CN113618733A - 一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统 - Google Patents

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孙成芳
陈剑
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Abstract

本发明涉及机械臂碰撞预警领域，特别涉及一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，包括控制单元和与控制单元对应引脚连接的编码器、声光报警器，其中编码器用于读取机械臂转动节点的转动角度，控制单元与机械臂控制系统连接；碰撞预警系统包括以下工作步骤：S1、控制单元获取多机械臂的系统参数和运行参数；S2、控制单元构建多机械臂空间坐标系；S3、控制单元根据多机械臂空间坐标系和运行参数判断多机械臂之间是否会产生碰撞并做出预警。本发明的有益效果在于：本发明解决了背景技术中对处于不同平面上的机械臂的碰撞无法进行预警的问题。

Description

一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统
技术领域
本发明涉及机械臂碰撞预警领域，特别涉及一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统。
背景技术
现有投入使用的双臂湿喷台车在使用操作过程中会不可避免的发生两支臂架交叉碰撞。为了避免这种情况发生现阶段采用的方法是通过分别在两支臂架回转支承的底部安装两个行程开关，通过事先实验的位置定位，当两支臂架中任何一支臂架到达限位开关的位置时就会停止运转。
问题和缺点：现有的这种限位方法只存在当两支臂架在同一水平面作业时，能够有效地避免两支臂架发生碰撞。但是当两支臂架在不同水平面作业时，有时候需要两支臂架进行交叉作业；或者只在使用一直臂架进行喷射混凝土时，需要臂架旋转到更大范围的角度。但是由于限位开关的作用，就不能更好的完成作业要求。
发明内容
为了解决背景技术中的不足，本发明提供了一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，具体方案如下：
一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，包括控制单元和与控制单元对应引脚连接的编码器、声光报警器，其中编码器中用于读取机械臂转动节点的转动角度，控制单元与机械臂控制系统连接；碰撞预警系统包括以下工作步骤：
S1、控制单元获取多机械臂的系统参数和运行参数；
S2、控制单元构建多机械臂空间坐标系；
S3、控制单元根据多机械臂空间坐标系和运行参数判断多机械臂之间是否会产生碰撞并做出预警。
具体地说，所述多机械臂的系统参数包括机械臂转动节点数、各节机械臂长度、各个机械臂固定节点之间的空间位置关系。
具体地说，所述多机械臂的运行参数包括各个机械臂各个转动节点转动角度、转动方向、转动角速度矢量、各转动角速度的加速度矢量。
具体地说，步骤S2具体为：
S2.1、随机选取一机械臂的固定节点为坐标原点，根据原点确定多机械臂空间坐标系的X轴正方向、Y轴正方向、Z轴正方向；
S2.2、根据多机械臂固定节点之间的空间位置关系确定各个机械臂固定节点在多机械臂空间坐标系的位置；
S2.3、根据各转动节点转动角度和各节机械臂长度确定各个机械臂在多机械臂空间坐标系的初始位置。
具体地说，还包括限位单元，限位单元包括继电器和熔断器，继电器的控制端与控制单元的对应引脚连接；继电器的输出端的一端通过断路器与机械臂控制系统的对应引脚连接，继电器的输出端的另一端与机械臂转动节点连接。
具体地说，步骤S3具体为：
S3.1、在一个检测周期内读取各转动节点的转动角度、各节机械臂的长度确定各机械臂在多机械臂空间坐标系的位置；
S3.2、判断各个机械臂之间的距离是否小于设定距离，若小于设定距离控制单元控制报警单元进行报警并进入限位模式，若大于设定距离进入下一周期的检测。
具体地说，在步骤S3.2进入下一周期检测之间还包括：
S3.21、获取多机械臂各个转动节点的转动速度矢量、转动角速度的加速度矢量；
S3.22、估算一个周期时间后各个机械臂在多机械臂空间坐标系的位置，判断各个机械臂之间的距离是否小于设定距离，若小于设定距离，控制单元控制声光报警器进行声光报警并进入限位模式；若大于设定距离进入下一步骤；
S3.23、估计两个周期时间后各个机械臂在多机械臂空间坐标系的位置，判断各个机械臂之间的距离是否小于设定距离若小于设定距离控制单元控制声光报警器进行声光报警；若大于设定距离进入下一周期的检测。
具体地说，所述限位模式具体为：判断机械臂控制系统输出的控制指令是否使得小于设定距离的两个机械臂有互相远离的趋势，判断是，控制单元则控制继电器为开路；判断否，控制单元则控制继电器为断路。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过空间坐标系和机械臂的运行参数获得机械臂在各检测周期的空间位置后可以对多机械臂之间的碰撞进行预警，解决了背景技术中无法对处于不同平面上的机械臂的碰撞无法进行预警的问题。
(2)通过设置限位单元，可以在多机械臂之间距离小于设定距离时限制操作员的操作行为杜绝了因为操作员误操作导致的机械臂之间的碰撞。
(3)通过对一个周期时间和两个周期时间后多机械臂位置的估算可以增加操作人员处理即将发生碰撞事件的时间，进而避免碰撞的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明系统工作流程图。
图中标识具体为：
1、控制单元；2、编码器；3、报警器；4、继电器；5、熔断器；6、转动节点；7、机械臂控制系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，本发明公开了一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，包括控制单元1和与控制单元1对应引脚连接的编码器2、声光报警器3，其中编码器2中用于读取机械臂转动节点6的转动角度，控制单元1与机械臂控制系统7连接；碰撞预警系统包括以下工作步骤：
S1、控制单元1获取多机械臂的系统参数和运行参数；
S2、控制单元1构建多机械臂空间坐标系；
S3、控制单元1根据多机械臂空间坐标系和运行参数判断多机械臂之间是否会产生碰撞并做出预警。
所述多机械臂的系统参数包括机械臂转动节点6数、各节机械臂长度、各个机械臂固定节点之间的空间位置关系。
所述多机械臂的运行参数包括各个机械臂各个转动节点6转动角度、转动方向、转动角速度矢量、各转动角速度的加速度矢量。
步骤S2具体为：
S2.1、随机选取一机械臂的固定节点为坐标原点，根据原点确定多机械臂空间坐标系的X轴正方向、Y轴正方向、Z轴正方向；
S2.2、根据多机械臂固定节点之间的空间位置关系确定各个机械臂固定节点在多机械臂空间坐标系的位置；
S2.3、根据各转动节点6转动角度和各节机械臂长度确定各个机械臂在多机械臂空间坐标系的初始位置。
还包括限位单元，限位单元包括继电器4和熔断器5，继电器4的控制端与控制单元1的对应引脚连接；继电器4的输出端的一端通过断路器与机械臂控制系统7的对应引脚连接，继电器4的输出端的另一端与机械臂转动节点6连接。
步骤S3具体为：
S3.1、在一个检测周期内读取各转动节点6的转动角度、各节机械臂的长度确定各机械臂在多机械臂空间坐标系的位置；
S3.2、判断各个机械臂之间的距离是否小于设定距离，若小于设定距离控制单元1控制报警单元进行报警并进入限位模式，若大于设定距离进入下一周期的检测。
在步骤S3.2进入下一周期检测之间还包括：
S3.21、获取多机械臂各个转动节点6的转动速度矢量、转动角速度的加速度矢量；
S3.22、估算一个周期时间后各个机械臂在多机械臂空间坐标系的位置，判断各个机械臂之间的距离是否小于设定距离，若小于设定距离，控制单元1控制声光报警器3进行声光报警并进入限位模式；若大于设定距离进入下一步骤；
S3.23、估计两个周期时间后各个机械臂在多机械臂空间坐标系的位置，判断各个机械臂之间的距离是否小于设定距离若小于设定距离控制单元1控制声光报警器3进行声光报警；若大于设定距离进入下一周期的检测。
步骤S3中所述限位模式具体为：控制单元1判断机械臂控制系统7输出的控制指令是否使得小于设定距离的两个机械臂有互相远离的趋势，判断是，控制单元1则控制继电器4为开路；判断否，控制单元1则控制继电器4为断路。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，包括机械臂控制系统(7)和机械臂，其特征在于，包括控制单元(1)和与控制单元(1)对应引脚连接的编码器(2)、声光报警器(3)，其中编码器(2)用于读取机械臂转动节点(6)的转动角度，控制单元(1)与机械臂控制系统(7)连接；碰撞预警系统包括以下工作步骤：
S1、控制单元(1)获取多机械臂的系统参数和运行参数；
S2、控制单元(1)构建多机械臂空间坐标系；
S3、控制单元(1)根据多机械臂空间坐标系和运行参数判断多机械臂之间是否会产生碰撞并做出预警。
2.根据权利要求1所述的一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，其特征在于，所述多机械臂的系统参数包括机械臂转动节点(6)数、各节机械臂长度、各个机械臂固定节点之间的空间位置关系。
3.根据权利要求1所述的一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，其特征在于，所述多机械臂的运行参数包括各个机械臂各个转动节点(6)转动角度、转动方向、转动角速度矢量、各转动角速度的加速度矢量。
4.根据权利要求1所述的一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，其特征在于，步骤S2具体为：
S2.1、随机选取一机械臂的固定节点为坐标原点，根据原点确定多机械臂空间坐标系的X轴正方向、Y轴正方向、Z轴正方向；
S2.2、根据多机械臂固定节点之间的空间位置关系确定各个机械臂固定节点在多机械臂空间坐标系的位置；
S2.3、根据各转动节点(6)转动角度和各节机械臂长度确定各个机械臂在多机械臂空间坐标系的初始位置。
5.根据权利要求1所述的一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，其特征在于，还包括限位单元，限位单元包括继电器(4)和熔断器(5)，继电器(4)的控制端与控制单元(1)的对应引脚连接；继电器(4)的输出端的一端通过断路器与机械臂控制系统(7)的对应引脚连接，继电器(4)的输出端的另一端与机械臂转动节点(6)连接。
6.根据权利要求1所述的一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，其特征在于，步骤S3具体为：
S3.1、在一个检测周期内读取各转动节点(6)的转动角度、各节机械臂的长度确定各机械臂在多机械臂空间坐标系的位置；
S3.2、判断各个机械臂之间的距离是否小于设定距离，若小于设定距离控制单元(1)控制报警单元进行报警并进入限位模式，若大于设定距离进入下一周期的检测。
7.根据权利要求6所述的一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，其特征在于，在步骤S3.2进入下一周期检测之间还包括：
S3.21、获取多机械臂各个转动节点(6)的转动速度矢量、转动角速度的加速度矢量；
S3.22、估算一个周期时间后各个机械臂在多机械臂空间坐标系的位置，判断各个机械臂之间的距离是否小于设定距离，若小于设定距离，控制单元(1)控制声光报警器(3)进行声光报警并进入限位模式；若大于设定距离进入下一步骤；
S3.23、估计两个周期时间后各个机械臂在多机械臂空间坐标系的位置，判断各个机械臂之间的距离是否小于设定距离若小于设定距离控制单元(1)控制声光报警器(3)进行声光报警；若大于设定距离进入下一周期的检测。
8.根据权利要求6或7所述的一种多机械臂系统机械臂碰撞预警系统，其特征在于，所述限位模式具体为：判断机械臂控制系统(7)输出的控制指令是否使得小于设定距离的两个机械臂有互相远离的趋势，判断是，控制单元(1)则控制继电器(4)为开路；判断否，控制单元(1)则控制继电器(4)为断路。
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