CN106406317A - 一种三坐标平移机构的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及汽车制造领域，公开了一种三坐标平移机构的控制方法及装置。本发明的实施方式中，三坐标平移机构的控制方法包括：获取三坐标平移机构的基本信息；获取三坐标平移机构的运动指令，运动指令包括起始位置、目标位置、速度加速度动态参数和路径要求；利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点；利用各插补点和起始位置、目标位置的坐标，控制三坐标平移机构运动。本发明的实施方式还公开了一种三坐标平移机构的控制装置。通过本发明的实施方式，使得三坐标平移机构中各轴可以顺畅协调地运动，而且三坐标平移机构的运动轨迹实现自动规划，提升自动化程度，降低对操作人员的技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及汽车制造领域，特别涉及一种三坐标平移机构的控制方法及装置。
背景技术
在汽车生产装配流水线上，或者汽车维修间中，经常需要将汽车本体整体进行平移，抬升等操作。目前使用的大多数是单轴单自由度的车辆抬升控制装置，很少有三坐标汽车装配系统。按照每个车轮处需要一个三自由度的伺服平移机构来计算，至少需要四个三坐标平移机构，即12根运动轴进行协同控制，而在一些特殊的流水线上，需要更多的平移机构，达到24甚至48根轴的同时运动控制。在这类三坐标汽车装配系统中，多个三坐标平移机构的示教操控、协同工作以及安全性的保障措施都会比简单的多轴系统更加复杂。
本申请的发明人发现，在现有技术中，至少存在以下问题：目前在汽车的三坐标装配系统中，控制三坐标平移机构的方法通常为参数设置的控制方法，如PLC(可编程逻辑控制器)控制。由于每个三坐标都具有三个轴，每个轴都需要顺序分别控制，无法达到各轴之间的协调，使得动作僵硬，而且控制过程复杂，对操作人员的技术要求高。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种三坐标平移机构的控制方法及装置，使得三坐标平移机构中各轴可以顺畅协调地运动，而且三坐标平移机构的运动轨迹实现自动规划，提升自动化程度，降低对操作人员的技术要求。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种三坐标平移机构的控制方法，包括以下步骤：获取三坐标平移机构的基本信息；获取三坐标平移机构的运动指令，运动指令包括起始位置、目标位置、速度加速度动态参数和路径要求；利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点；利用各插补点和起始位置、目标位置的坐标，控制三坐标平移机构运动。
本发明的实施方式还提供了一种三坐标平移机构的控制装置，包括：第一获取模块，用于获取三坐标平移机构的基本信息；第二获取模块，用于获取三坐标平移机构的运动指令，运动指令包括起始位置、目标位置、速度加速度动态参数和路径要求；路径规划模块，用于利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点；控制模块，用于利用各插补点和起始位置、目标位置的坐标，控制三坐标平移机构运动。
本发明实施方式相对于现有技术而言，通过示教再现方式控制三坐标平移机构运动，具体利用获取到的起末位置和路径要求，以及平移机构的基本信息，在空间中规划平移机构的运动轨迹，使得平移机构中各轴可以同时运动，各轴的运动更加顺畅协调，而且三坐标平移机构的运动轨迹实现自动规划，提升了自动化程度，降低了对操作人员的技术要求。
另外，利用示教器获取三坐标平移机构的运动指令。这样，示教器可以存储运动指令，以便于后续的运动控制，进一步提升自动化程度，降低对操作人员的技术要求。
另外，利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点的步骤中，包括以下子步骤：利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得笛卡尔插补点；将所获得的笛卡尔插补点转换为对应三坐标平移机构的关节插补点。这样，将获得插补点的过程细化，便于控制三坐标平移机构运动。
另外，利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹的步骤中，基本信息和运动指令为经过合理性判定的基本信息和运动指令。预先进行合理性判断，及时了解基本信息和运动指令是否匹配，保证规划的运动轨迹合理。
另外，控制三坐标平移机构运动的步骤后，包括以下步骤：监控三坐标平移机构的运动停止位置；如果停止位置不是目标位置，则返回错误消息。这样，可以及时发现控制结果异常的情况。
附图说明
图1是根据本发明第一实施方式的三坐标平移机构的控制方法流程图；
图2是根据本发明第二实施方式的三坐标平移机构的控制方法流程图；
图3是根据本发明第三实施方式的三坐标平移机构的控制方法流程图；
图4是根据本发明第四实施方式的三坐标平移机构的控制方法流程图；
图5是根据本发明第四实施方式的4个三坐标平移机构的电气模块示意图；
图6是根据本发明第五实施方式的三坐标平移机构的控制装置结构示意图；
图7是根据本发明第六实施方式的三坐标平移机构的控制装置结构示意图；
图8是根据本发明第七实施方式的三坐标平移机构的控制装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
本发明的第一实施方式涉及一种三坐标平移机构的控制方法。控制方法具体流程如图1所示，本实施例具体包括：
步骤101，获取三坐标平移机构的基本信息。
具体地说，获取预存的三坐标平移机构的基本信息。其中，基本信息包括配置信息和工作场景信息。更具体地说，如包括三坐标平移机构三个自由度上的行程范围、减速比等。
步骤102，获取三坐标平移机构的运动指令。
具体地说，利用示教器获取三坐标平移机构的运动指令。其中，运动指令包括起始位置、目标位置、速度加速度动态参数和路径要求。示教器可以记忆运动指令，以便于后续的运动控制。
步骤103，利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点。
具体地说，通过上述获取的基本信息和运动指令，可以规划三坐标平移机构的运动轨迹。由于三坐标平移机构的运动不能完全沿着规划好的运动轨迹，所以需要根据起末位置和运动轨迹进行插补运算，获得多个插补点，使得实际运动轨迹逼近规划的运动轨迹。
步骤104，利用各插补点和起末位置的坐标，控制三坐标平移机构运动。
具体地说，起始位置、目标位置和各插补点的坐标构成了完整的三坐标平移机构的实际运动轨迹。控制三坐标平移机构按照该运动轨迹运动，接近于按照规划轨迹运动，完成操作过程。
本实施方式相对于现有技术而言，通过示教再现方式控制三坐标平移机构运动，具体利用获取到的起末位置和路径要求，以及平移机构的配置信息和工作场景信息，在空间中规划平移机构的运动轨迹，使得平移机构中各轴可以同时运动，各轴的运动更加顺畅协调，而且三坐标平移机构的运动轨迹实现自动规划，提升了自动化程度，降低了对操作人员的技术要求。
本发明的第二实施方式涉及一种三坐标平移机构的控制方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在本发明第二实施方式中，对第一实施方式中利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点的步骤进行了细化。控制方法具体流程如图2所示，本实施例具体包括：
步骤201，获取三坐标平移机构的基本信息。
步骤202，获取三坐标平移机构的运动指令。
步骤203，利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得笛卡尔插补点。
具体地说，在笛卡尔坐标空间下，根据基本信息和运动指令，对三坐标平移机构进行运动轨迹规划。由示教得到多个关键路径点，通过正运动学正解得出其在笛卡尔空间中所表示的坐标。根据关键点的坐标和路径要求，按照一定算法进行插补，从而得到一系列笛卡尔空间的路径插补点。
步骤204，将笛卡尔插补点转换为对应三坐标平移机构的关节插补点。
具体地说，将所获得的一系列笛卡尔空间的路径插补点，通过逆运动学反解得出三坐标平移机构能够识别的关节空间的路径插补点。
步骤205，利用各关节插补点和起末位置的坐标，控制三坐标平移机构运动。
具体地说，起始位置、目标位置和各插补点在关节空间中的坐标构成了完整的三坐标平移机构的实际运动轨迹。控制三坐标平移机构按照该运动轨迹运动，接近于按照规划轨迹运动，完成操作过程。
本实施方式相对于现有技术而言，通过示教再现方式控制三坐标平移机构运动，具体利用获取到的起末位置和路径要求，以及平移机构的配置信息和工作场景信息，在笛卡尔空间中规划平移机构的运动轨迹，并在关节空间中控制三坐标平移机构运动，使得平移机构中各轴可以同时运动，各轴的运动更加顺畅协调，而且三坐标平移机构的运动轨迹实现自动规划，提升了自动化程度，降低了对操作人员的技术要求。
本发明的第三实施方式涉及一种三坐标平移机构的控制方法。第三实施方式在第一实施方式基础上进行了改进，主要改进之处在于：本发明第三实施方式，在第一实施方式的利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹的步骤之前，新增了对基本信息和运动指令进行合理性判定。控制方法具体流程如图3所示，本实施例具体包括：
步骤301，获取三坐标平移机构的基本信息。
步骤302，获取三坐标平移机构的运动指令。
步骤303，利用基本信息和运动指令，计算限位信息和速度信息。
具体地说，根据基本信息如配置信息计算限位信息，根据运动指令如起末位置和路径要求计算速度信息。
步骤304，判断限位信息和速度信息是否均在对应的预设范围内。
具体地说，如果限位信息不在预设范围内，则规划的运动轨迹可能超出三坐标平移机构的运动范围，该运动轨迹无法实现实际操作。如果速度信息不在预设范围内，太慢则降低生产效率，太快则容易发生危险。所以，应判断限位信息和速度信息是否均在对应的预设范围内。如果判断结果为是，则进入步骤306；如果判断结果为否，则进入步骤305。
步骤305，调整基本信息或运动指令。
具体地说，限位信息和速度信息不是均在对应的预设范围，则需调整使得其不在预设范围内的基本信息或运动指令。调整完之后再进入步骤304，直至判断结果为是。值得一提的是，在实际应用中，也可以根据情况同时调整基本信息和运动指令。
步骤306，判定基本信息和运动指令合理。
具体地说，限位信息和速度信息均在对应的预设范围，则基本信息和运动指令合理，可以进行下一步操作。
步骤307，利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点。
步骤308，利用各插补点和起末位置的坐标，控制三坐标平移机构运动。
本实施方式相对于现有技术而言，通过判断根据基本信息和运动指令计算得到的限位信息和速度信息是否在预设范围，对基本信息和运动指令预先进行合理性判断，及时了解基本信息和运动指令是否匹配，并根据判断结果调整基本信息或运动指令，保证规划的运动轨迹合理。
本发明的第四实施方式涉及一种三坐标平移机构的控制方法。第四实施方式在第一实施方式基础上进行改进，主要改进之处在于：本发明第四实施方式，在第一实施方式的控制三坐标平移机构运动的步骤之后，新增了对三坐标平移机构的运动停止位置进行监控，并在停止位置不是目标位置时返回错误信息。控制方法具体流程如图4所示，本实施例具体包括：
步骤401，获取三坐标平移机构的基本信息。
步骤402，获取三坐标平移机构的运动指令。
步骤403，利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点。
步骤404，利用各插补点和起末位置的坐标，控制三坐标平移机构运动。
步骤405，监控三坐标平移机构的运动停止位置。
具体地说，通过伺服装置监控停止位置。其中，三坐标平移机构的数量为N个，N为大于1的自然数。本实施方式以N为4进行举例说明。4个三坐标平移机构的电气模块如图5所示。
如图所示，电气模块包括：示教器501、PLC控制器502、传感器503、传感器504、控制柜505、控制柜506、三坐标系统507、三坐标系统508、三坐标系统509、三坐标系统510。其中，控制柜505包括IO模块5051，控制柜506包括IO模块5061。示教器501发送控制指令给控制柜505和506，控制柜505和506根据控制指令控制四个三坐标系统507、508、509和510。每个控制柜中有6个伺服驱动器，控制柜505和506之间由EtherCAT总线进行连接，电机的动力线与编码器线接到控制柜中505和506的伺服驱动器上进行电机供电的获取与位置反馈。如果需要连接外部的传感器503和504，可以通过IO模块5051和5061进行配置。整个控制系统的状态可以被PLC控制器502监控，只需要通过一根Profibus总线进行通讯即可。驱动器通过动力线驱动电机旋转，当运动停止时，编码器通过编码器线接收反馈的停止位置。
步骤406，判断停止位置是否是目标位置。
具体地说，根据接收到的停止位置信息，与目标位置坐标对比，判断是否一致。如果一致，则结束操作。如果不一致，则进入步骤407。
步骤407，返回错误消息。
具体地说，停止位置不是预定的目标位置，说明操作过程出现错误。返回错误信息给用户，让用户决定下一步操作。
本实施方式相对于现有技术而言，通过伺服电机对三坐标平移机构的运动停止位置进行监控，并在结果异常时反馈错误信息，使用户可以及时发现控制结果异常的情况。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明第五实施方式涉及一种三坐标平移机构的控制装置，具体结构如图6所示。
控制装置6包括：第一获取模块61、第二获取模块62、路径规划模块63和控制模块64。
第一获取模块61，用于获取三坐标平移机构的基本信息。第一获取模块61集成于控制器软件中，在控制系统启动时会从内部的配置文件中读取所需要的信息。
第二获取模块62，用于获取三坐标平移机构的运动指令，运动指令包括起始位置、目标位置、速度加速度动态参数和路径要求。第二获取模块62主要是由示教器中的软件组成，由用户进行指令的输入。
路径规划模块63，用于利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点；
控制模块64，用于利用各插补点和起始位置、目标位置的坐标，控制三坐标平移机构运动。
与现有技术相比，本实施方式中提供的控制装置，路径规划模块63利用第一获取模块61和第二获取模块62获取到的基本信息和运动指令，在空间中规划平移机构的运动轨迹，控制模块64利用规划结果控制三坐标平移机构运动，使得平移机构中各轴可以同时运动，各轴的运动更加顺畅协调，而且三坐标平移机构的运动轨迹实现自动规划，提升了自动化程度，降低了对操作人员的技术要求。
不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的系统实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第六实施方式涉及一种三坐标平移机构的控制装置，具体结构如图7所示。控制装置6包括：第一获取模块61、第二获取模块62、路径规划模块63和控制模块64。其中，路径规划模块63具体包括规划子模块631和转换子模块632。
其中，规划子模块631，用于利用基本信息和运动指令规划三坐标平移机构的运动轨迹，获得笛卡尔插补点。
转换子模块632，用于将所获得的笛卡尔插补点转换为对应三坐标平移机构的关节插补点，并发送给电机伺服控制器，控制机械运行到达目标位置。
与现有技术相比，本实施方式中提供的控制装置，规划子模块631利用第一获取模块61和第二获取模块62获取到的基本信息和运动指令，在笛卡尔空间中规划平移机构的运动轨迹，转换子模块632将笛卡尔空间运动轨迹转换为关节空间运动轨迹，控制模块64利用规划结果控制三坐标平移机构运动，使得平移机构中各轴可以同时运动，各轴的运动更加顺畅协调，而且三坐标平移机构的运动轨迹实现自动规划，提升了自动化程度，降低了对操作人员的技术要求。
由于第二实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第二实施方式互相配合实施。第二实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第二实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第二实施方式中。
本发明第七实施方式涉及一种三坐标平移机构的控制装置，具体结构如图8所示。控制装置6包括：第一获取模块61、第二获取模块62、路径规划模块63、控制模块64和验证模块65。
其中，验证模块65用于对上述基本信息和上述运动指令进行合理性判定；并在判定为合理时，触发路径规划模块63。
与现有技术相比，本实施方式中提供的控制装置，验证模块65判定第一获取模块61和第二获取模块62获取到的基本信息和运动指令合理后，触发路径规划模块63，路径规划模块63利用获取到的经过合理性判定的基本信息和运动指令，在空间中规划平移机构的运动轨迹，控制模块64利用规划结果控制三坐标平移机构运动，对基本信息和运动指令预先进行合理性判断，及时了解基本信息和运动指令是否匹配，并根据判断结果调整基本信息或运动指令，保证规划的运动轨迹合理，使得平移机构中各轴可以同时运动，各轴的运动更加顺畅协调，而且三坐标平移机构的运动轨迹实现自动规划，提升了自动化程度，降低了对操作人员的技术要求。
由于第三实施方式与本实施方式相互对应，因此本实施方式可与第三实施方式互相配合实施。第三实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，在第三实施方式中所能达到的技术效果在本实施方式中也同样可以实现，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第三实施方式中。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (12)
1.一种三坐标平移机构的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取三坐标平移机构的基本信息；
获取所述三坐标平移机构的运动指令，所述运动指令包括起始位置、目标位置，速度加速度动态参数和路径要求；
利用所述基本信息和所述运动指令规划所述三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点；
利用各所述插补点和所述起始位置、所述目标位置的坐标，控制所述三坐标平移机构运动。
2.根据权利要求1所述的三坐标平移机构的控制方法，其特征在于，所述基本信息包括：配置信息和工作场景信息。
3.根据权利要求1所述的三坐标平移机构的控制方法，其特征在于，利用示教器获取所述三坐标平移机构的运动指令。
4.根据权利要求1所述的三坐标平移机构的控制方法，其特征在于，所述利用基本信息和所述运动指令规划所述三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点的步骤中，包括以下子步骤：
利用基本信息和所述运动指令规划所述三坐标平移机构的运动轨迹，获得笛卡尔插补点；
将所获得的笛卡尔插补点转换为对应所述三坐标平移机构的关节插补点。
5.根据权利要求1所述的三坐标平移机构的控制方法，其特征在于，所述利用基本信息和所述运动指令规划所述三坐标平移机构的运动轨迹的步骤中，所述基本信息和所述运动指令为经过合理性判定的基本信息和运动指令。
6.根据权利要求5所述的三坐标平移机构的控制方法，其特征在于，利用以下方法进行合理性判断：
利用所述基本信息和所述运动指令，计算限位信息和速度信息；
如果所述限位信息和速度信息均在对应的预设范围内，则判定所述基本信息和所述运动指令合理。
7.根据权利要求6所述的三坐标平移机构的控制方法，其特征在于，如果所述限位信息和速度信息不是均在对应的预设范围内，则调整所述基本信息和/或所述运动指令，直至所述限位信息和速度信息均在对应的预设范围内。
8.根据权利要求1所述的三坐标平移机构的控制方法，其特征在于，所述控制三坐标平移机构运动的步骤后，包括以下步骤：
监控所述三坐标平移机构的运动停止位置；
如果所述停止位置不是所述目标位置，则返回错误消息。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的三坐标平移机构的控制方法，其特征在于，所述三坐标平移机构的数量为N个，所述N为大于1的自然数。
10.一种三坐标平移机构的控制装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取三坐标平移机构的基本信息；
第二获取模块，用于获取所述三坐标平移机构的运动指令，所述运动指令包括起始位置、目标位置、速度加速度动态参数和路径要求；
路径规划模块，用于利用所述基本信息和所述运动指令规划所述三坐标平移机构的运动轨迹，获得多个插补点；
控制模块，用于利用各所述插补点和所述起始位置、所述目标位置的坐标，控制所述三坐标平移机构运动。
11.根据权利要求10所述的三坐标平移机构的控制装置，其特征在于，所述路径规划模块中，包括：
规划子模块，用于利用基本信息和所述运动指令规划所述三坐标平移机构的运动轨迹，获得笛卡尔插补点；
转换子模块，用于将所获得的笛卡尔插补点转换为对应所述三坐标平移机构的关节插补点。
12.根据权利要求10所述的三坐标平移机构的控制装置，其特征在于，还包括：验证模块，用于对所述基本信息和所述运动指令进行合理性判定；并在判定为合理时，触发所述路径规划模块。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170215 |