CN104290098A - 一种基于多轴联动的自动化控制方法及多轴控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于多轴联动的自动化控制方法，采用减速机带动机械臂的关节运动节点实现调控式运动，提高了机械臂的运转精度控制，直接提高工作效率，将驱动电机内置在机械臂内部，减少外部辅助配件，结构简洁美观，且有效节约成本，灵活的走线方式可自由旋转内部走线或外部走线，本发明还提供一种实现该方法的多轴控制装置，结构主体为关节式多轴机械臂，结构简单，有效节约成本的同时满足高精度设计需求。

Description

一种基于多轴联动的自动化控制方法及多轴控制装置

技术领域

    本发明涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种基于多轴联动的自动化控制方法，更涉及一种实现该方法的多轴控制装置。

背景技术

关节机器人，也称关节手臂机器人或关节机械手臂，是当今工业领域中最常见的工业机器人的形态之一。适合用于诸多工业领域的机械自动化作业，比如，自动装配、喷漆、搬运、焊接等工作。机器人关节是机器人的基础部件，其性能的好坏直接影响机器人的性能。根据机器人关节的功能特点，驱动方式，应用场合和主要结构都需要详细的分类；随着数字伺服技术等电子技术的发展，机器人关节也在不断发展。机器人关节呈现出大力矩、高精度、反应灵敏、小型化，机电一体化，模块化等趋势，以适应机器人技术发展的需要。

由于关节式机械手是一种适用于靠近机体操作的传动形式。它像人手一样有肘关节，可实现多个自由度，动作比较灵活，适于在狭窄空间工作。关节式机械手有大臂与小臂摆动，以及肘关节和肩关节的运动。具有上肢结构，可实现近似人手操作的机能，需要研制最合适的结构。传统的关节式机械手的传动机构采用齿轮式、齿条式和摆动式。其传动机构采用哪种形式，主要根据工件的轻重来决定。若按摆动式扭矩来设计，则油缸将加大，而装载油缸的机架也将随之加大。特别是靠近关节式前端关节部分的重量对肩部影响很大。传动机构在承受负荷的同时必须承受自重，因此，传动效率低。如需要大的转动角，则宜采用摆动油缸。

然而，无论上述机械臂如何实现工作，传统的机械臂都无法摆脱大量辅助件来配合实施运动模式，造成机械臂的装配结构非常复杂，尤其是大量零配件的使用，更是造成极大的成本浪费，在运转过程中的精度控制也非常困难，直接影响工作效率，很难在较宽的使用环境中得到推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多轴联动的自动化控制方法，通过多轴机械臂的结构改进，简化结构本身，利用内置电机及运动节点的减速机直接实现运转，无需多种辅助部件来支持运转，不仅有效节约了成本，而且减速机的使用直接提高了运转精度，完全避免了不必要的使用误差，减少资源的浪费，使得自动化加工技术在多个领域得到合理化应用，本发明还提供一种实现该方法的多轴控制装置。 

为有效解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种基于多轴联动的自动化控制方法，该方法包括以下步骤：

（1）设置多轴联动的机械臂，该机械臂为多轴运转的关节式机械臂，通过内置多组驱动电机及安置在每个运动节点的减速机实现动作；

（2）所述机械臂关节处运动节点与所述驱动电机通过多组控制电路及转换电路控制连接；

（3）所述机械臂底部设置旋转轴为第一运动关节带动连接关节臂旋转式运转；

（4）所述机械臂中间设置多级运动关节，实现多组运动节点的动向运转；

（5）所述机械臂上部连接头任意搭配真空吸盘或夹具实现吸附或夹取功能。

特别的，所述步骤（1）还包括以下步骤：

所述机械臂外接多轴控制装置，该控制装置内置控制系统，所述控制系统包括主板及与之相连的驱动装置、人机控制界面、控制单元及执行机构，所述驱动装置由驱动马达及主轴驱动器组成。

特别的，其特征在于，所述步骤（2）还包括以下步骤：

所述控制线路及转换线路设置在所述机械臂外部或直接内部走线实现隐藏式走线模式。

特别的，所述步骤（3）还包括以下步骤：

所述旋转轴连接一驱动电机，且该驱动电机内置在所述机械臂底部的关节臂中，所述驱动电机直接与所述旋转轴运动节点的减速机直接驱动连接，通过所述减速机实现机械臂旋转式运动模式。

特别的，所述步骤（4）还包括以下步骤：

所述机械臂中间关节臂内分别连接驱动电机，且该驱动电机内置在所述机械臂中间的关节臂中，所述驱动电机直接与所述运动节点的减速机直接驱动连接，通过所述减速机实现机械臂可调式运动模式。

一种实现上述方法的多轴控制装置，包括一结构主体，该结构主体由相互连接的机械臂组成，所述机械臂包括中间的运动臂及两端的底座与连接头，所述机械臂、底座及连接头分别设有运动连接的减速机及与之驱动连接的驱动电机，所述驱动电机设置在所述机械臂内。

    特别的，所述底座为实现旋转运动的旋转支撑座。

特别的，所述连接头设有连接体，所述连接体直接连接真空吸盘或夹具等夹取装置实现吸附或夹取。

特别的，所述结构主体为关节式机械臂，且所述机械臂包括多组输送线路，所述输送线路包括控制电路及转换电路，且所述输送线路设置在机械臂内部或外部。

本发明的有益效果为：本发明提供的基于多轴联动的自动化控制方法，通过多轴机械臂的结构改进，简化结构本身，利用内置电机及运动节点的减速机直接实现运转，无需多种辅助部件来支持运转，不仅有效节约了成本，而且减速机的使用直接提高了运转精度，完全避免了不必要的使用误差，减少资源的浪费，使得自动化加工技术在多个领域得到合理化应用，本发明还提供一种实现该方法的多轴控制装置，对于加工难度大的特殊产品，可提前分析机器物理数据，判断机器的运动速度、主轴转速、主轴正反转、自动位移等关键参数，不仅对机械臂本身起到保护作用，延长机器寿命，更是提高了加工效率和加工精度。通过机械臂提高加工能力，方便加工，减少操作失误，减少浪费，提高工作效率；提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力；合理化采用多轴定位，全方位立体式跟踪监控，提供人性化操作界面，有效实现参数设定及数据采集，自动化程度高，大范围满足不同规格及尺寸的加工工艺。

下面结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1是本发明所述多轴联动控制装置外部结构图；

图2是本发明所述多轴联动控制装置结构示意图。

其中：001减速机，002运动臂，003底座，004连接头，005驱动电机。

具体实施方式

实施例1：

如图1及图2所示，本实施例公开的基于多轴联动的自动化控制方法包括以下步骤：

（1）设置多轴联动的机械臂，该机械臂为多轴运转的关节式机械臂，通过内置多组驱动电机005及安置在每个运动节点的减速机001实现动作；所述机械臂外接多轴控制装置，该控制装置内置控制系统，所述控制系统包括主板及与之相连的驱动装置、人机控制界面、控制单元及执行机构，所述驱动装置由驱动马达及主轴驱动器组成。

（2）所述机械臂关节处运动节点与所述驱动电机005通过多组控制电路及转换电路控制连接；所述控制线路及转换线路设置在所述机械臂外部或直接内部走线实现隐藏式走线模式。

（3）所述机械臂底部设置旋转轴为第一运动关节带动连接关节臂旋转式运转；所述旋转轴连接一驱动电机005，且该驱动电机005内置在所述机械臂底部的关节臂中，所述驱动电机005直接与所述旋转轴运动节点的减速机001直接驱动连接，通过所述减速机001实现机械臂旋转式运动模式。

（4）所述机械臂中间设置多级运动关节，实现多组运动节点的动向运转；所述机械臂中间关节臂内分别连接驱动电机005，且该驱动电机005内置在所述机械臂中间的关节臂中，所述驱动电机005直接与所述运动节点的减速机001直接驱动连接，通过所述减速机001实现机械臂可调式运动模式。

（5）所述机械臂上部连接头004任意搭配真空吸盘或夹具实现吸附或夹取功能。

申请人声明，所属技术领域的技术人员在上述实施例的基础上，将上述实施例某步骤，与发明内容部分的技术方案相组合，从而产生的新的方法，也是本发明的记载范围之一，本申请为使说明书简明，不再罗列这些步骤的其它实施方式。

在本实施例中提供一种实现上述方法的多轴控制装置，包括一结构主体，该结构主体由相互连接的机械臂组成，所述机械臂包括中间的运动臂002及两端的底座003与连接头004，所述机械臂、底座003及连接头004分别设有运动连接的减速机001及与之驱动连接的驱动电机005，所述驱动电机005设置在所述机械臂内。

    所述底座003为实现旋转运动的旋转支撑座。所述连接头004设有连接体，所述连接体直接连接真空吸盘或夹具等夹取装置实现吸附或夹取。所述结构主体为关节式机械臂，且所述机械臂包括多组输送线路，所述输送线路包括控制电路及转换电路，且所述输送线路设置在机械臂内部或外部。

本实施例中区别于现有技术的技术路线为：

1.基于多轴联动的自动化控制方法，通过多轴机械臂的结构改进，简化结构本身，利用内置电机及运动节点的减速机001直接实现运转，无需多种辅助部件来支持运转，不仅有效节约了成本，而且减速机001的使用直接提高了运转精度；

2.完全避免了不必要的使用误差，减少资源的浪费，使得自动化加工技术在多个领域得到合理化应用；

3.多轴控制装置，对于加工难度大的特殊产品，可提前分析机器物理数据，判断机器的运动速度、主轴转速、主轴正反转、自动位移等关键参数，不仅对机械臂本身起到保护作用，延长机器寿命，更是提高了加工效率和加工精度。

4.通过机械臂提高加工能力，方便加工，减少操作失误，减少浪费，提高工作效率；提高机床的定位精度、跟踪精度和抗振能力；

5．合理化采用多轴定位，全方位立体式跟踪监控，提供人性化操作界面，有效实现参数设定及数据采集，自动化程度高，大范围满足不同规格及尺寸的加工工艺。

本实施例技术方案及技术效果区别于传统技术在于：采用减速机001带动机械臂的关节运动节点实现调控式运动，提高了机械臂的运转精度控制，直接提高工作效率，将驱动电机005内置在机械臂内部，减少外部辅助配件，结构简洁美观，且有效节约成本，灵活的走线方式可自由旋转内部走线或外部走线。

通过在机器臂与控制系统中利用控制程序进行产品加工并实时数据分析，量化产品加工过程的工艺和难度，对产品的加工难度进行提前判断，分析机器物理数据，判断机器的进给速度、主轴转速、主轴正反转、自动位移等关键参数，既避免了人为的操作误差，减少人为的浪费，又对机器起到保护作用，延长机器寿命，提高了加工效率和加工精度。

申请人又一声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的实现方法及装置结构，但本发明并不局限于上述实施方式，即不意味着本发明必须依赖上述方法及结构才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用实现方法等效替换及步骤的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

本发明并不限于上述实施方式，凡采用与本发明相似结构及其方法来实现本发明目的的所有实施方式均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于多轴联动的自动化控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）设置多轴联动的机械臂，该机械臂为多轴运转的关节式机械臂，通过内置多组驱动电机及安置在每个运动节点的减速机实现动作；

（2）所述机械臂关节处运动节点与所述驱动电机通过多组控制电路及转换电路控制连接；

（3）所述机械臂底部设置旋转轴为第一运动关节带动连接关节臂旋转式运转；

（4）所述机械臂中间设置多级运动关节，实现多组运动节点的动向运转；

（5）所述机械臂上部连接头任意搭配真空吸盘或夹具实现吸附或夹取功能。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述步骤（1）还包括以下步骤：

所述机械臂外接多轴控制装置，该控制装置内置控制系统，所述控制系统包括主板及与之相连的驱动装置、人机控制界面、控制单元及执行机构，所述驱动装置由驱动马达及主轴驱动器组成。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤（2）还包括以下步骤：

所述控制线路及转换线路设置在所述机械臂外部或直接内部走线实现隐藏式走线模式。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤（3）还包括以下步骤：

所述旋转轴连接一驱动电机，且该驱动电机内置在所述机械臂底部的关节臂中，所述驱动电机直接与所述旋转轴运动节点的减速机直接驱动连接，通过所述减速机实现机械臂旋转式运动模式。

5. 根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤（4）还包括以下步骤：

所述机械臂中间关节臂内分别连接驱动电机，且该驱动电机内置在所述机械臂中间的关节臂中，所述驱动电机直接与所述运动节点的减速机直接驱动连接，通过所述减速机实现机械臂可调式运动模式。

6. 一种实现根据权利要求1所述方法的多轴控制装置，其特征在于，包括一结构主体，该结构主体由相互连接的机械臂组成，所述机械臂包括中间的运动臂及两端的底座与连接头，所述机械臂、底座及连接头分别设有运动连接的减速机及与之驱动连接的驱动电机，所述驱动电机设置在所述机械臂内。

7.      根据权利要求1所述的多轴控制装置，其特征在于，所述底座为实现旋转运动的旋转支撑座。

8. 根据权利要求1所述的多轴控制装置，其特征在于，所述连接头设有连接体，所述连接体直接连接真空吸盘或夹具等夹取装置实现吸附或夹取。

9.根据权利要求1所述的多轴控制装置，其特征在于，所述结构主体为关节式机械臂，且所述机械臂包括多组输送线路，所述输送线路包括控制电路及转换电路，且所述输送线路设置在机械臂内部或外部。