CN107932513A - 一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，包括：对接收到的控制指令进行解析，得到第一子控制指令和第二子控制指令；第一子控制指令用于控制全向智能移动平台，第二子控制指令用于控制机械臂；判断全向智能移动平台和机械臂的工作状态；若确定全向智能移动平台和机械臂均处于待机状态、且位于工位处，则控制机械臂执行所述第二子控制指令所指示的动作；在机械臂执行完成所述第二子控制指令所指示的动作后，判断是否进行允许进行位置更新；若确定允许进行位置更新，则控制全向智能移动平台执行所述第一子控制指令所指示的动作。本发明解决了工业机器人工作空间以及工作自由度受限的问题。

Description

一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法

技术领域

本发明属于控制工程技术领域，尤其涉及一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法。

背景技术

工业机器人技术日趋成熟是目前市场需求最为广泛的一类机器人，其典型应用包括搬运机器人、焊接机器人、涂胶机器人、工件装卸机器人等。大多数机器人有3～6个运动自由度，运动灵活，可操作性强；并且工业机器人普遍能达到低于0.1毫米的运动精度，抓取重达一吨的物体，伸展也可达三四米；不仅可以完成高强度的抓取动作，也可以完成十分精细的雕刻工序，在某些繁重、长时间的作业以及危险、恶劣的环境中可以代替人力进行工作，节约了人力成本、提高了生产效率。

然而，工业机器人一般都采用固定安装，也即，安装后无法移动或只可实现有限空间内的小范围移动，严重限制了工业机器人的工作空间以及工作自由度。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，以解决工业机器人工作空间以及工作自由度受限的问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，包括：

对接收到的控制指令进行解析，得到第一子控制指令和第二子控制指令；其中，第一子控制指令用于控制全向智能移动平台，第二子控制指令用于控制机械臂；

判断全向智能移动平台和机械臂的工作状态；

若确定全向智能移动平台和机械臂均处于待机状态、且位于工位处，则控制机械臂执行所述第二子控制指令所指示的动作；

在机械臂执行完成所述第二子控制指令所指示的动作后，判断是否进行允许进行位置更新；

若确定允许进行位置更新，则控制全向智能移动平台执行所述第一子控制指令所指示的动作。

在上述全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法中，还包括：

将控制器与全向智能移动平台和机械臂的控制柜，根据控制口的映射关系，进行硬件连接；以及，进行内存分配和硬件配置；

加载预设运动程序；其中，所述预设运动程序根据机械臂示教结果训练生成。

在上述全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法中，控制机械臂执行所述第二子控制指令所指示的动作，包括：

从所述预设运动程序中调用所述第二子控制指令对应的工艺包；

根据调用的所述第二子控制指令对应的工艺包，控制机械臂进行工艺操作。

在上述全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法中，还包括：

在机械臂末端安装一对接模块；以及，在加工工位设置另一对接模块；

将全向智能移动平台的顶升平台与机械臂装配连接；

在工作区铺设导引线，并按照预设安装位置，在导引线上设置一个或多个矩阵码。

在上述全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法中，控制全向智能移动平台执行所述第一子控制指令所指示的动作，包括：

根据第一子控制指令所指示的运动方向、运动速度和运动模式，控制全向智能移动平台沿导引线运动；

当全向智能移动平台移动至导引线上的任一矩阵码的安装位置处时，对所述任一矩阵码进行扫描识别，读取所述任一矩阵码所指示的第二控制指令；

当所述任一矩阵码所指示的第二控制指令为运动切换指令时，根据运动切换指令所指示的下一运动方向、下一运动速度和下一运动模式，控制全向智能移动平台继续沿导引线运动，直至运动到下一矩阵码的安装位置处；

当所述任一矩阵码所指示的第二控制指令为停车指令时，控制全向智能移动平台停车；以及，将机械臂末端安装的对接模块与加工工位处设置的对接模块进行对接；

当所述任一矩阵码所指示的第二控制指令为充电指令时，控制全向智能移动平台停车充电。

在上述全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法中，还包括：

在全向智能移动平台移动过程中，对全向智能移动平台移动的运动状态和运动轨迹进行实时监测，得到监测结果；

若监测结果与第一子控制指令或第二控制指令所指示的运动不匹配，则根据偏差重新规划全向智能移动平台的运动轨迹；

根据重新规划的全向智能移动平台的运动轨迹，控制全向智能移动平台向下一矩阵码的安装位置处运动；

在全向智能移动平台根据重新规划的全向智能移动平台的运动轨迹完成运动后，若未能识别到下一矩阵码，则停车，并进行故障预报。

本发明具有以下优点：

本发明公开了一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，采用全向智能移动平台与机械臂组合成可移动加工平台的方式，可通过全向智能移动平台的运动对机械臂的工作空间进行动态调整，充分发挥了全向智能移动平台全方位的灵活运行方式，使得加工作业单元(机械臂)由固定方式转变为灵活移动方式，扩展了工业机械臂的工作自由度以及工作空间；此外，基于导引线和全向智能移动平台的导航模块，可实现毫米级的导航定位精度，精确的将工业机械臂运送至加工工位，保证了机械臂的加工精度。

附图说明

图1是本发明实施例中一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法的步骤流程图；

图2是本发明实施例中一种导引线铺设示意图；

图3是本发明实施例中一种PLC控制器的结构示意图。

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公共的实施方式作进一步详细描述。

参照图1，示出了本发明实施例中一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法的步骤流程图。在本实施例中，所述全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，包括：

步骤101，对接收到的控制指令进行解析，得到第一子控制指令和第二子控制指令。

在本实施例中，第一子控制指令可用于控制全向智能移动平台，第二子控制指令可用于控制机械臂。

步骤102，判断全向智能移动平台和机械臂的工作状态。

在本实施例中，若确定全向智能移动平台和机械臂均处于待机状态、且位于工位处，则可执行下述步骤103；否则，对第二子控制指令进行缓存，直至在确定全向智能移动平台和机械臂均处于待机状态、且位于工位处后，执行下述步骤103。

步骤103，控制机械臂执行所述第二子控制指令所指示的动作。

步骤104，在机械臂执行完成所述第二子控制指令所指示的动作后，判断是否进行允许进行位置更新。

在本实施例中，若确定允许进行位置更新，则执行下述步骤105；否则，结束操作。

步骤105，控制全向智能移动平台执行所述第一子控制指令所指示的动作。

在本发明的一优选实施例中，所述全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，还可以包括如下准备步骤：

步骤S11，将控制器与全向智能移动平台和机械臂的控制柜，根据控制口的映射关系，进行硬件连接；以及，进行内存分配和硬件配置。

步骤S12，加载预设运动程序。

在本实施例中，所述预设运动程序根据机械臂示教结果训练生成。

步骤S13，在机械臂末端安装一对接模块；以及，在加工工位设置另一对接模块。

步骤S14，将全向智能移动平台的顶升平台与机械臂装配连接。

步骤S15，在工作区铺设导引线，并按照预设安装位置，在导引线上设置一个或多个矩阵码。

在本实施例中，参照图2，示出了本发明实施例中一种导引线铺设示意图。如图2，可根据实际需求，在工作区的地面上铺设横纵交错的导引线101和导引线102，且在该导引线101和导引线102上安装有四个矩阵码(矩阵码201、矩阵码202、矩阵码203和矩阵码模块204)。

优选的，所述控制机械臂执行所述第二子控制指令所指示的动作，具体可以包括：从所述预设运动程序中调用所述第二子控制指令对应的工艺包；根据调用的所述第二子控制指令对应的工艺包，控制机械臂进行工艺操作。

优选的，所述控制全向智能移动平台执行所述第一子控制指令所指示的动作，具体可以包括：根据第一子控制指令所指示的运动方向、运动速度和运动模式，控制全向智能移动平台沿导引线运动；当全向智能移动平台移动至导引线上的任一矩阵码的安装位置处时，对所述任一矩阵码进行扫描识别，读取所述任一矩阵码所指示的第二控制指令；当所述任一矩阵码所指示的第二控制指令为运动切换指令时，根据运动切换指令所指示的下一运动方向、下一运动速度和下一运动模式，控制全向智能移动平台继续沿导引线运动，直至运动到下一矩阵码的安装位置处；当所述任一矩阵码所指示的第二控制指令为停车指令时，控制全向智能移动平台停车；以及，将机械臂末端安装的对接模块与加工工位处设置的对接模块进行对接；当所述任一矩阵码所指示的第二控制指令为充电指令时，控制全向智能移动平台停车充电。

进一步的，所述全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，还可以包括：在全向智能移动平台移动过程中，对全向智能移动平台移动的运动状态和运动轨迹进行实时监测，得到监测结果；若监测结果与第一子控制指令或第二控制指令所指示的运动不匹配，则根据偏差重新规划全向智能移动平台的运动轨迹；根据重新规划的全向智能移动平台的运动轨迹，控制全向智能移动平台向下一矩阵码的安装位置处运动；在全向智能移动平台根据重新规划的全向智能移动平台的运动轨迹完成运动后，若未能识别到下一矩阵码，则停车，并进行故障预报。

基于上述实施例，下面以一个具体实例对所述全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法进行详细说明。

参照图3，示出了本发明实施例中一种PLC控制器的结构示意图。如图3，在本实施例中，全向智能移动平台的导航控制集成在车体中的嵌入式导航板中，对机械臂集成控制器形成统一的控制接口；机械臂的各种工艺程序主要集成在机械臂的控制柜中，PLC控制器(Programmable Logic Controller，PLC，可编程逻辑控制器)只需通过若干的输入输出量从外部启动所需的工艺包；最后PLC CX5130模块通过串口模块RS232、EL1809、EL2809进行全向智能移动平台与机械臂的协同控制。

以BECKHOFF PLC全向智能移动平台和KUKA机械臂为例：

(1)在全向智能移动平台上调试装配KUKA机械臂：按照KUKA机械臂的底座尺寸，在全向智能移动平台的升举平台上打销钉孔，将全向智能移动平台与机械臂装配为一体，然后在机械臂末端装配一对接模块。

(2)将BECKHOFF PLC全向智能移动平台的输入输出模块EL1809、EL2809各12个输入、输出端口连接到KUKA控制柜的输入输出端子。

(3)通过KUKA机械臂的控制面板将KUKA机械臂外部启动所用到的变量分配相应的内存地址；然后用上位机软件(KUKA Work Visual)读取KUKA控制柜的参数，将上述内存地址分别配置给KUKA控制柜自带的EL1809、EL2809相应输入输出端口。

(4)在工作区域布置全向智能移动平台的运行轨迹(导引线)：如图2，布置一直行轨迹，记为轨迹1；然后布置一条垂直于轨迹1的轨迹，记为轨迹2，其中，轨迹2可作为全向智能移动平台原地旋转90度后的运行轨迹。在轨迹1靠近起始点处粘帖矩阵码201，可作为全向智能移动平台运行的起始位置；在轨迹1与轨迹2的交叉位置处粘帖矩阵码202)，可作为全向智能移动平台的转弯标志；在轨迹2的某点粘帖矩阵码203)，可以作为全向智能移动平台精确停车后机械臂的加工工位。

(5)配置PLC CX5130模块，编写机械臂自启动程序，并进行调试：通过示教生成KUKA机械臂的加工轨迹程序块，如jiagong1和jiagong2；然后将jiagong1和jiagong2添加到CELL.SRC中；最后通过PLC程序从外部启动运行CELL.SRC，并根据需要执行相应的工艺程序。

(6)编写全向智能移动平台与机械臂协同控制程序，并进行调试：全向智能移动平台运行至指定加工工位后，若全向智能移动平台执行精确定位停车0.5mm以内，则启动机械臂对接程序；判断机械臂程序完成后，可移动全向智能移动平台原轨迹回到起始位置。在本实施例中，全向智能移动平台从起始位置出发，按照铺设的轨迹行进至指定工位精确停车，机械臂末端的对接程序启动使得机械臂按照示教程序对接工位指定位置处的另一对接模块。本实施例重复进行20次，重复定位精度在0.5mm以内。

综上所述，本发明公开了一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，采用全向智能移动平台与机械臂组合成可移动加工平台的方式，可通过全向智能移动平台的运动对机械臂的工作空间进行动态调整，充分发挥了全向智能移动平台全方位的灵活运行方式，使得加工作业单元(机械臂)由固定方式转变为灵活移动方式，扩展了工业机械臂的工作自由度以及工作空间；此外，基于导引线和全向智能移动平台的导航模块，可实现毫米级的导航定位精度，精确的将工业机械臂运送至加工工位，保证了机械臂的加工精度。

本说明中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，其特征在于，包括：

对接收到的控制指令进行解析，得到第一子控制指令和第二子控制指令；其中，第一子控制指令用于控制全向智能移动平台，第二子控制指令用于控制机械臂；

判断全向智能移动平台和机械臂的工作状态；

若确定全向智能移动平台和机械臂均处于待机状态、且位于工位处，则控制机械臂执行所述第二子控制指令所指示的动作；

在机械臂执行完成所述第二子控制指令所指示的动作后，判断是否进行允许进行位置更新；

若确定允许进行位置更新，则控制全向智能移动平台执行所述第一子控制指令所指示的动作。

2.根据权利要求1所述的全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，其特征在于，还包括：

将控制器与全向智能移动平台和机械臂的控制柜，根据控制口的映射关系，进行硬件连接；以及，进行内存分配和硬件配置；

加载预设运动程序；其中，所述预设运动程序根据机械臂示教结果训练生成。

3.根据权利要求2所述的全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，其特征在于，控制机械臂执行所述第二子控制指令所指示的动作，包括：

从所述预设运动程序中调用所述第二子控制指令对应的工艺包；

根据调用的所述第二子控制指令对应的工艺包，控制机械臂进行工艺操作。

4.根据权利要求1所述的全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，其特征在于，还包括：

在机械臂末端安装一对接模块；以及，在加工工位设置另一对接模块；

将全向智能移动平台的顶升平台与机械臂装配连接；

在工作区铺设导引线，并按照预设安装位置，在导引线上设置一个或多个矩阵码。

5.根据权利要求4所述的全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，其特征在于，控制全向智能移动平台执行所述第一子控制指令所指示的动作，包括：

根据第一子控制指令所指示的运动方向、运动速度和运动模式，控制全向智能移动平台沿导引线运动；

当全向智能移动平台移动至导引线上的任一矩阵码的安装位置处时，对所述任一矩阵码进行扫描识别，读取所述任一矩阵码所指示的第二控制指令；

当所述任一矩阵码所指示的第二控制指令为运动切换指令时，根据运动切换指令所指示的下一运动方向、下一运动速度和下一运动模式，控制全向智能移动平台继续沿导引线运动，直至运动到下一矩阵码的安装位置处；

当所述任一矩阵码所指示的第二控制指令为停车指令时，控制全向智能移动平台停车；以及，将机械臂末端安装的对接模块与加工工位处设置的对接模块进行对接；

当所述任一矩阵码所指示的第二控制指令为充电指令时，控制全向智能移动平台停车充电。

6.根据权利要求5所述的全向智能移动平台与机械臂的集成控制方法，其特征在于，还包括：

在全向智能移动平台移动过程中，对全向智能移动平台移动的运动状态和运动轨迹进行实时监测，得到监测结果；

若监测结果与第一子控制指令或第二控制指令所指示的运动不匹配，则根据偏差重新规划全向智能移动平台的运动轨迹；

根据重新规划的全向智能移动平台的运动轨迹，控制全向智能移动平台向下一矩阵码的安装位置处运动；

在全向智能移动平台根据重新规划的全向智能移动平台的运动轨迹完成运动后，若未能识别到下一矩阵码，则停车，并进行故障预报。