(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210381350.1 (22)申请日 2022.04.12 (71)申请人 南京工程学院 地址 211167 江苏省南京市江宁区弘景 大 道1号 (72)发明人 黄家才　周楷文　蔡秋生　邢磊　 包光旋　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 专利代理师 苏一帜 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 9/08(2006.01) B25J 13/00(2006.01) (54)发明名称 基于模型及机器视觉的低成本六轴串联机 器人控制系统 (57)摘要 本发明实施例公开了一种基于模型及机器 视觉的低成本六轴串 联机器人控制系统， 涉及多 关节机器人的控制技术， 能够降低开发的周 期， 提高了开发效率， 还能满足机器人控制的实时性 要求。 本发明包括： 在六轴串联机器人控制过程 中， 采用宿主机2与目标机3交互的方式进行控 制， 其中， 宿主机2和目标机3都属于计算机设备， 其中， 宿主机2可 以理解为运行各类软件程序的 PC机。 目标机3则可以是工控机， 用于装 载实时内 核， 实时内核中运行实时环境， 用于下载并运行 来自宿主机2的代码， 并在宿主机2上 维护这些代 码。 本实施例主要应用于六轴串联机器人， 可 以 直控制6个关节电机模块6， 无需使用运动控制柜 进行间接控制， 提高了实时性。 权利要求书2页 说明书11页 附图4页 CN 114770501 A 2022.07.22 CN 114770501 A 1.一种基于模型及机器视觉的低成本六轴串联机器人控制系统， 其特征在于， 其组成 部分至少包括： 图像采集装置(1)、 宿主机(2)、 目标机(3)、 数据采集卡(4)、 总线控制模块 (5)和关节电机模块(6)； 图像采集装置(1)与宿主机(2)相连接， 宿主机(2)与目标机(3)相连接， 目标机(3)与数 据采集卡(4)通过总线连接， 数据采集卡(4)与总线控制模块(5)连接， 总线控制模块(5)与 关节电机模块(6)通过控制总线相连接； 图像采集装置(1)包括： 摄像头、 电源线和数据传输线， 图像采集装置(1)用于对六轴串 联机器人进行拍摄并将图像上传至宿主机(2)； 宿主机(2)用于对所述六轴串联机器人进行手 眼标定， 并根据工件位置确定所述六轴 串联机器人末端执 行器所达 到的最终位置； 目标机(3)内安装并运行实时内核， 在实时内核环境下运行的程序运算后所输出的数 据， 向宿主机(2)传输， 其中， 目标机(3)所输出的数据包括： 通过运算得到各关节电机的位 置信息、 速度信息和 加速度信息； 数据采集 卡(4)的组成部分至少包括： 主控芯片和通信接口芯片； 总线控制模块(5)通过控制总线将目标机(3)所输出的数据传输至各个关节电机模块 (6)， 其中， 每一个 关节电机模块(6)的组成部分至少包括了： 电机控制单元(6 ‑1)、 电机驱动 单元(6‑2)、 电机本体(6 ‑3)和编码器(6 ‑4)， 编码器(6 ‑4)分别连接电机控制单元(6 ‑1)和电 机本体(6 ‑3)， 电机控制单元(6 ‑1)与电机驱动单元(6 ‑2)连接， 与电机驱动单元(6 ‑2)连接 电机本体(6‑3)； 电机控制单元(6 ‑1)用于接收由目标机(3)所输出的数据， 进行滤波处理后生成PWM波 或者SVPWM波发送给电机驱动单 元(6‑2)。 2.根据权利要求1所述的控制系统， 其特征在于， 电机控制单元(6 ‑1)还用于将编码器 (6‑4)输出的运行数据通过控制总线上传总线控制模块(5)并反馈至数据采集卡(4)， 再由 数据采集 卡(4)将运行 数据上传至目标机(3)。 3.根据权利要求1所述的控制系统， 其特 征在于， 在 宿主机(2)的软件环境采用RTW。 4.根据权利要求1所述的控制系统， 其特征在于， 数据采集卡(4)中采用的主控芯片包 括： ZYNQ芯片； 也可以采用FPGA芯片和D SP芯片中的至少一种； 数据采集卡(4)中采用的通信接口芯片包括： PCI芯片、 PCIE芯片和ISA芯片中的至少一 种， 以及PH Y芯片。 5.根据权利 要求1所述的控制系统， 其特征在于， 数据采集卡(4)与目标机(3)之间通过 通信总线建立连接， 所述 通信总线包括： PCI总线、 PCIE总线和ISA总线中的至少一种； 数据采集卡(4)与各个关节电机的电机控制单元之间建立连接， 建立连接的方式包括： EtherCAT总线。 6.一种控制方法， 应用于权利要求1 ‑5中任意一项所述的控制系统， 其特征在于， 所述 控制方法包括： 步骤1、 通过图像采集装置(1)拍摄六轴串联机器人和工件， 并对六轴串联机器人进行 手眼标定； 步骤2、 利用所拍摄的拍摄确定工件的位置信息， 并将工件的位置信息发送至宿主机权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114770501 A 2(2)； 步骤3、 宿主机(2)根据工件位置确定所述六轴 串联机器人末端执行器所达到的最终位 置信息； 步骤4、 宿主机(2)将所述最终位置信息传输至目标机(3)， 由目标机(3)利用所述最终 位置信息得到驱动信息； 步骤5、 目标机(3)将所述驱动信息传送至数据采集卡(4)， 数据采集卡(4)通过总线控 制模块(5)将驱动信息发送至关节电机模块(6)； 步骤6、 关节电机模块(6)根据所述驱动信息控制关节电机模块(6)的电机 本体(6‑3)。 7.根据权利要求6所述的控制方法， 其特 征在于， 在执 行S1之前， 还 包括： 在宿主机(2)中加载数据采集卡(4)的驱动函数， 其中， 宿主机(2)采用RTW的双机模式， 并在宿主机(2)中建立模型， 所建立的模型包括控制算法模型； 将所建立的模型 下载值目标机(3)并运行。 8.根据权利要求7所述的控制方法， 其特征在于， 所述控制算法模型， 运行在宿主机(2) 建立的整数阶PI控制器上， 包括电流环整数阶控制器和速度环分数阶控制器； 所述控制算法模型包括建立在电流环整数阶控制器上的电流环传递模型和速度环分 数阶控制器上的分数阶微分模型。 9.根据权利要求7所述的控制方法， 其特征在于， 所建立的模型还包括图像处理模型， 其中， 所述图像处理模型用于获取所述目标物体在六轴串联机器人的基坐标系下的三维坐 标， 其中， 所述 转换模型包括： 其中， 表示图像坐标系在图像采集装置(1)的坐标系中的位置关系， 表示图像 采集装置(1)的坐标系在六轴串联机器人的基坐标系中的位置 关系， u,v表 示在图像坐标系 下两个轴上的坐标， x， y， z表示在六轴串联机器人的基坐标系下的三个轴上的坐标。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114770501 A 3