CN109514562A - 伺服机械手及其机械原点复归方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服机械手及其机械原点复归方法，该伺服机械手包括固定支架、截止块、抵接块、伺服电机和控制器。截止块设于固定支架上。抵接块能够与截止块相抵触。伺服电机用于提供动力。控制器与伺服电机电性连接，控制器用于控制伺服电机，使伺服电机驱动抵接块沿靠近截止块的方向移动至与截止块相抵，控制伺服电机的扭矩值增大至预设扭矩值，并使伺服电机的扭矩值继续增大预设时间段，控制伺服电机驱动抵接块沿远离截止块的方向移动预设距离，并将移动后的抵接块所处的位置作为机械原点的位置。该伺服机械手及其机械原点复归方法能保证机械原点的一致性，机械原点复归精度高，无需进行手动调校，可防止各运动机构之间的干涉碰撞。

Description

伺服机械手及其机械原点复归方法

技术领域

本发明涉及机械手技术领域，特别是涉及一种伺服机械手及其机械原点复归方法。

背景技术

机械原点复归是伺服机械手进行正式运行前的一个重要的调校步骤。传统的伺服机械手是通过近接传感器和伺服电机发出的伺服Z相信号相结合来判断原点位置，以实现机械原点复归的。但是，与近接传感器搭配使用的感应板的位置由于人工安装误差、机械碰撞等原因容易发生变化，从而影响伺服电机发出的Z相信号的接收，并最终导致机械原点的位置发生偏差。机械原点的位置偏差会使伺服电机及其驱动的运动机构无法完成机械原点的复归动作，甚至引起运动机构之间的干涉碰撞。

发明内容

基于此，有必要提供一种伺服机械手及其机械原点复归方法，该伺服机械手及其机械原点复归方法能保证机械原点的一致性，机械原点复归精度高，无需进行手动调校，可防止各运动机构之间的干涉碰撞。

一种伺服机械手，包括：

固定支架；

截止块，设于所述固定支架上；

抵接块，能够与所述截止块相抵触；

伺服电机，用于提供动力，所述伺服电机能够驱动所述抵接块沿靠近或远离所述截止块的方向往复移动；

控制器，与所述伺服电机电性连接，所述控制器用于控制伺服电机，使伺服电机驱动所述抵接块沿靠近所述截止块的方向移动至与所述截止块相抵，控制所述伺服电机的扭矩值增大至预设扭矩值，并使伺服电机的扭矩值继续增大预设时间段，控制所述伺服电机驱动所述抵接块沿远离所述截止块的方向移动预设距离，并将移动后的抵接块所处的位置作为机械原点的位置。

该伺服机械手进行机械原点复归时，伺服电机在控制器的控制下，驱动抵接块沿导向滑轨移动至抵接块与截止块相抵，抵接块与截止块产生相互作用力，伴随抵接块与截止块之间产生微小弹性变形的同时，伺服电机的转速降低，伺服电机的扭矩值不断增大，直到伺服电机的扭矩值与预设扭矩值相等并继续增大扭矩值达到预设时间段，此时可认定抵接块与截止块已紧密贴合，不存在间隙。接着控制器控制伺服电机驱动抵接块反向移动预设距离，并以此时机械手本体所处的位置作为机械手本体的机械原点，从而完成机械手本体的机械原点复归。上述伺服机械手结构简单，无需配置近接传感器及感应板。而且，进行机械原点复归过程中，由于截止块的位置是固定不变的，而且伺服电机的扭矩值相对于伺服Z相信号的获取难度更小、稳定性更高，因此上述伺服机械原点复归精度较高，能保证机械原点的一致性，无需进行手动调校，可防止各运动机构之间的干涉碰撞。

在其中一个实施例中，所述伺服机械手还包括传动组件，所述传动组件包括相啮合的主动轮及导向齿条，所述导向齿条设置于所述固定支架上，所述伺服电机能够驱动所述主动轮沿所述导向齿条移动。

在其中一个实施例中，所述伺服机械手还包括减速机，所述减速机的输入端与所述伺服电机的输出端连接，所述减速机的输出端与所述主动轮连接。

在其中一个实施例中，所述伺服机械手还包括支撑板及安装支架，所述伺服电机设于所述安装支架上，所述抵接块设于所述安装支架上，所述支撑板可滑动地设置于所述固定支架上。

在其中一个实施例中，所述伺服机械手还包括设于所述固定支架上的导向滑轨，所述支撑板可滑动地设置于所述导向滑轨上。

在其中一个实施例中，所述伺服机械手还包括操作机构，所述操作机构设于所述安装支架上，所述操作机构用于对工件进行操作。

在其中一个实施例中，所述伺服机械手还包括安全块，所述安全块和所述截止块分别位于所述导向滑轨的两端。

在其中一个实施例中，所述控制器包括伺服控制单元和主控制单元，所述伺服控制单元与所述伺服电机电性连接，所述主控制单元与所述伺服控制单元电性连接，所述主控制单元用于接收所述伺服控制单元发来的伺服电机的扭矩值，并将所述扭矩值与预设扭矩值进行比较，得到反馈信息并发送至所述伺服控制单元，所述伺服控制单元用于根据所述反馈信息控制所述伺服电机的运行。

本发明一实施例还提出一种伺服机械手的机械原点复归方法，包括以下步骤：

控制伺服电机驱动抵接块沿靠近截止块的方向移动至抵接块与截止块相抵；

控制伺服电机的扭矩值增大至预设扭矩值，并使伺服电机的扭矩值继续增大预设时间段；

控制伺服电机驱动抵接块沿远离截止块的方向移动预设距离；

获取所述抵接块的位置，将所述抵接块的位置作为机械原点。

该伺服机械手的机械原点复归方法中，无需使用额外的近接传感器及感应板。而且，由于截止块的位置是固定不变的，伺服电机的扭矩值相对于伺服Z相信号的获取难度更小、稳定性更高，因此上述伺服机械原点复归方法复归精度较高，能保证机械原点的一致性，无需进行手动调校，可防止各运动机构之间的干涉碰撞。

在其中一个实施例中，所述预设扭矩值为伺服电机的额定扭矩值的35％～45％。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的伺服机械手在一个视角的结构示意图；

图2为图1所示的伺服机械手的局部立体示意图；

图3为图1的爆炸图；

图4为本发明一实施例所述的伺服机械手在另一个视角的结构示意图；

图5为本发明一实施例所述的伺服机械手的机械原点复归方法的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1和图2所示，本发明一实施例提出一种伺服机械手10，包括固定支架100、截止块210、抵接块220、伺服电机310和控制器。

具体地，截止块210设于固定支架100上。抵接块220能够与截止块210相抵触。伺服电机310用于提供动力，伺服电机310能够驱动抵接块220沿靠近或远离截止块210的方向往复移动。

进一步地，伺服机械手10还包括传动组件，传动组件包括相啮合的主动轮410及导向齿条420，导向齿条420设置于固定支架100上，伺服电机310能够驱动主动轮410沿导向齿条420移动。该设置能实现抵接块220沿靠近或远离截止块210的方向往复移动。

具体地，伺服机械手10还包括减速机320，减速机320的输入端与伺服电机310的输出端连接，减速机320的输出端与主动轮410连接。该设置便于根据需要调节机械手本体的移动速度。

具体地，伺服机械手10还包括支撑板510及安装支架520，伺服电机310设于安装支架520上，抵接块220设于安装支架520上，支撑板510可滑动地设置于固定支架100上。该设置便于抵接块220相对于安装支架520往复滑动。

具体地，伺服机械手10还包括设于固定支架100上的导向滑轨530，支撑板510可滑动地设置于导向滑轨530上。支撑板510能沿着导向滑轨530滑动，从而带动安装支架520滑动，使得设于安装支架520上的抵接块220能沿着靠近或远离截止块210的方向移动。本实施例中，导向滑轨530共有两条且间隔设置。当然，在其他实施例中，导向滑轨530的数量也可以多于两条或少于两条。

进一步地，如图3所示，伺服机械手10还包括滑块540，滑块540的一面与支撑板510连接，滑块540与支撑板510相背的一面设有与导向滑轨530相配合的滑槽541。滑块540便于支撑板510安装于安装支架520且能实现支撑板510与导向滑轨530的滑动连接。本实施例中，滑块540共有四个，每两个滑块540与一条导向滑轨530相配合。

进一步地，所述伺服机械手10还包括安全块230，所述安全块230和所述截止块210分别位于所述导向滑轨530的两端。安全块230可防止抵接块220从导向滑轨530远离截止块210的一端滑出。

进一步地，伺服机械手10还包括操作机构，操作机构设于安装支架520上，操作机构用于对工件进行操作。操作机构随着安装支架520移动至导向滑轨530上的指定位置，并进行相应的操作。本实施例中，操作机构为气动机构且用于对工件进行抓取操作。具体地，伺服机械手10还包括容置盒600，气动机构设置于所述容置盒600内。容置盒600上设有连通口，所述气动机构能经所述连通口伸出。

另外，如图4所示，伺服机械手10还包括拖链机构700，拖链机构700内设置电缆和通气管，电缆与气动抓取机构电性连接，通气管与气动抓取机构连通。

具体地，控制器与伺服电机310电性连接，控制器用于控制伺服电机310，使伺服电机310驱动抵接块220沿靠近截止块210的方向移动至与截止块210相抵，控制伺服电机310的扭矩值增大至预设扭矩值，并使伺服电机310的扭矩值继续增大预设时间段，控制伺服电机310驱动抵接块220沿远离截止块210的方向移动预设距离，并将移动后的抵接块220所处的位置作为机械原点的位置。

可选地，控制器包括伺服控制单元和主控制单元810，伺服控制单元与伺服电机310电性连接，主控制单元810与伺服控制单元电性连接，主控制单元810用于接收伺服控制单元传递过来的伺服电机310的扭矩值，并将扭矩值与预设扭矩值进行比较，得到反馈信息并发送至伺服控制单元，伺服控制单元用于根据反馈信息控制伺服电机310的运行。该设置便于对机械手本体的机械原点复归过程进行集中、系统的监控。本实施例中，若扭矩值小于预设扭矩值，反馈信息为继续增大扭矩值；若扭矩值等于预设扭矩值，则反馈信息为停止增大扭矩值。

本实施例中，伺服控制单元是指能对伺服电机310的运行进行控制的设备，例如，可以是PLC或具有控制板卡的工控机等。伺服控制单元设置于安装支架520上。主控制单元810是指能对伺服控制单元进行控制的设备，例如，可以是PLC或具有控制板卡的工控机等。主控制单元810设置于固定支架100上。

上述伺服机械手10至少具有以下优点：

该伺服机械手10进行机械原点复归时，伺服电机310在控制器的控制下，驱动抵接块220沿导向滑轨530移动至抵接块220与截止块210相抵，抵接块220与截止块210产生相互作用力，伴随抵接块220与截止块210之间产生微小弹性变形的同时，伺服电机310的转速降低，伺服电机310的扭矩值不断增大，直到伺服电机310的扭矩值与预设扭矩值相等并维持该扭矩值达到预设时间段，此时可认定抵接块220与截止块210已紧密贴合，不存在间隙。接着控制器控制伺服电机310驱动抵接块220反向移动预设距离，并以此时机械手本体所处的位置作为机械手本体的机械原点，从而完成机械手本体的机械原点复归。上述伺服机械手10结构简单，无需配置近接传感器及感应板。而且，进行机械原点复归过程中，由于截止块210的位置是固定不变的，而且伺服电机310的扭矩值相对于伺服Z相信号的获取难度更小、稳定性更高，因此上述伺服机械原点复归精度较高，能保证机械原点的一致性，无需进行手动调校，可防止各运动机构之间的干涉碰撞。

如图5所示，本发明一实施例还提出一种伺服机械手10的机械原点复归方法，包括以下步骤：

S100、控制伺服电机310驱动抵接块220沿靠近截止块210的方向移动至抵接块220与截止块210相抵。

本实施例中，伺服控制单元控制伺服电机310驱动抵接块220沿靠近截止块210的方向移动至抵接块220与截止块210相抵。此时抵接块220被截止块210截止，停止移动。

S200、控制伺服电机310的扭矩值增大至预设扭矩值，并使伺服电机310的扭矩值继续增大预设时间段。

其中，预设扭矩值为伺服电机310的额定扭矩值的35％～45％。在该预设扭矩值下，伺服电机310既能使抵接块220克服摩擦力并向靠近截止块210的方向移动，同时也不会损坏伺服电机310或破坏截止块210。本实施例中，预设扭矩值为伺服电机310的额定扭矩值的40％。

具体地，预设时间段为0.25秒～0.75秒。该预设时间段可保证抵接块220与截止块210已紧密贴合，不存在间隙。本实施例中，预设时间段为0.5秒。当然，预设扭矩值和预设时间段也可根据实际情况进行调整。

具体地，伺服控制单元控制伺服电机310的扭矩值不断增大，同时主控制单元810不断获取伺服控制单元发送来的扭矩值，并将扭矩值与预设扭矩值相比较。当扭矩值等于预设扭矩值时，主控制单元810向伺服控制单元发送指令，伺服控制单元继续增大扭矩值，并开始计时，直到所计时间达到预设时间段，进入步骤S300。

S300、控制伺服电机310驱动抵接块220沿远离截止块210的方向移动预设距离。

具体地，伺服控制单元将伺服电机310由扭矩值控制模式切换至距离控制模式，并控制伺服电机310驱动抵接块220沿远离截止块210的方向移动预设距离。可选地，预设距离为8～12毫米。本实施例中，预设距离为10毫米。当然，在其他实施例中，预设距离也可大于10毫米或小于10毫米。

S400、获取抵接块220的位置，将抵接块220的位置作为机械原点。

本实施例中，伺服控制单元获取抵接块220的位置，将抵接块220的位置作为机械原点。此处将抵接块220反向移动预设距离后的位置作为机械原点，而不采用抵接块220与截止块210相抵的位置作为机械原点，可避免抵接块220每次回归至原点时均与截止块210相抵而导致伺服电机310的扭矩值不断增大而影响伺服电机310的使用寿命。

上述伺服机械手10的机械原点复归方法至少具有以下优点：

该伺服机械手10的机械原点复归方法中，无需使用额外的近接传感器及感应板。而且，由于截止块210的位置是固定不变的，伺服电机310的扭矩值相对于伺服Z相信号的获取难度更小、稳定性更高，因此上述伺服机械原点复归方法复归精度较高，能保证机械原点的一致性，无需进行手动调校，可防止各运动机构之间的干涉碰撞。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种伺服机械手，其特征在于，包括：

固定支架；

截止块，设于所述固定支架上；

抵接块，能够与所述截止块相抵触；

伺服电机，用于提供动力，所述伺服电机能够驱动所述抵接块沿靠近或远离所述截止块的方向往复移动；

控制器，与所述伺服电机电性连接，所述控制器用于控制所述伺服电机，使所述伺服电机驱动所述抵接块沿靠近所述截止块的方向移动至与所述截止块相抵，控制所述伺服电机的扭矩值增大至预设扭矩值，并使所述伺服电机的扭矩值继续增大预设时间段，控制所述伺服电机驱动所述抵接块沿远离所述截止块的方向移动预设距离，并将移动后的所述抵接块所处的位置作为机械原点的位置。

2.根据权利要求1所述的伺服机械手，其特征在于，还包括传动组件，所述传动组件包括相啮合的主动轮及导向齿条，所述导向齿条设置于所述固定支架上，所述伺服电机能够驱动所述主动轮沿所述导向齿条移动。

3.根据权利要求2所述的伺服机械手，其特征在于，还包括减速机，所述减速机的输入端与所述伺服电机的输出端连接，所述减速机的输出端与所述主动轮连接。

4.根据权利要求1所述的伺服机械手，其特征在于，还包括支撑板及安装支架，所述伺服电机设于所述安装支架上，所述抵接块设于所述安装支架上，所述支撑板可滑动地设置于所述固定支架上。

5.根据权利要求4所述的伺服机械手，其特征在于，还包括设于所述固定支架上的导向滑轨，所述支撑板可滑动地设置于所述导向滑轨上。

6.根据权利要求5所述的伺服机械手，其特征在于，还包括操作机构，所述操作机构设于所述安装支架上，所述操作机构用于对工件进行操作。

7.根据权利要求5所述的伺服机械手，其特征在于，还包括安全块，所述安全块和所述截止块分别位于所述导向滑轨的两端。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的伺服机械手，其特征在于，所述控制器包括伺服控制单元和主控制单元，所述伺服控制单元与所述伺服电机电性连接，所述主控制单元与所述伺服控制单元电性连接，所述主控制单元用于接收所述伺服控制单元发来的所述伺服电机的扭矩值，并将所述扭矩值与预设扭矩值进行比较，得到反馈信息并发送至所述伺服控制单元，所述伺服控制单元用于根据所述反馈信息控制所述伺服电机的运行。

9.一种伺服机械手的机械原点复归方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制伺服电机驱动抵接块沿靠近截止块的方向移动至抵接块与截止块相抵；

控制伺服电机的扭矩值增大至预设扭矩值，并使伺服电机的扭矩值继续增大预设时间段；

控制伺服电机驱动抵接块沿远离截止块的方向移动预设距离；

获取所述抵接块的位置，将所述抵接块的位置作为机械原点。

10.根据权利要求9所述的伺服机械手的机械原点复归方法，其特征在于，所述预设扭矩值为伺服电机的额定扭矩值的35％～45％。