CN108393870A - 一种非对称双臂协作机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非对称双臂协作机器人，包括安装座、重型臂和轻型臂，所述重型臂包括依次连接的重型臂底座、重型臂模块化关节和重型臂关节连接件，重型臂底座固定于安装座的上，所述重型臂关节连接件连接重型物料夹持器，所述轻型臂包括依次连接的轻型臂底座、轻型臂模块化关节和轻型臂关节连接件，所述轻型臂通过轻型臂底座连接到轻型臂移动台上，所述轻型臂关节连接件连接灵巧操作手和视觉相机，所述轻型臂移动台通过转接件连接到安装座上，所述非对称双臂协作机器人，结合视觉检测，通过重型臂完成对重型物料的夹持、搬运和放置，通过轻型臂对重型臂承载的重型物料进行灵巧操作。

Description

一种非对称双臂协作机器人
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，尤其涉及一种非对称双臂协作机器人。
背景技术
随着机器人技术的发展，双臂机器人在工业领域已得到了应用。双臂机器人较单臂机器人具有较大的灵活性，通过双臂协作，可以实现搬运、组装等复杂任务。
已有的双臂机器人基本上属于对称式结构，双臂具有相同的负载功能。此外，申请号为201710756899.3的中国专利文献公开了一种非对称双机械臂装置，包括安装座和两个手臂，两个机械臂仅在自由度上具有非对称性，未涉及机械臂的负载能力。
对于某些工艺，要求机械人的双臂能够进行不同的操作，通过双臂协作，解决重型物料夹持、搬运、定位和精密灵巧操作等问题，目前没有相关机器人。
本申请人针对以上缺点，进行了研究改进，提供一种非对称双臂协作机器人。
本发明所采用的技术方案如下：
一种非对称双臂协作机器人，包括安装座、重型臂和轻型臂，所述重型臂包括依次连接的重型臂底座、重型臂模块化关节和重型臂关节连接件，重型臂底座固定于安装座的上，所述重型臂关节连接件连接重型物料夹持器，所述轻型臂包括依次连接的轻型臂底座、轻型臂模块化关节和轻型臂关节连接件，所述轻型臂通过轻型臂底座连接到轻型臂移动台上，所述轻型臂关节连接件连接灵巧操作手和视觉相机，所述轻型臂移动台通过转接件连接到安装座上。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述重型臂模块化关节采用大功率电机。
所述重型物料夹持器为气压驱动的夹爪型夹持器。
轻型臂模块化关节采用小功率电机。
所述轻型臂移动台包括驱动电机、丝杆滑块、丝杆和移动台安装座，丝杆滑块连接轻型臂关节连接件。
所述安装座上可通过转接件连接轻型臂移动台，所述轻型臂移动台上还可通过丝杆滑块连接第二组轻型臂移动台，第二组轻型臂移动台的丝杆滑块再连接轻型臂的轻型臂关节连接件。
所述双臂协作机器人还设置双臂防撞系统。
本发明的有益效果如下：1)设置重型臂和轻型臂，重型臂主要针对重型物料进行夹取、搬运和放置，轻型臂针对重型物料进行灵巧操作；2)将轻型臂设置在轻型臂移动台上，可带动轻型臂在水平面内运动，扩展轻型臂的工作范围；3)设置视觉相机，通过视觉相机检测重型臂上重型物料夹持器所夹持的重型物料，控制系统控制轻型臂移动台和轻型臂动作，使灵巧操作手到达相应的位置，对重型物料进行灵巧精密操作；4)双臂协作机器人还设置双臂防撞系统，基于无外力传感器的检测方法，根据双臂关节电机的电流信号判断是否有碰撞发生；当双臂关节电机的电流信号发生突变时，控制系统切换为防碰撞控制模式，对双臂实施紧急制动或变刚度控制，保证协作安全。
附图说明
图1为本发明提供的非对称双臂协作机器人的结构示意图。
图2为本发明提供的非对称双臂协作机器人轻型臂移动台的连接示意图。
图中：1、安装座；100、重型臂；101、重型臂底座；102、重型臂模块化关节；103、重型臂关节连接件；200、轻型臂；201、轻型臂底座；202、轻型臂模块化关节；203、轻型臂关节连接件；300、轻型臂移动台；301、驱动电机；302、丝杆滑块；303、丝杆；304、移动台安装座；2、重型物料夹持器；3、灵巧操作手；4、视觉相机；5、转接件。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，本实施例的非对称双臂协作机器人，包括安装座1、具有六个自由度的重型臂100和具有六个自由度的轻型臂200，重型臂100包括依次连接的重型臂底座101、重型臂模块化关节102和重型臂关节连接件103，重型臂底座101固定于安装座1的上，重型臂关节连接件103连接重型物料夹持器2，轻型臂200包括依次连接的轻型臂底座201、六个轻型臂模块化关节202和轻型臂关节连接件203，轻型臂200通过轻型臂底座201连接到轻型臂移动台300上，轻型臂关节连接件203连接灵巧操作手3和视觉相机4，轻型臂移动台300包括驱动电机301、丝杆滑块302、丝杆303和移动台安装座304，丝杆滑块302连接轻型臂关节连接件203，移动台安装座304通过转接件5连接到安装座1上，轻型臂移动台300可带动轻型臂200横向移动，从而拓展轻型臂200的工作范围。
重型臂模块化关节102采用大功率电机，保证重型臂100具有足够的动力，以满足重型物料的夹持和重型臂100的运动。
重型物料夹持器2为气压驱动的夹爪型夹持器，通过气压实现张闭功能，所产生的夹持力足够大，满足重型物料的夹持要求。
轻型臂模块化关节202采用小功率电机，同时，轻型臂关节连接件203采用轻质材料，满足轻型臂200灵巧运动即可。
安装座1上可通过转接件5连接轻型臂移动台300，轻型臂移动台300上还可通过丝杆滑块302连接第二组轻型臂移动台300，第二组轻型臂移动台300的丝杆滑块302再连接轻型臂200的轻型臂关节连接件203，通过设置轻型臂移动台300，即可带动轻型臂200在水平面上运动，进一步拓展轻型臂200的工作范围。
双臂协作机器人还设置双臂防撞系统，在双臂协作中，控制系统采集非对称双臂协作机器人各关节实时工作状态信息，提取关节电流突变微弱信号，通过多信息融合进行碰撞快速检测和碰撞模式识别，微弱关节电流信号的提取步骤如下：
步骤1：先对采集到的电流信号进行频谱分析，在频谱图中，如果特征频率易于分辨，则直接提取幅值，如果特征频率被噪声淹没，则对信号进行陷波处理；
步骤2：将得到的信号进行调制随机共振分析，找出特征频率；
步骤3：通过D-J阈值收缩算法对信号的频谱进行处理后，得到噪声的频谱估计。频谱中小于D-J阈值的为噪声，而大于D-J阈值的傅里叶变换系数被认为是有用信号；
步骤4：利用D-J阈值噪声估计理论进行噪声估计，进而得到噪声强度，并利用得到的噪声强度以及随机共振原理，获得特征频率的估计幅值。
根据上述碰撞检测阶段得到的碰撞信号，结合非对称双臂协作机器人模型与工作状态，确定当前碰撞危险指数；系统切换控制模式，将碰撞危险指数下降速率作为目标函数，综合运用立即制动控制和变刚度控制策略，使碰撞危险指数以最优路径下降，最大程度避免碰撞伤害。
立即制动控制通过综合控制关节机械部件和电子开关元器件，采用机械制动、电磁制动、再生制动等多种制动方式实现。机械制动部分利用控制关节内部的挡销、抱闸实现；电磁制动主要通过改变相序的方法产生反向转矩，使得转速与转矩的方向相反；再生制动为能耗制动，但为保证电机本身不过热，在回路中并联一个制动电阻，并在发出制动指令后通过功率管通断控制电阻接入，将能量消耗于电机之外的制动电阻上。
变刚度控制的目的是使机器人在碰撞发生后改变其传动系统刚度，通过减小控制增益，降低系统刚性，从而降低惯量，传动刚度的变小将降低机器人与人撞击时的有效惯量，从而以关节柔顺设计的思维减少冲击伤害。
所述非对称双臂协作机器人使用时，控制器控制重型臂100运动，重型臂100端部的重型物料夹持器2夹取重型物料到某一特定位置,轻型臂200端部的视觉相机4检测重型物料夹持器2所夹持的重型物料，以及重型物料上需要进行灵巧操作的位置点。视觉相机4将检测信号反馈给控制器，控制器驱动轻型臂200在轻型臂移动台300上运动，然后控制轻型臂200运动到位，轻型臂200末端的灵巧操作手3对重型物料夹持器2所夹持的重型物料进行灵巧操作，同时重型臂100可以调整重型物料位置。最后，重型臂100将操作完成的重型物料放到指定位置。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种非对称双臂协作机器人，其特征在于：包括安装座(1)、重型臂(100)和轻型臂(200)，所述重型臂(100)包括依次连接的重型臂底座(101)、重型臂模块化关节(102)和重型臂关节连接件(103)，重型臂底座(101)固定于安装座(1)的上，所述重型臂关节连接件(103)连接重型物料夹持器(2)，所述轻型臂(200)包括依次连接的轻型臂底座(201)、轻型臂模块化关节(202)和轻型臂关节连接件(203)，所述轻型臂(200)通过轻型臂底座(201)连接到轻型臂移动台(300)上，所述轻型臂关节连接件(203)连接灵巧操作手(3)和视觉相机(4)，所述轻型臂移动台(300)通过转接件(5)连接到安装座(1)上。
2.根据权利要求1所述的非对称双臂协作机器人，其特征在于：所述重型臂模块化关节(102)采用大功率电机。
3.根据权利要求1所述的非对称双臂协作机器人，其特征在于：所述重型物料夹持器(2)为气压驱动的夹爪型夹持器。
4.根据权利要求1所述的非对称双臂协作机器人，其特征在于：轻型臂模块化关节(202)采用小功率电机。
5.根据权利要求1所述的非对称双臂协作机器人，其特征在于：所述轻型臂移动台(300)包括驱动电机(301)、丝杆滑块(302)、丝杆(303)和移动台安装座(304)，丝杆滑块(302)连接轻型臂关节连接件(203)。
6.根据权利要求5所述的非对称双臂协作机器人，其特征在于：所述安装座1上可通过转接件(5)连接轻型臂移动台(300)，所述轻型臂移动台(300)上还可通过丝杆滑块(302)连接第二组轻型臂移动台(300)，第二组轻型臂移动台(300)的丝杆滑块(302)再连接轻型臂(200)的轻型臂关节连接件(203)。
7.根据权利要求1所述的非对称双臂协作机器人，其特征在于：所述双臂协作机器人还设置双臂防撞系统。
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