CN113263523A - 一种计算scara机器人臂长方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量SCARA机器人臂长方法，包含以下步骤：步骤1：把SCARA机器人的两臂在XY平面沿X轴或Y轴尽量伸直，得到初始位置(x0,y0)；步骤2：臂2先顺时针旋转α，得到位置1(x1,y1)；步骤3：臂2逆时针旋转2*α，得到位置2(x2,y2)；步骤4：可以通过平面三点求圆的半径方法得到
Figure DDA0003037040380000011
臂2长L2，步骤5:再回到初始位置(x0,y0),即与水平坐标角度为
Figure DDA0003037040380000012
步骤6：臂1先顺时针旋转α，臂2逆时针旋转α得到位置3(x3,y3)；步骤7：臂1逆时针旋转2*α，臂2顺时针旋转2*α得到位置4(x4,y4)；步骤8：由于θ2角度值没变，可以求得
Figure DDA0003037040380000013
臂1长L1。

Description

一种计算SCARA机器人臂长方法
技术领域
本发明涉及SCARA机器人的技术领域，特别是一种测量SCARA机器人臂长方法。
背景技术
SCARA结构的设备在自动化领域使用越来越广，其简单的机械结构和灵活的位置控制方式得到许多设备制造商的青睐。其是通过控制角度θ1,θ2来控制末端位置(B点位置)(x,y),由圆柱坐标系与直角坐标的相互转换来实现SCARA 机器人运动学正解为：
Figure RE-GDA0003176460440000011
以及SCARA机器人运动学逆解：
Figure RE-GDA0003176460440000012
θ1＝atan2(y，x)-atan2(L2s2、L1+L2c2)
θ2＝atan2(s2，c2)，
从正解以及逆解的两公式来看，臂长L1和L2很关键。
一般来说，通过示教学习的方法，可以大致把工件轨迹f(x,y)描述成 g(θ1,θ2)的对应，即n个(x,y)与n个(θ1,θ2)建立一一对应的关系，它们之间的对应数据通过线性插补来获取。但示教过程是一个枯燥漫长的过程，而且也不精确。为了提高设备的精度和柔性，增强自动化程度，希望从CAD/CAM 计算出来的(X，Y)可以通过SCARA机器人运动学逆解得到相对应的(θ1,θ2)。
由于加工精度、装配精度，实际L1与L2与图纸设计的臂长有一些误差，导致通过逆解计算出来的(θ1,θ2)对应的(x,y)与实际机器的X,Y有较大误差。所以如何在线获取实际机器的臂长L1与L2对于提高SCARA机器设备的自动化程度和加工精度就显得十分关键。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种通过测量XY平面五个点的直角坐标(x0,y0)、(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y5)来反推其臂长L1与L2，从而可以直接依据CAD/CAM的产生的理论XY运动轨迹，利用求得的L1、L2与逆解公式，从而来求取(θ1,θ2)的控制轨迹的测量SCARA机器人臂长方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案：
一种测量SCARA机器人臂长方法，包含以下步骤：
步骤1：把SCARA机器人的两臂(臂1与臂2)在XY平面沿X轴或Y轴尽量伸直(这里假设是沿X轴)，其臂1与X轴的交角为
Figure RE-GDA0003176460440000025
其臂2与X轴的交角为
Figure RE-GDA0003176460440000026
得到初始位置(x0,y0)；
步骤2：臂2先顺时针旋转α，得到位置1(x1,y1)；
步骤3：臂2逆时针旋转2*α，得到位置2(x2,y2)；
步骤4：可以通过平面三点求圆的半径方法得到
Figure RE-GDA0003176460440000027
臂2长L2，
Figure RE-GDA0003176460440000021
Figure RE-GDA0003176460440000022
(1)减去(2)
Figure RE-GDA0003176460440000023
(1)加(2)
Figure RE-GDA0003176460440000024
进一步可以得到
Figure RE-GDA0003176460440000031
Figure RE-GDA0003176460440000032
得到
Figure RE-GDA0003176460440000033
后，利用(3)
Figure RE-GDA0003176460440000034
步骤5:再回到初始位置(x0,y0),即与水平坐标角度为
Figure RE-GDA0003176460440000035
步骤6：臂1先顺时针旋转α，臂2逆时针旋转α得到位置3(x3,y3)，此时与 X轴的交角应是
Figure RE-GDA0003176460440000036
步骤7：臂1逆时针旋转2*α，臂2顺时针旋转2*α得到位置4(x4,y4)，此时与X轴的交角应是
Figure RE-GDA0003176460440000037
步骤8：由于θ2角度值没变，应用公式(1)(2)可以求得
Figure RE-GDA0003176460440000038
臂1长L1。
作为优选，所述的步骤4中通过先顺时针旋转臂2，得到位置1，再逆时针旋转臂2同样角度，得到位置2，利用初始位置、位置1与位置2平面三点，利用公式(6)(7)来求得初始角度
Figure RE-GDA0003176460440000039
和臂长L2。
作为优选，所述的步骤2与步骤3得到位置1与位置2时，臂2旋转方向相反，即臂2顺时针旋转一个角度或逆时针旋转一个角度得到位置1，则即臂2 需要逆时针旋转相同角度或顺时针旋转相同角度得到位置2。
作为优选，所述的步骤8中在求臂长L1时，为了消除臂长L2对θ1变化导致末端位置(B点位置)的影响，需要臂1旋转多少角度，臂2必须反方向旋转等同角度，这样使位置(x,y)的变化只与L1和臂1旋转角度有关，与L2无关，实现L1与L2的解耦。
作为优选，所述的步骤6与步骤7中通过先顺时针旋转臂1,逆时针旋转臂 2同样角度，得到位置3，回到初始位置，再逆时针旋转臂1相同角度,顺时针旋转臂2同样角度，得到位置4，利用初始位置、位置3与位置4三点利用公式 (6)(7)来求得初始角度
Figure RE-GDA0003176460440000041
臂1长L1。
作为优选，所述的步骤6与步骤7中得到位置3与位置4时臂1旋转方向相反，即臂1顺时针旋转一个角度或逆时针旋转一个角度得到位置3，则即臂1 需要逆时针旋转相同角度或顺时针旋转相同角度得到位置4。
本发明的有益条件在于：通过测量XY平面五个点的直角坐标(x0,y0)、 (x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3)、(x4,y5)来反推其臂长L1与L2，从而可以直接依据CAD/CAM的产生的理论XY运动轨迹，利用求得的L1、L2与逆解公式，从而来求取(θ1,θ2)的控制轨迹。
附图说明
图1为本发明测量方法的流程框图。
图2为本发明SCARA机器人的结构示意图。
图3为本发明SCARA机器人线条化示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，一种测量SCARA机器人臂长方法，包含以下步骤：
步骤1：把SCARA机器人的两臂(臂1与臂2)在XY平面沿X轴或Y轴尽量伸直(这里假设是沿X轴)，其臂1与X轴的交角为
Figure RE-GDA0003176460440000042
其臂2与X轴的交角为
Figure RE-GDA0003176460440000043
得到初始位置(x0,y0)；
步骤2：臂2先顺时针旋转α，得到位置1(x1,y1)；
步骤3：臂2逆时针旋转2*α，得到位置2(x2,y2)；
步骤4：可以通过平面三点求圆的半径方法得到
Figure RE-GDA0003176460440000044
臂2长L2，
Figure RE-GDA0003176460440000045
Figure RE-GDA0003176460440000051
Figure RE-GDA0003176460440000052
(1)减去(2)
Figure RE-GDA0003176460440000053
(1)加(2)
Figure RE-GDA0003176460440000054
进一步可以得到
Figure RE-GDA0003176460440000055
Figure RE-GDA0003176460440000056
得到
Figure RE-GDA0003176460440000057
后，利用(3)
Figure RE-GDA0003176460440000058
步骤5:再回到初始位置(x0,y0),即与水平坐标角度为
Figure RE-GDA0003176460440000059
步骤6：臂1先顺时针旋转α，臂2逆时针旋转α得到位置3(x3,y3)，此时与 X轴的交角应是
Figure RE-GDA00031764604400000510
步骤7：臂1逆时针旋转2*α，臂2顺时针旋转2*α得到位置4(x4,y4)，此时与X轴的交角应是
Figure RE-GDA00031764604400000511
步骤8：由于θ2角度值没变，应用公式(1)(2)可以求得
Figure RE-GDA00031764604400000512
臂1长L1。
所述的步骤4中通过先顺时针旋转臂2，得到位置1，再逆时针旋转臂2同样角度，得到位置2，利用初始位置、位置1与位置2平面三点，利用公式(6) (7)来求得初始角度
Figure RE-GDA00031764604400000513
和臂长L2。所述的步骤2与步骤3得到位置1与位置2 时，臂2旋转方向相反，即臂2顺时针旋转一个角度或逆时针旋转一个角度得到位置1，则即臂2需要逆时针旋转相同角度或顺时针旋转相同角度得到位置2。所述的步骤8中在求臂长L1时，为了消除臂长L2对θ1变化导致末端位置(B 点位置)的影响，需要臂1旋转多少角度，臂2必须反方向旋转等同角度，这样使位置(x,y)的变化只与L1和臂1旋转角度有关，与L2无关，实现L1与 L2的解耦。所述的步骤6与步骤7中通过先顺时针旋转臂1,逆时针旋转臂2 同样角度，得到位置3，回到初始位置，再逆时针旋转臂1相同角度,顺时针旋转臂2同样角度，得到位置4，利用初始位置、位置3与位置4三点利用公式(6) (7)来求得初始角度
Figure RE-GDA0003176460440000061
臂1长L1。所述的步骤6与步骤7中得到位置3与位置4时臂1旋转方向相反，即臂1顺时针旋转一个角度或逆时针旋转一个角度得到位置3，则即臂1需要逆时针旋转相同角度或顺时针旋转相同角度得到位置 4。
本发明通过测量XY平面五个点的直角坐标(x0,y0)、(x1,y1)、(x2,y2)、 (x3,y3)、(x4,y5)来反推其臂长L1与L2，从而可以直接依据CAD/CAM的产生的理论XY运动轨迹，利用求得的L1、L2与逆解公式，从而来求取(θ1,θ2) 的控制轨迹，生产过程无误差，提高了SCARA机器人的自动化程度与加工精度。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种测量SCARA机器人臂长方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1：把SCARA机器人的两臂(臂1与臂2)在XY平面沿X轴或Y轴尽量伸直(这里假设是沿X轴)，其臂1与X轴的交角为
Figure FDA0003037040350000011
其臂2与X轴的交角为
Figure FDA0003037040350000012
得到初始位置(x0,y0)；
步骤2：臂2先顺时针旋转α，得到位置1(x1,y1)；
步骤3：臂2逆时针旋转2*α，得到位置2(x2,y2)；
步骤4：可以通过平面三点求圆的半径方法得到
Figure FDA0003037040350000013
臂2长L2，
Figure FDA0003037040350000014
Figure FDA0003037040350000015
(1)减去(2)
Figure FDA0003037040350000016
(1)加(2)
Figure FDA0003037040350000017
进一步可以得到
Figure FDA0003037040350000018
Figure FDA0003037040350000019
得到
Figure FDA00030370403500000110
后，利用(3)
Figure FDA00030370403500000111
步骤5:再回到初始位置(x0,y0),即与水平坐标角度为
Figure FDA00030370403500000112
步骤6：臂1先顺时针旋转α，臂2逆时针旋转α得到位置3(x3,y3，此时与X轴的交角应是
Figure FDA00030370403500000113
步骤7：臂1逆时针旋转2*α，臂2顺时针旋转2*α得到位置4(x4,y4)，此时与X轴的交角应是
Figure FDA0003037040350000021
步骤8：由于θ2角度值没变，应用公式(1)(2)可以求得
Figure FDA0003037040350000022
臂1长L1。
2.根据权利要求1所述的一种测量SCARA机器人臂长方法，其特征在于，所述的步骤4中通过先顺时针旋转臂2，得到位置1，再逆时针旋转臂2同样角度，得到位置2，利用初始位置、位置1与位置2平面三点，利用公式(6)(7)来求得初始角度
Figure FDA0003037040350000023
和臂长L2。
3.根据权利要求1所述的一种测量SCARA机器人臂长方法，其特征在于，所述的步骤2与步骤3得到位置1与位置2时，臂2旋转方向相反，即臂2顺时针旋转一个角度或逆时针旋转一个角度得到位置1，则即臂2需要逆时针旋转相同角度或顺时针旋转相同角度得到位置2。
4.根据权利要求1所述的一种测量SCARA机器人臂长方法，其特征在于，所述的步骤8中在求臂长L1时，为了消除臂长L2对θ1变化导致末端位置(B点位置)的影响，需要臂1旋转多少角度，臂2必须反方向旋转等同角度，这样使位置(x,y)的变化只与L1和臂1旋转角度有关，与L2无关，实现L1与L2的解耦。
5.根据权利要求1所述的一种测量SCARA机器人臂长方法，其特征在于，所述的步骤6与步骤7中通过先顺时针旋转臂1,逆时针旋转臂2同样角度，得到位置3，回到初始位置，再逆时针旋转臂1相同角度,顺时针旋转臂2同样角度，得到位置4，利用初始位置、位置3与位置4三点利用公式(6)(7)来求得初始角度
Figure FDA0003037040350000024
臂1长L1。
6.根据权利要求1所述的一种测量SCARA机器人臂长方法，其特征在于，所述的步骤6与步骤7中得到位置3与位置4时臂1旋转方向相反，即臂1顺时针旋转一个角度或逆时针旋转一个角度得到位置3，则即臂1需要逆时针旋转相同角度或顺时针旋转相同角度得到位置4。
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