CN113858215A - 一种六轴机器人自动装配仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六轴机器人自动装配仿真系统，涉及到六轴机器人自动装配仿真领域，包括初始模块、移动模块、工作模块、PLC控制器、六个伺服电机、机械结构的传动，所述初始模块内将机械进行初始设置，进行下一步操作，所述移动模块控制机械进行伸展和收缩，所述工作模块控制机械进行移动，完成对产品移动。本发明系统及时对大臂和小臂的工作状态进行控制，避免大、小臂舒展成一直线时，因为机器人的结构刚度比较低，很容易就使大臂，小臂损坏影响正常使用功能，利用耦合角补偿关系式，解决了六轴工业机器人在运动过程中的耦合比问题，避免机器人的关节耦合将其传动差值传递到机器人末端轴上，形成一定的角度误差，造成运动过程中控制精度不准。

Description

一种六轴机器人自动装配仿真系统

技术领域

本发明涉及六轴机器人自动装配仿真领域，特别涉及一种六轴机器人自动装配仿真系统。

背景技术

我国正在从制造大国向制造强国迈进，制造业的竞争将愈来愈激烈，提高产品质量和生产效率将是企业在激烈竞争中获胜的关键因素之一，大量使用高性价比的机器人，在提高产品质量和生产效率的同时又减少了人力，降低生产成本，总体而言，伴随着我国制造企业的增长方式转变、人工劳动力成本的不断增加和生产自动化转型，机器人的市场前景非常广阔，将是我国制造业发展的必然趋势。

机器人的传统设计方法采用串联和反复的流程，其主要步骤包含任务分析、技术调研、方案评审、计算选型、绘制草图、草图评审、机械设计、图纸审核、样机试制、检验等十个阶段,传统的机械工作时肘关节和肩关节轴线是平行的，当大、小臂舒展成一直线时，虽能抵达很远的工作点，但机器人的结构刚度比较低，很容易就时大臂，小臂损坏影响正常使用功能。

本发明内容

本发明的目的在于提供一种六轴机器人自动装配仿真系统，以解决上述背景技术中提出的机器人的传统设计方法采用串联和反复的流程，其主要步骤包含任务分析、技术调研、方案评审、计算选型、绘制草图、草图评审、机械设计、图纸审核、样机试制、检验等十个阶段,传统的机械工作时肘关节和肩关节轴线是平行的，当大、小臂舒展成一直线时，虽能抵达很远的工作点，但机器人的结构刚度比较低，很容易就使大臂，小臂损坏影响正常使用功能的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种六轴机器人自动装配仿真系统，包括初始模块、移动模块、工作模块、PLC控制器、六个伺服电机、机械结构的传动，所述初始模块内将机械进行初始设置，进行下一步操作，所述移动模块控制机械进行伸展和收缩，所述工作模块控制机械进行移动，完成对产品移动，并且进行结构控制。

优选的，所述PLC控制器先控制初始模块内的控制数据，使设备在工作前进行初始化，之后再由PLC控制器通过控制数据将机械移动到工作区进行工作，所述移动模块接收PLC控制器的控制数据，将控制数据导入到移动模块内的大臂、小臂和夹持头内进行工作，所述大臂、小臂和夹持头工作后由夹持头是否夹紧产品判别机械是否达到判别条件，当机械没有达到判别条件，由夹持头是否夹紧产品判别将数据传入到由PLC控制器控制夹持头进行张开，并且将夹持头抬起，重新进行对产品进行夹持，将数据导入到移动模块的初始状态进行重新工作。

优选的，所述工作模将产品进行最后的工作，所述工作模块接受移动模块内PLC控制器传输的控制数据，所述工作模块将控制数据导入到机械内，控制夹持头进行闭合和移动到指定点，在机械伸展机械臂时，控制数据会通过感应各机械臂是否张开到最大距离判别，将不符合控制数据导入到大臂小臂进行收缩控制命令内，所述大臂小臂进行收缩将数据通过PLC控制器控制大臂小臂进行收缩，将大臂小臂后会和符合感应各机械臂是否张开到最大距离的控制数据一起导入到下个工作程序，PLC控制器控制数据将夹持头进行张开并且放下产品，当放下产品后PLC控制器控制机械移动到设备边寻找产品后，继续重复工作。

优选的，所述PLC控制器将控制指令随时载人内存进行储存与执行，可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成，所述PLC控制器有逻辑控制的功能，被命名为可编程逻辑控制器，所述PLC控制器内的计算机模块已经有逻辑控制、时序控制、模拟控制、多机通信各类功能，所述PLC控制器本系统应用的为最新FX2N-48MR-001。

优选的，所述六个私服电机均为CoolDriveA8系列，所述六个私服电机融合了Ether CAT总线通讯、共直流母线、能效管理、功能安全技术，同时其带有高精度绝对值编码器和专用调试软件Drive Starter。

优选的，所述机械结构的传动为六轴工业机器人的机械结构中，四、五、六轴的电机均安装在四轴的一端，因此四轴的转动会影响到五轴和六轴的运动，使五轴和六轴产生耦合差值角，五轴的运动会单独造成六轴产生耦合差值角，六轴的耦合差值角由四轴和五轴转动时造成的耦合差值角之和，对机器人五、六关节进行解耦补偿，计算出关节间耦合差值角的大小，然后驱动电机对其作出补偿，以抵消关节耦合对其他轴运动造成的影响。

优选的，所述解耦补偿可求式

θ₅＝θ'+(θ₄-θ₄')/68

θ₆＝θ'₆+(θ₄-θ'₄)/61+(θ₅-θ'₅)/61

其中，θ'4、θ'5、θ'6分别表示耦合角补偿之前应发送给四、五、六轴关节驱动的角度值，θ4、θ5、θ6分别表示耦合角补偿之后发送给四、五、六关节驱动的角度值。

本发明的技术效果和优点：系统及时对大臂和小臂的工作状态进行控制，避免大、小臂舒展成一直线时，因为机器人的结构刚度比较低，很容易就使大臂，小臂损坏影响正常使用功能，利用耦合角补偿关系式，解决了六轴工业机器人在运动过程中的耦合比问题，避免机器人的关节耦合将其传动差值传递到机器人末端轴上，形成一定的角度误差，造成运动过程中控制精度不准。

附图说明

图1为本发明的整体模块流程结构示意图。

图2为本发明的初始模块结构示意图。

图3为本发明的移动模块结构示意图。

图4为本发明的工作模块结构示意图。

图5为本发明的整体工作流程结构示意图。

图6为本发明的耦合比结构示意图。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施例一：

如图1所示，包括初始模块、移动模块、工作模块、PLC控制器、六个伺服电机、机械结构的传动，初始模块内将机械进行初始设置，进行下一步操作，移动模块控制机械进行伸展和收缩，工作模块控制机械进行移动，完成对产品移动，并且进行结构控制，PLC控制器先控制初始模块内的控制数据，使设备在工作前进行初始化，之后再由PLC控制器通过控制数据将机械移动到工作区进行工作，移动模块接收PLC控制器的控制数据，将控制数据导入到移动模块内的大臂、小臂和夹持头内进行工作，大臂、小臂和夹持头工作后由夹持头是否夹紧产品判别机械是否达到判别条件，当机械没有达到判别条件，由夹持头是否夹紧产品判别将数据传入到由PLC控制器控制夹持头进行张开，并且将夹持头抬起，重新进行对产品进行夹持，将数据导入到移动模块的初始状态进行重新工作，工作模将产品进行最后的工作，工作模块接受移动模块内PLC控制器传输的控制数据，工作模块将控制数据导入到机械内，控制夹持头进行闭合和移动到指定点，在机械伸展机械臂时，控制数据会通过感应各机械臂是否张开到最大距离判别，将不符合控制数据导入到大臂小臂进行收缩控制命令内，大臂小臂进行收缩将数据通过PLC控制器控制大臂小臂进行收缩，将大臂小臂后会和符合感应各机械臂是否张开到最大距离的控制数据一起导入到下个工作程序，PLC控制器控制数据将夹持头进行张开并且放下产品，当放下产品后PLC控制器控制机械移动到设备边寻找产品后，继续重复工作，系统及时对大臂和小臂的工作状态进行控制，避免大、小臂舒展成一直线时，因为机器人的结构刚度比较低，很容易就使大臂，小臂损坏影响正常使用功能。

具体实施例二：

如图2所示，PLC控制器将控制指令随时载人内存进行储存与执行，可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成，PLC控制器有逻辑控制的功能，被命名为可编程逻辑控制器，PLC控制器内的计算机模块已经有逻辑控制、时序控制、模拟控制、多机通信各类功能，PLC控制器本系统应用的为最新FX2N-48MR-001，六个私服电机均为CoolDriveA8系列，六个私服电机融合了Ether CAT总线通讯、共直流母线、能效管理、功能安全技术，同时其带有高精度绝对值编码器和专用调试软件DriveStarter，机械结构的传动为六轴工业机器人的机械结构中，四、五、六轴的电机均安装在四轴的一端，因此四轴的转动会影响到五轴和六轴的运动，使五轴和六轴产生耦合差值角，五轴的运动会单独造成六轴产生耦合差值角，六轴的耦合差值角由四轴和五轴转动时造成的耦合差值角之和，对机器人五、六关节进行解耦补偿，计算出关节间耦合差值角的大小，然后驱动电机对其作出补偿，以抵消关节耦合对其他轴运动造成的影响，解耦补偿可求式

θ₅＝θ'+(θ₄-θ₄')/68

θ₆＝θ'₆+(θ₄-θ'₄)/61+(θ₅-θ'₅)/61

其中，θ'4、θ'5、θ'6分别表示耦合角补偿之前应发送给四、五、六轴关节驱动的角度值，θ4、θ5、θ6分别表示耦合角补偿之后发送给四、五、六关节驱动的角度值，利用耦合角补偿关系式，解决了六轴工业机器人在运动过程中的耦合比问题，避免机器人的关节耦合将其传动差值传递到机器人末端轴上，形成一定的角度误差，造成运动过程中控制精度不准。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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，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 (7)

1.一种六轴机器人自动装配仿真系统，包括初始模块、移动模块、工作模块、PLC控制器、六个伺服电机、机械结构的传动，其特征在于：所述初始模块内将机械进行初始设置，进行下一步操作，所述移动模块控制机械进行伸展和收缩，所述工作模块控制机械进行移动，完成对产品移动，并且进行结构控制。

2.根据权利要求1所述的一种六轴机器人自动装配仿真系统，其特征在于：所述PLC控制器先控制初始模块内的控制数据，使设备在工作前进行初始化，之后再由PLC控制器通过控制数据将机械移动到工作区进行工作，所述移动模块接收PLC控制器的控制数据，将控制数据导入到移动模块内的大臂、小臂和夹持头内进行工作，所述大臂、小臂和夹持头工作后由夹持头是否夹紧产品判别机械是否达到判别条件，当机械没有达到判别条件，由夹持头是否夹紧产品判别将数据传入到由PLC控制器控制夹持头进行张开，并且将夹持头抬起，重新进行对产品进行夹持，将数据导入到移动模块的初始状态进行重新工作。

3.根据权利要求1所述的一种六轴机器人自动装配仿真系统，其特征在于：所述工作模将产品进行最后的工作，所述工作模块接受移动模块内PLC控制器传输的控制数据，所述工作模块将控制数据导入到机械内，控制夹持头进行闭合和移动到指定点，在机械伸展机械臂时，控制数据会通过感应各机械臂是否张开到最大距离判别，将不符合控制数据导入到大臂小臂进行收缩控制命令内，所述大臂小臂进行收缩将数据通过PLC控制器控制大臂小臂进行收缩，将大臂小臂后会和符合感应各机械臂是否张开到最大距离的控制数据一起导入到下个工作程序，PLC控制器控制数据将夹持头进行张开并且放下产品，当放下产品后PLC控制器控制机械移动到设备边寻找产品后，继续重复工作。

4.根据权利要求1所述的一种六轴机器人自动装配仿真系统，其特征在于：所述PLC控制器将控制指令随时载人内存进行储存与执行，可编程控制器由CPU、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成，所述PLC控制器有逻辑控制的功能，被命名为可编程逻辑控制器，所述PLC控制器内的计算机模块已经有逻辑控制、时序控制、模拟控制、多机通信各类功能，所述PLC控制器本系统应用的为最新FX2N-48MR-001。

5.根据权利要求1所述的一种六轴机器人自动装配仿真系统，其特征在于：所述六个私服电机均为CoolDriveA8系列，所述六个私服电机融合了Ether CAT总线通讯、共直流母线、能效管理、功能安全技术，同时其带有高精度绝对值编码器和专用调试软件DriveStarter。

6.根据权利要求1所述的一种六轴机器人自动装配仿真系统，其特征在于：所述机械结构的传动为六轴工业机器人的机械结构中，四、五、六轴的电机均安装在四轴的一端，因此四轴的转动会影响到五轴和六轴的运动，使五轴和六轴产生耦合差值角，五轴的运动会单独造成六轴产生耦合差值角，六轴的耦合差值角由四轴和五轴转动时造成的耦合差值角之和，对机器人五、六关节进行解耦补偿，计算出关节间耦合差值角的大小，然后驱动电机对其作出补偿，以抵消关节耦合对其他轴运动造成的影响。

7.根据权利要求6所述的一种六轴机器人自动装配仿真系统，其特征在于：所述解耦补偿可求式

θ₅＝θ'+(θ₄-θ′₄)/68

θ₆＝θ'₆+(θ₄-θ'₄)/61+(θ₅-θ'₅)/61

其中，θ'4、θ'5、θ'6分别表示耦合角补偿之前应发送给四、五、六轴关节驱动的角度值，θ4、θ5、θ6分别表示耦合角补偿之后发送给四、五、六关节驱动的角度值。

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