

[0087] 所述被控参数闭环调节器中的第二限波器对所述第四参数进行限波处理，得到所述目标被控参数。

[0088] 在本实施例中，在经过第一参数与预设被控参数进行比较计算出被控参数差值后，所述被控参数差值经过所述被控参数闭环调节器中的PID调节器进行偏移量调节后，得到第二参数；经过所述被控参数闭环调节器中的第一限波器对第二参数进行限波处理，得到第三参数；其中，所述第一限波器用于保证第三参数的幅值范围在预设幅值安全范围内；经过所述被控参数闭环调节器中的第一滤波器对所述第三参数进行滤波处理，得到第四参数；其中，所述第一滤波器用于保证高频抖动干扰信号不影响所述第四参数，再经过所述被控参数闭环调节器中的第二限波器对所述第四参数进行限波处理，得到所述目标被控参数；其中，所述第二限波器是用于保证所述目标被控参数对于工业机器人来说是安全的调节值，以便于机器人轨迹规划器将其转换为机器人的实际动作轨迹参数。

[0089] S150、所述被控参数闭环调节器将所述目标被控参数下发至机器人轨迹规划控制器。

[0090] 在本实施例中，在所述被控参数闭环调节器实现对采样参数的调节、得到目标被控参数后，所述被控参数闭环调节器将得到的目标被控参数下发至机器人轨迹规划控制器，以便于后续机器人轨迹规划控制器将目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数。

[0091] S160、所述机器人轨迹规划控制器接收所述目标被控参数，并将所述目标被控参数转换为工业机器人的位姿参数。

[0092] 在本实施例中，所述机器人轨迹规划控制器是将目标被控参数转换为机器人运动控制的位姿参数，在接收到所述目标被控参数后，通过所述机器人轨迹规划控制器对所述目标被控参数计算，得到能保证工业机器人平稳的做出动作响应的位姿参数，以达到控制工业机器人协调稳定动作的效果。

[0093] 在一实施例中，所述机器人轨迹规划控制器包括规划模块和插补模块，所述规划模块的输入端与所述被控参数闭环调节器连接，所述规划模块的输出端与所述插补模块的输入端连接；所述插补模块的输出端与所述外环总控制器连接；所述步骤S160包括：

[0094] 所述机器人轨迹规划控制器中的规划模块接收所述目标被控参数，并对所述目标被控参数进行轨迹规划平滑处理，得到轨迹规划曲线；

[0095] 所述机器人轨迹规划控制器中的规划模块将所述轨迹规划曲线发送至所述机器人轨迹规划控制器中的插补模块；

[0096] 所述插补模块接收所述轨迹规划曲线，并对所述轨迹规划曲线进行轨迹插补运算，得到所述工业机器人的位姿参数。

[0097] 在本实施例中，所述机器人轨迹规划控制器内设置有规划模块和插补模块；其中，所述机器人轨迹规划控制器中的规划模块将所述被控参数闭环调节器输出的目标被控参数进行轨迹规划平滑处理，所述轨迹规划平滑处理具体为高阶样条平滑拟合控制及速度规划S型过渡算法，以保证轨迹规划曲线的平稳性，再经过所述机器人轨迹规划控制器中的插补模块对所述轨迹规划曲线进行轨迹插补运算，轨迹插补运算具体为根据机器人闭环控制需要补偿的方向向量及姿态旋转轴向量进行工业机器人位置参数及姿态参数的周期变化插补输出，以计算出工业机器人的实际位姿参数。此外，所述机器人轨迹规划控制器的控制频率最快可设置为1KHZ，即每1ms周期计算出一个机器人位姿插补点；从而通过规划模块和插补模块能够规划出光滑平稳的机器人调节轨迹，进而可保证工业机器人的平稳运动。

[0098] S170、所述机器人轨迹规划控制器通过所述外环总控制器将所述位姿参数发送至机器人接口。

[0099] 在本实施例中，为了将机器人轨迹规划控制器输出的工业机器人的位姿参数发送给工业机器人，通过机器人接口这一设置，使得所述机器人轨迹规划控制器可通过所述外环总控制器将所述位姿参数发送至机器人接口。其中，所述机器人接口是与工业机器人进行数据交互的接口。

[0100] S180、所述机器人接口将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人。

[0101] 在本实施例中，所述机器人接口集成了标准的工业通讯总线接口，可与市面上大部分工业机器人对接，也可进行与相关工业机器人的通讯适配，只要是标准的工业通讯总线均可满足，比如EtherCat、ProfiNet、CanOpen等；从而通过所述机器人接口可实现将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人，并且所述机器人接口能实时刷新机器人的运动轨迹位姿，并将其发送给工业机器人。此外，所述机器人接口还可对工业机器人进行通讯的二次开发工作，以制定与机器人对应的专用通讯控制协议；从而通过所述机器人接口将所述位姿参数传输至待连接的工业机器人，最终由工业机器人做出相应的位姿响应，使得工业机器人朝着被控预设参数的方向运动，进而提高生产质量。

[0102] 本发明实施例通过高速总线接口或高速模拟接口实时采样外部参数，并由被控参数闭环调节器和机器人轨迹规划控制器对外部参数进行处理，以生成工业机器人可接受并能运行的位姿参数，从而在提升工业机器人对不同环境适配度的同时，提高了工业机器人的自动化及智能化，进而加强工业机器人的实际生产能力。

[0103] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。