CN109109014A - 一种可变臂长工业机器人的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变臂长工业机器人的控制系统，该机器人包括复数个机械臂依次耦合构成的多轴机械臂，在其末端机械臂的端部固接一可沿着臂长方向伸展的伸展机械臂；伸展机械臂包括移动件、驱动移动件移动的平移伺服电机和移动件移动时起导向作用的导向件；移动件远离固定架的一端安装所述伸展机械臂的主体；控制系统包括：程序控制子系统，用于根据伸展机械臂末端当前位置与目标位置，驱动多轴机械臂动作及伸展机械臂的移动件的移动以实现机械臂的伸展；人机交互子系统，用于控制程序控制子系统选取目标位置以及用于控制驱动件的驱动启动。由上，本申请可以实现对伸展机械臂的伸展移动的准确操作控制。

Description

一种可变臂长工业机器人的控制系统及方法

技术领域

本发明涉及数控技术领域，特别是指一种可变臂长工业机器人的控制系统及方法。

背景技术

目前，在有些特殊情况下，由于工作环境危险和安装位置有限，需要机器人伸展机械臂完成特定任务。但是，目前对于机械臂的伸展一般是通过手动根据操作者的经验进行控制，该控制方式对操作者的操作的精准度要求较高，因此，对于经验不足的操作者很难实现准确的操作。

因此，目前亟需一种可变臂长工业机器人的控制系统及方法，以实现对伸展机械臂的伸展移动的准确操作控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可变臂长工业机器人的控制系统及方法，以实现对伸展机械臂的伸展移动的准确操作控制。

本发明提供的一种可变臂长工业机器人的控制系统，所述可变臂长工业机器人，包括复数个机械臂依次耦合构成的多轴机械臂，在其末端机械臂的端部固接一可沿着臂长方向伸展的伸展机械臂；

所述伸展机械臂包括固接所述末端机械臂端部的固定架，与所述固定架直线滑动连接的移动件、驱动所述移动件移动的平移伺服电机和所述移动件移动时起导向作用的导向件；所述移动件远离所述固定架的一端安装所述伸展机械臂的主体；

所述控制系统包括：

程序控制子系统，用于根据所述伸展机械臂末端当前位置与目标位置，驱动多轴机械臂动作及伸展机械臂的所述移动件的移动以实现机械臂的伸展；

人机交互子系统，用于控制所述程序控制子系统选取所述目标位置以及用于控制所述驱动的启动。

由上，本申请根据所述伸展机械臂末端当前位置与目标位置，驱动多轴机械臂动作(可以实现对伸展机械臂伸展方向的调整)及伸展机械臂的所述移动件的移动以实现机械臂的伸展(可以实现对机械臂的延长)，可以实现准确操作控制伸展机械臂末端到达目标位置。

优选地，所述程序控制子系统包括：控制系统主模块，以及与其逻辑连接的空间轨迹计算模块、伺服驱动模块；

所述空间轨迹计算模块，用于根据所述伸展机械臂末端的当前位置信息与目标位置信息之间的距离及角度信息，获取与之相对应的用于驱动多轴机械臂动作及伸展机械臂伸展的驱动数据；

所述控制系统主模块，用于根据所述驱动数据控制所述伺服驱动模块驱动多轴机械臂动作及所述移动件的移动以实现多轴机械臂动作及伸展机械臂的伸展。

由上，根据所述角度信息获取多轴机械臂动作驱动数据，可以据此驱动多轴机械臂动作以实现对伸展机械臂伸展方向的调整，以使所述伸展机械臂伸展后能够准确到达目标位置而不偏移。根据所述伸展机械臂末端的当前位置信息与目标信息之间的距离及角度信息可以获取与之相对应的伸展机械臂的驱动数据，并结合多轴机械臂的动作，以使得伸展机械臂伸展后能够准确到达目标位置。

优选地，所述伺服驱动模块包括：

旋转伺服驱动模块，用于驱动所述多轴机械臂的电机的旋转移动；

平移伺服驱动模块，用于驱动所述平移伺服电机使得所述移动件直线平移移动。

优选地，所述程序控制子系统还包括：

空间轨迹跟踪模块，用于在机械臂移动过程中对所述平移伺服电机直线位移量及其他各个轴的伺服驱动模块分别对应控制的伺服电机的角位移量及平移伺服电机直线位移量进行采集；

拖拉示教模块，用于根据空间轨迹跟踪模块采集的数据累加计算出平移伺服电机直线位移量及其他各伺服电机轴的角位移量，并由控制系统主模块据此以及目标位置控制机械臂移动方向，以使其准确的到达目标位置。

由上，通过所述空间轨迹跟踪模块的跟踪记录，并通过拖拉示教模块的示教，可以指导与相同情形下的机械臂的移动。

优选地，所述人机交互子系统包括：

手持盒屏显菜单处理模块，与所述控制系统主模块逻辑连接，用于显示功能菜单以供选择；

程序驱动模块，用于为用户操作手持盒控制机器人提供程序驱动。

由上，可以选择需要移动至的目的位置，以及实现所述控制系统的遥控。

优选地，所述伸展机械臂的末端设置一与所述控制系统主模块逻辑连接的压力传感器。

由上，通过设置所述压力传感器，当该伸展机械臂的末端到达目的地与目标位置接触感应后，该感应传递回控制系统主模块，从而可以及时停止伸展机械臂的伸展移动。

本申请还提供一种基于上述控制系统的控制方法，包括步骤：

A、通过人机交互单元选择伸展机械臂末端所要移动至的目标位置；

B、根据所述伸展机械臂末端当前所在的位置与所述目标位置之间的距离及角度获取与之相对应的用于多轴机械臂动作及伸展机械臂的所述移动件的移动以实现机械臂的伸展的驱动数据；

C、根据所述驱动数据控制多轴机械臂动作及伸展机械臂的伸展移动。

优选地，所述步骤C之后还包括：

D、当设置于伸展机械臂末端的压力传感器与目标位置接触感应后，停止伸展机械臂的伸展移动。

综上所述，本申请提供一种可变臂长工业机器人的控制系统及方法，根据伸展机械臂末端当前位置与目标位置之间的距离及角度获取对应驱动伸展机械臂伸展的驱动数据，并据此驱动所述移动件的移动以实现机械臂的伸展；由此本申请可以实现准确操作伸展机械臂的末端伸展移动至目标位置。

附图说明

图1为本申请提供的一种可变臂长工业机器人的结构图；

图2为本申请提供的可变臂长工业机器人的伸展机械臂的结构示意图之一；

图3为本申请提供的可变臂长工业机器人的伸展机械臂的结构示意图之二；

图4为本申请提供的可变臂长工业机器人的伸展机械臂的滑动部件的结构示意图；

图5为本申请提供的一种可变臂长工业机器人的控制系统的示意图；

图6为本申请提供的一种可变臂长工业机器人的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1示出了本申请提供的一种可变臂长工业机器人的结构图；其中，所述可变臂长工业机器人，包括复数个机械臂依次耦合构成的多轴机械臂，在其末端机械臂的端部固接一可沿着臂长方向伸展的伸展机械臂100。

如图2和图3示出了伸展机械臂100的结构示意图，所述伸展机械臂包括固接所述末端机械臂端部的固定架14，与所述固定架直线滑动连接的移动件11、驱动所述移动件11移动的平移伺服电机和所述移动件移动时起导向作用的导向件13；所述移动件远离所述固定架的一端安装所述伸展机械臂的主体。

如图4所示，移动件11包括臂头111和与臂头111相连的臂杆112，臂杆112的两侧面上设置有移动件V形槽1121。

驱动件12包括与其他结构固定连接的驱动电机支撑板121、固定在驱动电机支撑板121上的驱动电机122、与驱动电机122的输出轴相连的丝杠123、丝杠123与螺母124螺纹连接，螺母124固定在移动件11的臂杆112上，驱动电机122启动，驱动丝杠123转动，丝杠123与螺母124螺纹连接，丝杠123转动时，螺母124沿着丝杠123轴向移动，带着移动件11伸出或缩回。

导向件13包括起导向作用的呈对称设置的第一导轨131和第二导轨132，两个导轨相对的侧面上均设置有导轨V形槽1311，若干个圆柱滚子轴承133固定在导轨V形槽1311里，每两个平行设置的圆柱滚子轴承之间设置一个中心线与这两个圆柱滚子轴承垂直的圆柱滚子轴承，这些圆柱滚子轴承均间隔设置，且每个圆柱滚子轴承的圆周面均与导轨V形槽和移动件V形槽的一面接触，两端面分别与导轨V形槽和移动件V形槽的另一面接触，这样就限制了移动件V形槽宽度和高度方向的位移，从而移动件的臂杆只能沿着其长度方向移动。

固定架14包括四个板件：第一板件141、第二板件142、第三板件143和第四板件144围城方形框架，第一导轨131和第二导轨132分别按照在两个相对立的第一板件141和第三板件143的里侧，驱动件12设置在固定架14的方形框架内。

该伸展机械臂安装在机器人机械臂的末端，在机器人末端机械臂旋转时带着该伸展机械臂旋转，这样该伸展机械臂可实现旋转与伸展的复合运动，为执行特定困难任务提供了可能。

如图5示出了本申请提供的一种可变臂长工业机器人的控制系统的示意图；包括：

程序控制子系统，用于根据所述伸展机械臂末端当前位置与目标位置，驱动多轴机械臂动作及伸展机械臂的所述移动件的移动以实现机械臂的伸展；其中驱动多轴机械臂动作可以实现对伸展机械臂伸展方向的调整。

其中，所述程序控制子系统包括：控制系统主模块，以及与其逻辑连接的空间轨迹计算模块、伺服驱动模块；

所述空间轨迹计算模块502，用于根据所述伸展机械臂末端的当前位置信息与目标位置信息之间的距离及角度信息，获取与之相对应的用于驱动多轴机械臂动作及伸展机械臂伸展的驱动数据；

所述控制系统主模块501，用于根据所述驱动数据控制所述伺服驱动模块驱动多轴机械臂动作及所述移动件的移动以实现多轴机械臂动作及伸展机械臂的伸展。其中，所述伺服驱动模块包括：旋转伺服驱动模块503，用于驱动所述多轴机械臂的电机的旋转移动；平移伺服驱动模块504，用于驱动所述平移伺服电机使得所述移动件直线平移移动。由上，根据所述角度信息获取多轴机械臂动作驱动数据，可以据此驱动多轴机械臂动作以实现对伸展机械臂伸展方向的调整，以使所述伸展机械臂伸展后能够准确到达目标位置而不偏移。根据所述伸展机械臂末端的当前位置信息与目标信息之间的距离及角度信息可以获取与之相对应的伸展机械臂的驱动数据，并结合多轴机械臂的动作，以使得伸展机械臂伸展后能够准确到达目标位置。

其中，所述程序控制子系统还可以包括：

空间轨迹跟踪模块505，用于在机械臂移动过程中对所述平移伺服电机直线位移量及其他各个轴的伺服驱动模块分别对应控制的伺服电机的角位移量及平移伺服电机直线位移量进行采集；

拖拉示教模块506，用于根据空间轨迹跟踪模块采集的数据累加计算出平移伺服电机直线位移量及其他各伺服电机轴的角位移量，并由控制系统主模块据此以及目标位置控制机械臂移动方向，以使其准确的到达目标位置。

由此，通过所述空间轨迹跟踪模块的跟踪记录，并通过拖拉示教模块的示教，可以指导与相同情形下的机械臂的移动。

其中，所述伸展机械臂的末端设置一与所述控制系统主模块逻辑连接的压力传感器。

由此，通过设置所述压力传感器，当该伸展机械臂的末端到达目的地与目标位置接触感应后，该感应传递回控制系统主模块，从而可以及时停止伸展机械臂的伸展移动。其中，所述伸展机械臂的末端可以设置焊枪或喷漆头以用于对目标位置进行焊接或者喷漆。

所述程序控制系统，还包括：

人机交互子系统，用于控制所述程序控制子系统选取所述目标位置以及用于控制所述驱动的启动。

其中，所述人机交互子系统包括：

手持盒屏显菜单处理模块511，与所述控制系统主模块逻辑连接，用于显示功能菜单以供选择；

程序驱动模块512，用于为用户操作手持盒控制机器人提供程序驱动。

通过所述人机交互子系统可以选择需要机械臂移动至的目的位置，以及实现所述控制系统的遥控。

实施例二

如图6所示基于实施例一提供的控制系统，本申请还提供了一种基于所述控制系统的控制方法，包括步骤：

S601，通过人机交互单元选择伸展机械臂末端所要移动至的目标位置；

S602，根据所述伸展机械臂末端当前所在的位置与所述目标位置之间的距离及角度获取与之相对应的用于驱动伸展机械臂伸展的驱动数据；

S603，根据所述驱动数据控制伸展机械臂的伸展移动。

其中，所述S603，还包括：

M1、在伸展机械臂伸展移动过程中对机器人的各个轴向的伺服电机的角位移量进行采集；

M2、用于根据所述采集的数据累加计算出各伺服电机轴的角位移量，以由控制系统主模块依据目标位置，调整伸展机械臂伸展移动的方向，以使其准确的伸展移动至目标位置。

优选地，所述S603之后还包括：

S604、当设置于伸展机械臂末端的压力传感器与目标位置接触感应后，停止伸展机械臂的伸展移动。

综上所述，本申请提供一种可变臂长工业机器人的控制系统及方法，根据伸展机械臂末端当前位置与目标位置之间的距离及角度获取对应驱动伸展机械臂伸展的驱动数据，并据此驱动所述移动件的移动以实现机械臂的伸展；由此本申请可以实现准确操作伸展机械臂的末端伸展移动至目标位置。

以上所述仅为本发明的典型实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可变臂长工业机器人的控制系统，其特征在于，

所述可变臂长工业机器人，包括复数个机械臂依次耦合构成的多轴机械臂，在其末端机械臂的端部固接一可沿着臂长方向伸展的伸展机械臂；

所述伸展机械臂包括固接所述末端机械臂端部的固定架，与所述固定架直线滑动连接的移动件、驱动所述移动件移动的平移伺服电机和所述移动件移动时起导向作用的导向件；所述移动件远离所述固定架的一端安装所述伸展机械臂的主体；

所述控制系统包括：

程序控制子系统，用于根据所述伸展机械臂末端当前位置与目标位置，驱动多轴机械臂动作及伸展机械臂的所述移动件的移动以实现机械臂的伸展；

人机交互子系统，用于控制所述程序控制子系统选取所述目标位置以及用于控制所述驱动的启动。

由上，本申请根据所述伸展机械臂末端当前位置与目标位置，驱动多轴机械臂动作及伸展机械臂的所述移动件的移动以实现机械臂的伸展，可以实现准确操作控制伸展机械臂末端到达目标位置。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述程序控制子系统包括：控制系统主模块，以及与其逻辑连接的空间轨迹计算模块、伺服驱动模块；

所述空间轨迹计算模块，用于根据所述伸展机械臂末端的当前位置信息与目标位置信息之间的距离及角度信息，获取与之相对应的用于驱动多轴机械臂动作及伸展机械臂伸展的驱动数据；

所述控制系统主模块，用于根据所述驱动数据控制所述伺服驱动模块驱动多轴机械臂动作及所述移动件的移动以实现多轴机械臂动作及伸展机械臂的伸展。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述伺服驱动模块包括：

旋转伺服驱动模块，用于驱动所述多轴机械臂的电机的旋转移动；

平移伺服驱动模块，用于驱动所述平移伺服电机使得所述移动件直线平移移动。

4.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述程序控制子系统还包括：

空间轨迹跟踪模块，用于在机械臂移动过程中对所述平移伺服电机直线位移量及其他各个轴的伺服驱动模块分别对应控制的伺服电机的角位移量进行采集；

拖拉示教模块，用于根据空间轨迹跟踪模块采集的数据累加计算出平移伺服电机直线位移量及其他各伺服电机轴的角位移量，并由控制系统主模块据此以及目标位置控制机械臂移动方向，以使其准确的到达目标位置。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述人机交互子系统包括：

手持盒屏显菜单处理模块，与所述控制系统主模块逻辑连接，用于显示功能菜单以供选择；

程序驱动模块，用于为用户操作手持盒控制机器人提供程序驱动。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述伸展机械臂的末端设置一与所述控制系统主模块逻辑连接的压力传感器。

7.一种基于权利要求1至6任一项所述系统的控制方法，其特征在于，包括步骤：

A、通过人机交互单元选择伸展机械臂末端所要移动至的目标位置；

B、根据所述伸展机械臂末端当前所在的位置与所述目标位置之间的距离及角度获取与之相对应的用于多轴机械臂动作及伸展机械臂的所述移动件的移动以实现机械臂的伸展的驱动数据；

C、根据所述驱动数据控制多轴机械臂动作及伸展机械臂的伸展移动。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤C之后还包括：

D、当设置于伸展机械臂末端的压力传感器与目标位置接触感应后，停止伸展机械臂的伸展移动。