CN103737603A - 一种流水线上机械臂精确控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流水线上机械臂精确控制系统，它包括传感器、运动控制器、PID控制器和运动控制处理器，传感器、运动控制器、PID控制器和运动控制处理器设置在在机械臂的各运动关节点上。一种流水线上机械臂精确控制方法，其具体技术方案为：用户确定机械臂的加工运动轨迹路线；机械臂控制系统根据用户输入的机械臂运动轨迹路线图，对任务进行分解；根据输入的控制参量输出运动控制结果，驱动机械臂关节点进行相应的运动控制；运动控制处理器对机械臂的运动过程进行驱动，定位到当前机械臂的运动状态，而且根据机械臂运动控制预先设定的运动轨迹，由运动控制处理器执行运动控制任务。本发明提高了对于机械臂控制的效率和响应速度，保障了机械臂运动过程控制的准确性和精确性。
Description
技术领域
本发明属于一种应用在流水线上的机械臂精确控制领域，尤其是具有固定运动轨迹特征的机械臂运动控制系统和方法。
背景技术
目前在现代加工生产流水线上有着大量的机械臂代替人工的手工操作。通过利用机械臂实现产品的加工和装配，能够大幅度提高产品加工的效率，降低人工成本。然而在生产流水线上所部署的大量机械臂进行加工生产时，特别注重机械臂的运动控制精度，尤其是对一些加工装配相对机密的应用场合，对机械臂的应用精度提出了更高的要求。另一方面应用于加工装配的机械臂结构复杂，对机械臂的运动过程也相对复杂。为了提高机械臂加工装配的效率，对机械臂运动控制的响应速度又提出了较高的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种流水线上机械臂精确控制系统及
控制方法，能够满足生产流水线机械臂的运动控制要求，并为流水线的生产提供高效率的控制效果。
为解决上述技术问题，本发明提供一种流水线上机械臂精确控制系统，它包括传感器、运动控制器、PID控制器和运动控制处理器，传感器、运动控制器、PID控制器和运动控制处理器设置在在机械臂的各运动关节点上，传感器获取机械臂各关节点当前的控制状态；运动控制器则是向机械臂的关节点发出运动控制信号，促使关节点按预定的方式进行运动；PID控制器实现运动过程的控制，以确保机械臂运动关节点的运动控制过程，能够实现快速稳定的控制效果；运动控制处理器计算机械臂当前的运动状态，将控制信息通过PID控制器传输至关节点的运动控制器，由运动控制器直接控制关节点的运动角度，运动控制处理器包括多处理器运动协同控制器，协调每个关节点上PID控制器和运动控制器任务执行。
所述的运动控制处理器还包括协从MCUARM处理器，以便更迅速的协调每个关节点上PID控制器和运动控制器任务执行。
所述的PID控制器包括比例控制器、积分控制器和微分控制器，以更细微精确的对运动控制器进行控制，达到精确控制机械臂运动的目的。
所述的每个PID控制器分别对三维中X轴、Y轴、Z轴运动量进行控制。
一种流水线上机械臂精确控制方法，其具体技术方案为：
一、机械臂工作之前，由用户确定机械臂的加工运动轨迹路线，并将所确定的加工轨迹路径作为输入参数，送给机械臂控制系统；
二、机械臂控制系统根据用户输入的机械臂运动轨迹路线图，对任务进行分解，根据机械臂的运动轨迹路径，确定机械臂各运动关节点的控制顺序，从第一个机械臂关节点运动控制任务为起点，计算该关节点当前的状态与运动目标点之间的差值，计算出当前关节点的运动控制要求，之后以某一关节点的运动差值作为输入条件，计算该关节点的运动结果对另一关节点的影响情况，之后再结合初始设定的运动轨迹路线，计算关节点的运动控制差值，如此不断传递，最后得到机械臂上所有关节点的运动控制差值，再将所计算得到的运动控制差值分别传给每个关节点的控制处理器；
三、单个的关节点运动控制处理器收到运动控制差值信号之后，将控制信号送入PID控制器，根据输入的控制参量输出运动控制结果，驱动机械臂关节点进行相应的运动控制；
四、机械臂上的运动控制处理器对机械臂的运动过程进行驱动，同时对机械臂当前所处的状态进行采样，采样过程中由部署在机械臂上的位置传感器，获取机械臂的位置信息，运动控制处理器根据采集到的位置信息，定位到当前机械臂的运动状态，同时运动控制处理器从预先规划的运动轨迹路线中读取初始的运动轨迹信息，将二者进行对比计算当前的运动位置差值，而且根据机械臂运动控制预先设定的运动轨迹，还能够计算得到当前运动状态到下一个运动状态之间的时间差，之后运动控制处理器将计算得到的运动位置差值和时间差值，共同送入协从处理器，协从处理器经分析之后给运动控制处理器反馈信息，由运动控制处理器执行运动控制任务。
所述的运动控制处理器对机械臂运动轨迹路径任务的拆分，并将运动轨迹控制任务拆分成机械臂多个关节的具体控制任务，并协同机械臂各个从控制器联合工作，共同实现机械臂的运动控制任务。
本发明所提出的一种流水线上机械臂精确控制系统及控制方法，提高了对于机械臂控制的效率和响应速度，保障了机械臂运动过程控制的准确性和精确性。
附图说明
图1是本发明所提出的一种流水线上机械臂精确控制系统示意图。
图2是PID控制器控制原理示意图。
图3是一种流水线上机械臂精确控制方法流程示意图。
图4是关节点间运动控制器控制原理图。
具体实施方式
参见附图，一种流水线上机械臂精确控制系统，它包括传感器、运动控制器、PID控制器和运动控制处理器，传感器、运动控制器、PID控制器和运动控制处理器设置在在机械臂的各运动关节点上，传感器获取机械臂各关节点当前的控制状态；运动控制器则是向机械臂的关节点发出运动控制信号，促使关节点按预定的方式进行运动；PID控制器实现运动过程的控制，以确保机械臂运动关节点的运动控制过程，能够实现快速稳定的控制效果；运动控制处理器计算机械臂当前的运动状态，将控制信息通过PID控制器传输至关节点的运动控制器，由运动控制器直接控制关节点的运动角度，运动控制处理器包括多处理器运动协同控制器，协调每个关节点上PID控制器和运动控制器任务执行。
所述的运动控制处理器还包括协从MCUARM处理器，以便更迅速的协调每个关节点上PID控制器和运动控制器任务执行。
所述的PID控制器包括比例控制器、积分控制器和微分控制器，以更细微精确的对运动控制器进行控制，达到精确控制机械臂运动的目的。
所述的每个PID控制器分别对三维中X轴、Y轴、Z轴运动量进行控制。
一种流水线上机械臂精确控制方法，其具体技术方案为：
一、机械臂工作之前，由用户确定机械臂的加工运动轨迹路线，并将所确定的加工轨迹路径作为输入参数，送给机械臂控制系统；
二、机械臂控制系统根据用户输入的机械臂运动轨迹路线图，对任务进行分解，根据机械臂的运动轨迹路径，确定机械臂各运动关节点的控制顺序，从第一个机械臂关节点运动控制任务为起点，计算该关节点当前的状态与运动目标点之间的差值，计算出当前关节点的运动控制要求，之后以某一关节点的运动差值作为输入条件，计算该关节点的运动结果对另一关节点的影响情况，之后再结合初始设定的运动轨迹路线，计算关节点的运动控制差值，如此不断传递，最后得到机械臂上所有关节点的运动控制差值，再将所计算得到的运动控制差值分别传给每个关节点的控制处理器；
三、单个的关节点运动控制处理器收到运动控制差值信号之后，将控制信号送入PID控制器，根据输入的控制参量输出运动控制结果，驱动机械臂关节点进行相应的运动控制；
四、机械臂上的运动控制处理器对机械臂的运动过程进行驱动，同时对机械臂当前所处的状态进行采样，采样过程中由部署在机械臂上的位置传感器，获取机械臂的位置信息，运动控制处理器根据采集到的位置信息，定位到当前机械臂的运动状态，同时运动控制处理器从预先规划的运动轨迹路线中读取初始的运动轨迹信息，将二者进行对比计算当前的运动位置差值，而且根据机械臂运动控制预先设定的运动轨迹，还能够计算得到当前运动状态到下一个运动状态之间的时间差，之后运动控制处理器将计算得到的运动位置差值和时间差值，共同送入协从处理器，协从处理器经分析之后给运动控制处理器反馈信息，由运动控制处理器执行运动控制任务。
所述的运动控制处理器对机械臂运动轨迹路径任务的拆分，并将运动轨迹控制任务拆分成机械臂多个关节的具体控制任务，并协同机械臂各个从控制器联合工作，共同实现机械臂的运动控制任务。
本发明所提出的一种流水线上机械臂精确控制系统及控制方法，提高了对于机械臂控制的效率和响应速度，保障了机械臂运动过程控制的准确性和精确性。
Claims (6)
1.一种流水线上机械臂精确控制系统，它包括传感器、运动控制器、PID控制器和运动控制处理器，其特征在于传感器、运动控制器、PID控制器和运动控制处理器设置在在机械臂的各运动关节点上，传感器获取机械臂各关节点当前的控制状态；运动控制器则是向机械臂的关节点发出运动控制信号，促使关节点按预定的方式进行运动；PID控制器实现运动过程的控制，以确保机械臂运动关节点的运动控制过程，能够实现快速稳定的控制效果；运动控制处理器计算机械臂当前的运动状态，将控制信息通过PID控制器传输至关节点的运动控制器，由运动控制器直接控制关节点的运动角度，运动控制处理器包括多处理器运动协同控制器，协调每个关节点上PID控制器和运动控制器任务执行。
2.根据权利要求1所述的一种流水线上机械臂精确控制系统，其特征在于运动控制处理器还包括协从MCUARM处理器，以便更迅速的协调每个关节点上PID控制器和运动控制器任务执行。
3.根据权利要求1所述的一种流水线上机械臂精确控制系统，其特征在于所述的PID控制器包括比例控制器、积分控制器和微分控制器，以更细微精确的对运动控制器进行控制，达到精确控制机械臂运动的目的。
4.根据权利要求1所述的一种流水线上机械臂精确控制系统，其特征在于所述的每个PID控制器分别对三维中X轴、Y轴、Z轴运动量进行控制。
5.一种流水线上机械臂精确控制方法，其具体技术方案为：
一、机械臂工作之前，由用户确定机械臂的加工运动轨迹路线，并将所确定的加工轨迹路径作为输入参数，送给机械臂控制系统；
二、机械臂控制系统根据用户输入的机械臂运动轨迹路线图，对任务进行分解，根据机械臂的运动轨迹路径，确定机械臂各运动关节点的控制顺序，从第一个机械臂关节点运动控制任务为起点，计算该关节点当前的状态与运动目标点之间的差值，计算出当前关节点的运动控制要求，之后以某一关节点的运动差值作为输入条件，计算该关节点的运动结果对另一关节点的影响情况，之后再结合初始设定的运动轨迹路线，计算关节点的运动控制差值，如此不断传递，最后得到机械臂上所有关节点的运动控制差值，再将所计算得到的运动控制差值分别传给每个关节点的控制处理器；
三、单个的关节点运动控制处理器收到运动控制差值信号之后，将控制信号送入PID控制器，根据输入的控制参量输出运动控制结果，驱动机械臂关节点进行相应的运动控制；
四、机械臂上的运动控制处理器对机械臂的运动过程进行驱动，同时对机械臂当前所处的状态进行采样，采样过程中由部署在机械臂上的位置传感器，获取机械臂的位置信息，运动控制处理器根据采集到的位置信息，定位到当前机械臂的运动状态，同时运动控制处理器从预先规划的运动轨迹路线中读取初始的运动轨迹信息，将二者进行对比计算当前的运动位置差值，而且根据机械臂运动控制预先设定的运动轨迹，还能够计算得到当前运动状态到下一个运动状态之间的时间差，之后运动控制处理器将计算得到的运动位置差值和时间差值，共同送入协从处理器，协从处理器经分析之后给运动控制处理器反馈信息，由运动控制处理器执行运动控制任务。
6.根据权利要求5所述的一种流水线上机械臂精确控制方法，其特征在于所述的运动控制处理器对机械臂运动轨迹路径任务的拆分，并将运动轨迹控制任务拆分成机械臂多个关节的具体控制任务，并协同机械臂各个从控制器联合工作，共同实现机械臂的运动控制任务。
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