CN105345813A - 一种基于广义坐标的机械手高精度定位方法 - Google Patents

一种基于广义坐标的机械手高精度定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于广义坐标的机械手高精度定位方法，包括以下步骤：基于工件几何中心定义一个的数控设备坐标系,则工件在该数控设备坐标系的工件坐标为(Xn,Yn,Zn)；基于机械手定义一个取件坐标系，则机械手上的夹具在该取件坐标系的夹具坐标为(Xm,Ym,Zm)；机械手取件过程以工件坐标(Xn,Yn,Zn)为终点位置，通过控制电机使夹具按照一定的路径运行到目的坐标，最终使夹具坐标与工件坐标重合。通过本发明提出的方法，数控设备与机械手协同加工生产，不需要人工设定夹具取件时的工件位置，设定简单；纵使工件坐标出现误差，机械手能自适应匹配工件坐标，夹具准确达到工件坐标取件。

Description

一种基于广义坐标的机械手高精度定位方法
技术领域
本发明涉及机械手,具体是指一种基于广义坐标的机械手高精度定位方法。
背景技术
随着人工红利的不断减少，自动化的要求使得机械手的需求不断增大，如数控机床和注塑机行业，过去都是人工安装工件和取件。现在基本都配上机械手自动取件。而目前的工业机械手都是一套独立的机械辅助设备，跟主机(如数控机床或者注塑机等)的通信主要是简单的开关信号。近十几年来，工业上常利用机械手来达成自动化的生产过程，然而，大部分机械手的应用仍局限于处理具有重复流程的案件，而处理这些案件必须由一位有经验的操作员事先操作机械手，以教导机械手沿着固定的轨迹移动。因此，当前工业生产方式比较单一，如数控机床或注塑机完成工件的加工后，发送一个开关信号到机械手，令其运行到指定位置取件，然后把工件放到指定位置，取件完成后，发送完成信号到主机，主机又进行下一批次的加工，如此不断循环。
由于当前机械手辅机跟数控设备主机单一的通信模式存在以下的问题：
1)机械手的取件位置一般是加工前通过人工或其他检测设备设定，机械手与主机(如数控机床等)没有信息的交换，一旦主机或者辅机在运行过程出现轨迹误差，则不能准确达到设定位置，造成机械手不能准备抓取工件，严重的还会撞坏设备。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种数控设备与机械手协同加工生产、设定简单、控制方便的基于广义坐标的机械手高精度定位方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于广义坐标的机械手高精度定位方法，包括以下步骤：
步骤一、基于工件几何中心定义一个的数控设备坐标系,则工件在该数控设备坐标系的工件坐标为(Xn,Yn,Zn)；
步骤二、基于机械手定义一个取件坐标系，则机械手上的夹具在该取件坐标系的夹具坐标为(Xm,Ym,Zm)；
步骤三、机械手取件过程以工件坐标(Xn,Yn,Zn)为终点位置，通过控制电机使夹具按照一定的路径运行到目的坐标，最终使夹具坐标与工件坐标重合。
具体的，所述夹具坐标与工件坐标重合具体步骤为：
建立一个映射坐标广义坐标系，使得数控设备坐标系和取件坐标系之间建立映射关系，其关系公式如下：
Xn+ΔXnw＝Xm-ΔXmw；Yn+ΔYnw＝Ym-ΔYmw；Zn+ΔZnw＝Zm-ΔZmw，
其中，Xn,Yn,Zn为工件在数控设备坐标系的坐标值,Xm,Ym,Zm为机械手上的夹具在取件坐标系的坐标值，Xw,Yw,Zw为工件在广义坐标系的坐标值；
ΔXnw为数控设备坐标系X轴位移值相对于广义坐标X轴位移值的偏差值；
ΔXmw为取件坐标系X轴位移值相对于广义坐标X轴位移值的偏差值；
ΔYnw为数控设备坐标系Y轴位移值相对于广义坐标Y轴位移值的偏差值；
ΔYmw为取件坐标系Y轴位移值相对于广义坐标Y轴位移值的偏差值；
ΔZnw为数控设备坐标系Z轴位移值相对于广义坐标Z轴位移值的偏差值；
ΔZmw为取件坐标系Z轴位移值相对于广义坐标Z轴位移值的偏差值。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：
通过本发明提出的基于广义坐标的机械手高精度定位方法，数控设备与机械手协同加工生产，不需要人工设定夹具取件时的工件位置，设定简单；纵使工件坐标出现误差，机械手能自适应匹配工件坐标，使得夹具准确达到工件坐标取件，控制方便。
附图说明
图1为采用本发明基于广义坐标的机械手高精度定位方法的装置结构示意图。
图2为本发明基于广义坐标的机械手高精度定位方法的流程图。
图3为设备坐标系、取件坐标系和广义坐标系的对应关系示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，通过本发明提出的基于广义坐标的机械手高精度定位方法，数控设备1加工工件时，加工完后发送指令到取件机械手2，令其运行到装夹工件3的位置取件，并放到指定位置。其中，取件机械手2的夹具4装在可沿X轴、Y轴、Z轴方向移动的导轨5上。此外，取件机械手2还可以沿Z轴旋转一定的角度。
如图2，本实施例提供一种基于广义坐标的机械手高精度定位方法，包括以下步骤：
步骤一、基于工件几何中心定义一个的数控设备坐标系,则工件在该数控设备坐标系的工件坐标为(Xn,Yn,Zn)；
步骤二、基于机械手定义一个取件坐标系，则机械手上的夹具在该取件坐标系的夹具坐标为(Xm,Ym,Zm)；
步骤三、机械手取件过程以工件坐标(Xn,Yn,Zn)为终点位置，通过控制电机使夹具按照一定的路径运行到目的坐标，最终使夹具坐标与工件坐标重合。
结合图3，所述夹具坐标与工件坐标重合具体步骤为：
建立一个映射坐标广义坐标系(Xw,Yw,Zw)，使得数控设备坐标系和机械手坐标系之间建立映射关系，其计算方法如下，
XY平面：Yn+ΔYnw＝Yw；Xn+ΔXnw＝Xw；Ym-ΔYmw＝Yw；Xm-ΔXmw＝Xw
ZY平面：Yn+ΔYnw＝Yw；Zn+ΔZnw＝Zw；Ym-ΔYmw＝Yw；Zm-ΔZmw＝Zw
XZ平面：Zn+ΔZnw＝Zw；Xn+ΔXnw＝Xw；Zm-ΔZnw＝Zw；Xm-ΔXmw＝Xw
则可以得出：
Xn+ΔXnw＝Xm-ΔXmw；Yn+ΔYnw＝Ym-ΔYmw；Zn+ΔZnw＝Zm-ΔZmw，
其中，Xn,Yn,Zn为工件在数控设备坐标系的坐标值,Xm,Ym,Zm为机械手上的夹具在取件坐标系的坐标值，Xw,Yw,Zw为工件在广义坐标系的坐标值；
ΔXnw为数控设备坐标系X轴位移值相对于广义坐标X轴位移值的偏差值；
ΔXmw为取件坐标系X轴位移值相对于广义坐标X轴位移值的偏差值；
ΔYnw为数控设备坐标系Y轴位移值相对于广义坐标Y轴位移值的偏差值；
ΔYmw为取件坐标系Y轴位移值相对于广义坐标Y轴位移值的偏差值；
ΔZnw为数控设备坐标系Z轴位移值相对于广义坐标Z轴位移值的偏差值；
ΔZmw为取件坐标系Z轴位移值相对于广义坐标Z轴位移值的偏差值。
通过上述计算及对应方法，数控设备坐标系和机械手坐标系之间建立了映射关系，纵使工件坐标出现误差，机械手能自适应匹配工件坐标，使得夹具准确达到工件坐标取件。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于广义坐标的机械手高精度定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、基于工件几何中心定义一个的数控设备坐标系,则工件在该数控设备坐标系的工件坐标为(Xn,Yn,Zn)；
步骤二、基于机械手定义一个取件坐标系，则机械手上的夹具在该取件坐标系的夹具坐标为(Xm,Ym,Zm)；
步骤三、机械手取件过程以工件坐标(Xn,Yn,Zn)为终点位置，通过控制电机使夹具按照一定的路径运行到目的坐标，最终使夹具坐标与工件坐标重合。
2.根据权利要求1所述的基于广义坐标的机械手高精度定位方法，其特征在于：所述夹具坐标与工件坐标重合具体步骤为：
建立一个映射坐标广义坐标系，使得数控设备坐标系和取件坐标系之间建立映射关系，其关系公式如下：
Xn+ΔXnw＝Xm-ΔXmw；Yn+ΔYnw＝Ym-ΔYmw；Zn+ΔZnw＝Zm-ΔZmw，
其中，Xn,Yn,Zn为工件在数控设备坐标系的坐标值,Xm,Ym,Zm为机械手上的夹具在取件坐标系的坐标值，Xw,Yw,Zw为工件在广义坐标系的坐标值；
ΔXnw为数控设备坐标系X轴位移值相对于广义坐标X轴位移值的偏差值；
ΔXmw为取件坐标系X轴位移值相对于广义坐标X轴位移值的偏差值；
ΔYnw为数控设备坐标系Y轴位移值相对于广义坐标Y轴位移值的偏差值；
ΔYmw为取件坐标系Y轴位移值相对于广义坐标Y轴位移值的偏差值；
ΔZnw为数控设备坐标系Z轴位移值相对于广义坐标Z轴位移值的偏差值；
ΔZmw为取件坐标系Z轴位移值相对于广义坐标Z轴位移值的偏差值。
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