CN109454653A - 一种具有柔性腕关节机器人的控制系统及控制方法 - Google Patents

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徐燕华
尚涛
丁立军
邢博
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Jiaxing University
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1602—Programme controls characterised by the control system, structure, architecture

Abstract

本发明公开了一种具有柔性腕关节机器人的控制系统，包括刀库、编码器、刀库伺服电机、控制器和刀座，还包括连接刀座的柔性腕关节，柔性腕关节通过管路连接有背压提供机构，所述管路上设置有可调减压阀，在可调减压阀与柔性腕关节之间设置有压力传感器，压力传感器及可调减压阀均连接控制器，本发明使机器人所持刀具具有柔性腕关节，并能够控制柔性腕关节背压的安全阈值，避免刀具或机器人损坏。

Description

一种具有柔性腕关节机器人的控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于机器人领域，更具体的说涉及一种具有柔性腕关节机器人的控制系统及控制方法。
背景技术
目前工业机器人的应用越来越普遍，应用范围也越来越广，关节式工业机器人，由于自身结构的原因，重复精度相对较高，而定位精度较低。这个特点导致工业机器人在装配和加工领域应用受限。
现有的解决方式是采用高精度的六维力传感器，作为机器人和执行机构的过渡连接装置，六维力传感器能够检测x，y，z三个方向的力以及绕三个轴向的力矩。传感器所获得的力和力矩信号反馈给机器人的控制系统，从而使机器人做出相应的反应。但是该方式存在以下的不足：1.力传感器成本较高，反馈控制系统较复杂，不利于广泛的推广和应用。2.力反馈控制系统存在时间上的滞后性，碰撞发生以后系统延迟一定时间才会产生相应的动作，然而当控制系统作出响应时，工件可能已经被破坏了。
另一种解决方式是通过单轴气缸和伺服阀来控制气缸对工件的压力，但是该方式为单自由度机构只在一个方向上有作用，而工业中使用的六自由度机器人的运动自由度较多，执行工具和工件之间的接触通常是多维的。要满足需求就要采用多个单自由度机构串联起来，系统刚度降低，误差增大，控制变得复杂，成本上升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种使机器人所持刀具具有柔性腕关节，并能够控制柔性腕关节背压的安全阈值，避免刀具或机器人损坏。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种具有柔性腕关节机器人的控制系统，包括刀库、编码器、刀库伺服电机、控制器和刀座，还包括连接刀座的柔性腕关节，柔性腕关节通过管路连接有背压提供机构，所述管路上设置有可调减压阀，在可调减压阀与柔性腕关节之间设置有压力传感器，压力传感器及可调减压阀均连接控制器。
进一步的所述刀座为动力刀座，动力刀座连接有变频器，变频器连接控制器。
进一步的所述背压提供机构为气缸或液压缸。
进一步的所述柔性腕关节连接至机器人的机械臂上。
一种控制方法，包括如下步骤：
S1：数据配置，对刀库内所有刀具一一对应设定可调减压阀出口压力及背压的安全阈值；
S2：选刀，根据待加工工件的需要通过刀库伺服电机由刀库选取相应的刀具安装在刀座上；
S3：调整柔性腕关节背压，根据选定的刀具，由编码器将信号反馈至控制器，控制器根据选定的刀具控制可调减压阀的出口压力；
S4：判断刀具工况，由压力传感器实时检测柔性腕关节内背压，并将信号反馈至控制器，在其背压大于阈值时报警停机，背压小于安全阈值时正常工作。
进一步的在步骤S1中对刀库内所有刀具一一对应设定变频器输出信号，在选定刀具后，根据选定的刀具，由编码器将信号反馈至控制器，控制器根据选定的刀具控制变频器输出信号，进而使动力刀座按设定值转速运转。
进一步的在选刀过程中通过编码器将选择的刀具信号反馈至控制器，由控制器判断选定的刀具是否为需要刀具，若为是，继续步骤S3，若为否，重新选择刀具。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：对刀库内所有刀具一一对应的进行设定其各项工作参数，包括其背压的安全阈值，实际工作的转速，当刀具加工工件时，刀具受到较大阻碍，且使得柔性腕关节动作，压力传感器实时检测背压变化，若大于设定的安全阈值则立即停机，以防止继续工作造成刀具或机器人的损坏，反之背压在安全阈值范围内时，刀具可根据柔性腕关节进行一定幅度的运动，降低刀具与工件刚性碰撞的力度，并且在安全值范围内持续加工。
附图说明
图1为本发明的控制流程图；
图2为本发明的系统结构图。
附图标记：1、刀库；2、编码器；3、刀库伺服电机；4、气源；5、可调减压阀；6、柔性腕关节；7、动力刀座；8、刀具；9、变频器；10、压力传感器；11、控制器。
具体实施方式
参照图1和图2对本发明的实施例做进一步说明。
一种具有柔性腕关节机器人的控制系统，包括刀库1、编码器2、刀库伺服电机3、控制器11和刀座，还包括连接刀座的柔性腕关节6，柔性腕关节6通过管路连接有背压提供机构，所述管路上设置有可调减压阀5，在可调减压阀5与柔性腕关节6之间设置有压力传感器10，压力传感器10及可调减压阀5均连接控制器11。
本实施例优选的所述刀座为动力刀座7，动力刀座7连接有变频器9，变频器9连接控制器11。
本实施例优选的所述背压提供机构为气缸或液压缸，用以提供压力的气源4或液源。
本实施例优选的所述柔性腕关节6连接至机器人的机械臂上。
控制器11连接有报警装置，报警装置为声光报警器。
其具体控制方法为，包括如下步骤：
S1：数据配置，对刀库1内所有刀具8一一对应设定可调减压阀5出口压力及背压的安全阈值；
首先对刀库1内所有刀具8进行编号，并将其输入控制器11中，根据刀具8的不同对每个刀具8单独对应设定可调减压阀5出口压力值，并将可调减压阀5出口压力值与编号对应，根据刀具8的不同对每个刀具8单独对应设定背压的安全阈值，并将安全阈值与编号对应；
S2：选刀，根据待加工工件的需要通过刀库伺服电机3由刀库1选取相应的刀具8安装在刀座上；
在选择刀具8时，由控制器11控制刀库伺服电机3选取刀具8，同时编码器2识别选取的刀具8信号传输至控制器11判断是否与需要刀具8相同，若为是，继续执行步骤S3，若为否，重新选择刀具8；
S3：调整柔性腕关节6背压，根据选定的刀具8，由编码器2将信号反馈至控制器11，控制器11根据选定的刀具8控制可调减压阀5的出口压力，此时可调减压阀5的出口压力使得刀具8可正常工作；
S4：判断刀具8工况，由压力传感器10实时检测柔性腕关节6内背压，并将信号反馈至控制器11，在其背压大于阈值时报警停机，背压小于安全阈值时正常工作。
其中刀座可为固定式刀座。
刀座还可为动力刀座7，此时在步骤S1中，根据刀库1内刀具8的不同对每个刀具8单独对应设定变频器9输出信号，即设定每个相应刀具8的转速。
在刀具8选定后，控制器11同时控制变频器9及可调减压阀5信号。
例：本实施例中刀库1中具有四把刀具8，首先对四把刀具8分别编号为1、2、3和4，设定可调减压阀5出口压力值分别为a、b、c和d，背压的安全阈值分别为A、B、C和D，转速为K、L、M和N。
首先选取刀具8，待加工工件需采用3号刀具8加工，此时控制器11给定编号3，由刀库伺服电机3至刀库1中取刀，编码器2同时读取刀库伺服电机3的取刀执行状况，并将信号传输回控制器11，若实际取刀为2号，则控制器11判断为否，控制器11将使刀库伺服电机3重新取刀，同时编码器2将信号传输回控制器11，若为是，则选定并取刀安装至动力刀座7上；控制器11使可调减压阀5出口压力调整至c，背压的安全阈值选定C，通过变频器9控制刀具8转动速度为M，刀具8转动对工件进行加工；加工过程中刀具8遇到较大阻碍，或正面或侧面，柔性腕关节6将活动，使刀具8避开碰撞，同时压力传感器10始终不断检测柔性腕关节6内背压数值为Z，在Z小于C时，持续工作，在Z大于C时，此时立即停机并报警，避免刀具8或机器人损坏。
刀库1中的刀具8基本处于确定的，只需预先将相应参数一一对应输入至控制器11中，在工作时，只要选定相应的刀具8，由控制器11将自动调取相应参数控制其他机构执行相应的参数，实现自动的安全加工，避免发生损坏，特别是刀具8和机器人的损坏。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有柔性腕关节机器人的控制系统，包括刀库、编码器、刀库伺服电机、控制器和刀座，其特征在于：还包括连接刀座的柔性腕关节，柔性腕关节通过管路连接有背压提供机构，所述管路上设置有可调减压阀，在可调减压阀与柔性腕关节之间设置有压力传感器，压力传感器及可调减压阀均连接控制器。
2.根据权利要求1所述的具有柔性腕关节机器人的控制系统，其特征在于：所述刀座为动力刀座，动力刀座连接有变频器，变频器连接控制器。
3.根据权利要求1所述的具有柔性腕关节机器人的控制系统，其特征在于：所述背压提供机构为气缸或液压缸。
4.根据权利要求1或2或3所述的具有柔性腕关节机器人的控制系统，其特征在于：所述柔性腕关节连接至机器人的机械臂上。
5.一种利用如权利要求4所述的控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：数据配置，对刀库内所有刀具一一对应设定可调减压阀出口压力及背压的安全阈值；
S2：选刀，根据待加工工件的需要通过刀库伺服电机由刀库选取相应的刀具安装在刀座上；
S3：调整柔性腕关节背压，根据选定的刀具，由编码器将信号反馈至控制器，控制器根据选定的刀具控制可调减压阀的出口压力；
S4：判断刀具工况，由压力传感器实时检测柔性腕关节内背压，并将信号反馈至控制器，在其背压大于阈值时报警停机，背压小于安全阈值时正常工作。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：在步骤S1中对刀库内所有刀具一一对应设定变频器输出信号，在选定刀具后，根据选定的刀具，由编码器将信号反馈至控制器，控制器根据选定的刀具控制变频器输出信号，进而使动力刀座按设定值转速运转。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：在选刀过程中通过编码器将选择的刀具信号反馈至控制器，由控制器判断选定的刀具是否为需要刀具，若为是，继续步骤S3，若为否，重新选择刀具。
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