CN115213721B - 一种用于汽车车架加工的翻转定位机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种用于汽车车架加工的翻转定位机械手，包括：旋转底座、第一机械臂、第二机械臂、第一旋转轴、第三机械臂、第二旋转轴、机械抓手、第四旋转轴、雷达检测装置、控制模块，雷达检测装置识别的车架上的标签位置并传递至所述控制模块，控制模块根据接收的标签位置构建车架的三维空间图。本发明通过设置雷达检测装置与在车架上加设标签，使得在机械手对车架进行抓取时，能够获取车架的坐标信息，因此不需对车架的位置进行矫正，同时，通过设置车架的目标位置模型，使得单一的机械手设备能够满足多种翻转需求，简化了机械手的抓取流程，增加了机械手运行的适用性。

Description

一种用于汽车车架加工的翻转定位机械手

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种用于汽车车架加工的翻转定位机械手。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。

汽车生产车间中，因为车架体积较大，重量较重，经常在车间加设机械手，辅助完成汽车生产。中国专利公开号：CN214818591U，公开了一种柔性化后悬架夹持机械手,包括骨架Ⅰ、翻转机构及骨架Ⅱ，骨架Ⅰ及骨架Ⅱ之间通过翻转机构连接，骨架Ⅱ位于骨架Ⅰ下方，并可相对于骨架Ⅰ翻转，骨架Ⅱ上固定连接有夹紧气缸及滑动导轨，滑动导轨上滑动连接有夹爪，夹爪与夹紧气缸连接，夹紧气缸控制夹爪的夹紧及放松动作；骨架Ⅰ的后端面安装有操作控制手柄，用于控制整个机械手动作，骨架Ⅰ上端面安装有旋转机构，旋转机构的另一端连接在机械手上方可升降主机上。

当前，汽车生产车间中，在通过机械手进行辅助生产时，往往单一机械手只对应一项工艺流程，且对车架进行抓取时，对车架的定位要求高，在抓取前要对车架进行位置矫正才能抓取，抓取过程繁琐。

发明内容

为此，本发明提供一种用于汽车车架加工的翻转定位机械手，用以克服现有技术中在通过机械手进行辅助生产时，对车架的定位要求高，在抓取前要对车架进行位置矫正才能抓取，抓取过程繁琐的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种用于汽车车架加工的翻转定位机械手，包括，

旋转底座，用于控制机械手在水平方向旋转；

第一机械臂，其设置在所述旋转底座上；

第二机械臂，其与所述第一机械臂相连，第一机械臂与所述第二机械臂之间设置有第一旋转轴，第二机械臂能够围绕所述第一旋转轴在竖直方向做旋转；

第三机械臂，其与所述第二机械臂相连，第二机械臂与所述第三机械臂之间设置有第二旋转轴，第三机械臂能够围绕所述第二旋转轴在竖直方向做旋转；

机械抓手，其与所述第三机械臂相连，所述机械抓手与所述第三机械臂之间设置有第三旋转轴，机械抓手能够围绕所述第三旋转轴在竖直方向做旋转；所述机械抓手上设置有第四旋转轴，所述第四旋转轴能够做360°旋转；所述机械抓手能够通过开合对车架进行抓取；

雷达检测装置，其设置在所述机械抓手上, 用于对车架进行检测，并判定车架所处位置和姿态；待翻转车架上设置若干定位标签，所述雷达检测装置能够对标签位置进行识别；

控制模块，其与所述旋转底座、所述第一旋转轴、所述第二旋转轴、所述第三旋转轴、所述机械抓手、所述雷达检测装置分别相连，雷达检测装置将识别的车架上的标签位置传递至所述控制模块，控制模块根据接收的标签位置构建车架的三维空间模型，控制模块内设置有车架目标位置模型，通过将构建的三维空间模型与目标位置模型进行对比，判定车架翻转的角度并选取机械抓手的抓取位置，在车架翻转完成后，雷达检测装置再次对标签位置进行识别，控制模块根据识别结果判定对车架空间位置进行调节。

进一步地，在翻转车架上设置有四个定位标签，每个所述定位标签的识别编码不同，所述控制模块对定位标签进行编号，分别为第一标签、第二标签、第三标签、第四标签；所述雷达检测装置能够对各所述定位标签进行位置识别；

所述雷达检测装置检测所述第一标签位置，记为A1,检测所述第二标签位置，记为A2,检测所述第三标签位置，记为A3,检测所述第四标签位置，记为A4,并将检测结果传递至所述控制模块；

所述控制模块内设置有三维虚拟坐标，控制模块将A1、A2、A3、A4的数据信息带入所述三维虚拟坐标，并将数据信息坐标化，其中，A1数据坐标信息为B1(X1,Y1,Z1)，A2数据坐标信息为B2(X2,Y2,Z2)，A3数据坐标信息为B3(X3,Y3,Z3)，A4数据坐标信息为B4(X4,Y4,Z4)；

所述控制模块对坐标信息B1(X1,Y1,Z1)、B2(X2,Y2,Z2)、B3(X3,Y3,Z3)和B4(X4,Y4,Z4)进行整合，生成车架实际坐标点矩阵Bz，

所述控制模块根据实际坐标点矩阵Bz对车架的三维模型进行植入，生成待翻转车架的三维空间图。

进一步地，所述控制模块内设置有工艺加工车架坐标矩阵组C0,C0(C1,C2,...,Cn），其中，C1为第一加工工艺车架坐标矩阵，C2为第二加工工艺车架坐标矩阵，...，Cn为第n加工工艺车架坐标矩阵，对于第i加工工艺车架坐标矩阵Ci，i=1,2,...,n；

其中，（Xi1,Yi1,Zi1）为实行第i加工工艺时，所述第一标签的目标坐标点；（Xi2,Yi2,Zi2）为实行第i加工工艺时，所述第二标签的目标坐标点；（Xi3,Yi3,Zi3）为实行第i加工工艺时，所述第三标签的目标坐标点；（Xi4,Yi4,Zi4）为实行第i加工工艺时，所述第四标签的目标坐标点。

进一步地，当要对车架进行第i加工工艺时，所述控制模块将实际坐标点矩阵Bz与第i加工工艺车架坐标矩阵Ci进行对比，生成车架旋转变换矩阵f0，f0（α,β,γ），其中，α为在三维虚拟坐标中，车架以X轴为轴线旋转的角度，β为在三维虚拟坐标中，车架以Y轴为轴线旋转的角度,γ为在三维虚拟坐标中，车架以Z轴为轴线旋转的角度。

进一步地，所述控制模块根据待翻转车架的三维空间图判定所述车架的抓取点位，抓取点位包括第一抓取点位，第二抓取点位，...，第m抓取点位，不同的抓取点位各方向可旋转角度不同，其中，第一抓取点位的旋转区间集合为（α11-α12，β11-β12，γ11-γ12），第二抓取点位的旋转区间集合为（α21-α22，β21-β22，γ21-γ22），...,第m抓取点位的旋转区间集合为（αm1-αm2，βm1-βm2，γm1-γm2），m为正整数；

α11-α12为所述机械抓手通过第一抓取点位对车架进行抓取时，车架以X轴为轴线旋转时的角度范围；

β11-β12为所述机械抓手通过第一抓取点位对车架进行抓取时，车架以Y轴为轴线旋转时的角度范围；

γ11-γ12为所述机械抓手通过第一抓取点位对车架进行抓取时，车架以Z轴为轴线旋转时的角度范围。

第二抓取点位的旋转区间至第m抓取点位的旋转区间表示含义同理于第一抓取点位的旋转区间。

进一步地，所述控制模块将车架旋转变换矩阵f0内的元素的值与第一抓取点位的旋转区间集合、第二抓取点位的旋转区间集合、...、第m抓取点位的旋转区间集合内的角度范围分别进行对比，选取实际抓取点，

当有且仅有一个抓取点位满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求时，所述控制模块判定该抓取点位为实际抓取点位；

当存在不止一个抓取点位满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求时，所述控制模块对满足条件的抓取点位进行对比选取。

进一步地，当存在不止一个抓取点位满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求时，所述控制模块选取任一满足车架旋转变换矩阵f0旋转要求的抓取点位第j抓取点位,当所述机械抓手通过第j抓取点位对车架进行抓取时，控制模块计算机械抓手运动至第j抓取点位的行程评分Fj，

Fj=αj×p1+βj×p2+γj×p3+δj×p4+εj×p5，

其中，αj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位，所需的以X轴为轴线的旋转角度，βj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位，所需的以Y轴为轴线的旋转角度，γj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位，所需的以Z轴为轴线的旋转角度，δj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位行进距离，εj机械抓手对第j抓取点位进行抓取时机械抓手张开行程，p1为αj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p2为βj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p3为γj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p4为δj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p5为εj对计算行程评分Fj的计算补偿参数；

所述控制模块计算满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求的所有抓取点位的行程评分，并将所有行程评分进行对比，控制模块选取行程评分中数值最小评分所对应的抓取点位作为实际抓取点位。

进一步地，所述控制模块在选取实际抓取点位后，控制所述机械抓手运行至实际抓取点位对车架进行抓取，并按照车架旋转变换矩阵f0的旋转要求对车架进行旋转。

进一步地，在所述机械抓手对车架完成旋转后，所述雷达检测装置再次检测第一标签、第二标签、第三标签、第四标签的空间位置，并将检测结果传递至所述控制模块，控制模块对检测的数据进行整合，生成新的车架实际坐标点矩阵Bz’，

所述控制模块计算车架旋转后第一标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q1,第二标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q2,第三标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q3,第四标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q4,

对于位置偏差值Qk，k=1,2,3,4，所述控制模块内设置有偏差值评价值Rk，控制模块将位置偏差值Qk与偏差值评价值Rk进行对比，

当Qk＜Rk时，所述控制模块判定第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差在合理范围；

当Qk≥Rk时，所述控制模块判定第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差较大；

当存有第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差较大时，所述控制模块根据实际坐标点矩阵Bz’与第i加工工艺车架坐标矩阵Ci，通过控制机械手的移动对车架空间位置进行调整。

进一步地，当不存在第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差较大时，所述控制模块计算车架的整体偏离值M，M=Q1+Q2+Q3+Q4，控制模块内设置有整体偏离值评价值Mz,控制模块将整体偏离值M与整体偏离值评价值Mz,进行对比，

当M≤Mz时，所述控制模块判定车架当前位置满足第i加工工艺的加工需求；

当M＞Mz时，所述控制模块判定车架当前位置不满足第i加工工艺的加工需求，所述控制模块根据实际坐标点矩阵Bz’与第i加工工艺车架坐标矩阵Ci，通过控制机械手的移动对车架空间位置进行调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置雷达检测装置与在车架上加设标签，使得在机械手对车架进行抓取时，能够获取车架的坐标信息，因此不需对车架的位置进行矫正，同时，通过设置车架的目标位置模型，使得单一的机械手设备能够满足多种翻转需求，简化了机械手的抓取流程，增加了机械手运行的适用性。

尤其，本发明通过设置多个识别标签快速获取车架的空间位置信息，通过三维虚拟坐标，使得车架的空间位置数据化，使得车架的抓取翻转更加准确。

尤其，对于不同的加工工艺设置不同的坐标矩阵，进一步的，使得单一的机械手设备能够满足多种翻转需求，简化了机械手的抓取流程，增加了机械手运行的适用性。

尤其，通过将实际坐标点矩阵与加工工艺车架坐标矩阵进行对比，生成车架旋转变换矩阵，加快车架变换过程中的变换步骤，简化机械手的抓取变化过程。

尤其，当存有多个符合旋转变换要求的抓取点出现时，计算行程评分，行程评分越小，说明机械抓手到达抓取点所用变化越少，进一步的，加快车架变换过程中的变换步骤，简化机械手的抓取变化过程。

尤其，考虑每台车架在加工过程中存在略微的形态差异，因此在首次变换完成后，对每个标签的位置进行验证，并根据验证结果判定是否对车架的空间位置进行调节，保障了车架翻转后位置的准确性。考虑每台车架在加工过程中存在略微的形态差异，综合考量所有标签的偏移量，计算偏离值，并根据偏离值判定是否对车架的空间位置进行调节，进一步保障了车架翻转后位置的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中用于汽车车架加工的翻转定位机械手的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明实施例中用于汽车车架加工的翻转定位机械手的结构示意图。

本发明公布一种用于汽车车架加工的翻转定位机械手，包括，

旋转底座1，用于控制机械手在水平方向旋转；

第一机械臂2，其设置在所述旋转底座1上；

第二机械臂3，其与所述第一机械臂2相连，第一机械臂2与所述第二机械臂3之间设置有第一旋转轴4，第二机械臂3能够围绕所述第一旋转轴4在竖直方向做旋转；

第三机械臂5，其与所述第二机械臂3相连，第二机械臂3与所述第三机械臂5之间设置有第二旋转轴6，第三机械臂5能够围绕所述第二旋转轴6在竖直方向做旋转；

机械抓手7，其与所述第三机械臂5相连，所述机械抓手7与所述第三机械臂5之间设置有第三旋转轴8，机械抓手7能够围绕所述第三旋转轴8在竖直方向做旋转；所述机械抓手7上设置有第四旋转轴9，所述第四旋转轴9能够做360°旋转；所述机械抓手7能够通过开合对车架进行抓取；

雷达检测装置10，其设置在所述机械抓手7上, 用于对车架进行检测，并判定车架所处位置和姿态；待翻转车架上设置若干定位标签，所述雷达检测装置10能够对标签位置进行识别；

控制模块（图中未画出），其与所述旋转底座1、所述第一旋转轴4、所述第二旋转轴6、所述第三旋转轴8、所述机械抓手7、所述雷达检测装置10分别相连，雷达检测装置10将识别的车架上的标签位置传递至所述控制模块，控制模块根据接收的标签位置构建车架的三维空间图，控制模块内设置有车架目标位置模型，通过将构建的三维空间模型与目标位置模型进行对比，判定车架翻转的角度并选取机械抓手7的抓取位置，在车架翻转完成后，雷达检测装置10再次对标签位置进行识别，控制模块根据识别结果判定对车架空间位置进行调节。

本发明通过设置雷达检测装置与在车架上加设标签，使得在机械手对车架进行抓取时，能够获取车架的坐标信息，因此不需对车架的位置进行矫正，同时，通过设置车架的目标位置模型，使得单一的机械手设备能够满足多种翻转需求，简化了机械手的抓取流程，增加了机械手运行的适用性。

具体而言，在翻转车架上设置有四个定位标签，每个所述定位标签的识别编码不同，所述控制模块对定位标签进行编号，分别为第一标签、第二标签、第三标签、第四标签；所述雷达检测装置能够对各所述定位标签进行位置识别；

所述雷达检测装置检测所述第一标签位置，记为A1,检测所述第二标签位置，记为A2,检测所述第三标签位置，记为A3,检测所述第四标签位置，记为A4,并将检测结果传递至所述控制模块；

所述控制模块内设置有三维虚拟坐标，控制模块将A1、A2、A3、A4的数据信息带入所述三维虚拟坐标，并将数据信息坐标化，其中，A1数据坐标信息为B1(X1,Y1,Z1)，A2数据坐标信息为B2(X2,Y2,Z2)，A3数据坐标信息为B3(X3,Y3,Z3)，A4数据坐标信息为B4(X4,Y4,Z4)，

所述控制模块对坐标信息B1(X1,Y1,Z1)、B2(X2,Y2,Z2)、B3(X3,Y3,Z3)和B4(X4,Y4,Z4)进行整合，生成车架实际坐标点矩阵Bz，

所述控制模块根据实际坐标点矩阵Bz对车架的三维模型进行植入，生成待翻转车架的三维空间图。

本发明通过设置多个识别标签快速获取车架的空间位置信息，通过三维虚拟坐标，使得车架的空间位置数据化，使得车架的抓取翻转更加准确。

具体而言，所述控制模块内设置有工艺加工车架坐标矩阵组C0,C0(C1,C2,...,Cn），其中，C1为第一加工工艺车架坐标矩阵，C2为第二加工工艺车架坐标矩阵，...，Cn为第n加工工艺车架坐标矩阵，对于第i加工工艺车架坐标矩阵Ci，i=1,2,...,n；

其中，（Xi1,Yi1,Zi1）为实行第i加工工艺时，所述第一标签的目标坐标点；（Xi2,Yi2,Zi2）为实行第i加工工艺时，所述第二标签的目标坐标点；（Xi3,Yi3,Zi3）为实行第i加工工艺时，所述第三标签的目标坐标点；（Xi4,Yi4,Zi4）为实行第i加工工艺时，所述第四标签的目标坐标点。

对于不同的加工工艺设置不同的坐标矩阵，进一步的，使得单一的机械手设备能够满足多种翻转需求，简化了机械手的抓取流程，增加了机械手运行的适用性。

具体而言，所述控制模块将实际坐标点矩阵Bz与第i加工工艺车架坐标矩阵Ci进行对比，生成车架旋转变换矩阵f0，f0（α,β,γ），其中，α为在三维虚拟坐标中，车架以X轴为轴线旋转的角度，β为在三维虚拟坐标中，车架以Y轴为轴线旋转的角度,γ为在三维虚拟坐标中，车架以Z轴为轴线旋转的角度。

通过将实际坐标点矩阵与加工工艺车架坐标矩阵进行对比，生成车架旋转变换矩阵，加快车架变换过程中的变换步骤，简化机械手的抓取变化过程。

具体而言，所述控制模块根据待翻转车架的三维空间图判定所述车架的抓取点位，抓取点位包括第一抓取点位，第二抓取点位，...，第m抓取点位，不同的抓取点位各方向可旋转角度不同，其中，第一抓取点位的旋转区间集合为（α11-α12，β11-β12，γ11-γ12），第二抓取点位的旋转区间集合为（α21-α22，β21-β22，γ21-γ22），...,第m抓取点位的旋转区间集合为（αm1-αm2，βm1-βm2，γm1-γm2），m为正整数；

α11-α12为所述机械抓手通过第一抓取点位对车架进行抓取时，车架以X轴为轴线旋转时的角度范围；

β11-β12为所述机械抓手通过第一抓取点位对车架进行抓取时，车架以Y轴为轴线旋转时的角度范围；

γ11-γ12为所述机械抓手通过第一抓取点位对车架进行抓取时，车架以Z轴为轴线旋转时的角度范围。

第二抓取点位的旋转区间至第m抓取点位的旋转区间表示含义同理于第一抓取点位的旋转区间。

所述控制模块将车架旋转变换矩阵f0内的元素的值与第一抓取点位的旋转区间集合、第二抓取点位的旋转区间集合、...、第m抓取点位的旋转区间集合内的角度范围分别进行对比，选取实际抓取点，

当有且仅有一个抓取点位满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求时，所述控制模块判定该抓取点位为实际抓取点位；

当存在不止一个抓取点位满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求时，所述控制模块对满足条件的抓取点位进行对比选取。

当存在不止一个抓取点位满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求时，所述控制模块选取任一满足车架旋转变换矩阵f0旋转要求的抓取点位第j抓取点位,当所述机械抓手通过第j抓取点位对车架进行抓取时，控制模块计算机械抓手运动至第j抓取点位的行程评分Fj，

Fj=αj×p1+βj×p2+γj×p3+δj×p4+εj×p5，

其中，αj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位，所需的以X轴为轴线的旋转角度，βj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位，所需的以Y轴为轴线的旋转角度，γj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位，所需的以Z轴为轴线的旋转角度，δj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位行进距离，εj机械抓手对第j抓取点位进行抓取时机械抓手张开行程，p1为αj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p2为βj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p3为γj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p4为δj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p5为εj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，各计算补偿参数作用有两个，一是平衡公式左右纲量，二是调节计算结果。

所述控制模块计算满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求的所有抓取点位的行程评分，并将所有行程评分进行对比，控制模块选取行程评分中数值最小评分所对应的抓取点位作为实际抓取点位。

当存有多个符合旋转变换要求的抓取点出现时，计算行程评分，行程评分越小，说明机械抓手到达抓取点所用变化越少，进一步的，加快车架变换过程中的变换步骤，简化机械手的抓取变化过程。

所述控制模块在选取实际抓取点位后，控制所述机械抓手运行至实际抓取点位对车架进行抓取，并按照车架旋转变换矩阵f0的旋转要求对车架进行旋转。

在所述机械抓手对车架完成旋转后，所述雷达检测装置再次检测第一标签、第二标签、第三标签、第四标签的空间位置，并将检测结果传递至所述控制模块，控制模块对检测的数据进行整合，生成新的车架实际坐标点矩阵Bz’，

所述控制模块计算车架旋转后第一标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q1,第二标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q2,第三标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q3,第四标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q4,

对于位置偏差值Qk，k=1,2,3,4，所述控制模块内设置有偏差值评价值Rk，控制模块将位置偏差值Qk与偏差值评价值Rk进行对比，

当Qk＜Rk时，所述控制模块判定第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差在合理范围；

当Qk≥Rk时，所述控制模块判定第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差较大；

当存有第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差较大时，所述控制模块根据实际坐标点矩阵Bz’与第i加工工艺车架坐标矩阵Ci，通过控制机械手的移动对车架空间位置进行调整。

考虑每台车架在加工过程中存在略微的形态差异，因此在首次变换完成后，对每个标签的位置进行验证，并根据验证结果判定是否对车架的空间位置进行调节，保障了车架翻转后位置的准确性。

当不存在第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差较大时，所述控制模块计算车架的整体偏离值M，M=Q1+Q2+Q3+Q4，控制模块内设置有整体偏离值评价值Mz,控制模块将整体偏离值M与整体偏离值评价值Mz,进行对比，

当M≤Mz时，所述控制模块判定车架当前位置满足第i加工工艺的加工需求；

当M＞Mz时，所述控制模块判定车架当前位置不满足第i加工工艺的加工需求，所述控制模块根据实际坐标点矩阵Bz’与第i加工工艺车架坐标矩阵Ci，通过控制机械手的移动对车架空间位置进行调整。

考虑每台车架在加工过程中存在略微的形态差异，综合考量所有标签的偏移量，计算偏离值，并根据偏离值判定是否对车架的空间位置进行调节，保障了车架翻转后位置的准确性。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于汽车车架加工的翻转定位机械手，其特征在于，包括，

旋转底座，用于控制机械手在水平方向旋转；

第一机械臂，其设置在所述旋转底座上；

第二机械臂，其与所述第一机械臂相连，第一机械臂与所述第二机械臂之间设置有第一旋转轴，第二机械臂能够围绕所述第一旋转轴在竖直方向做旋转；

第三机械臂，其与所述第二机械臂相连，第二机械臂与所述第三机械臂之间设置有第二旋转轴，第三机械臂能够围绕所述第二旋转轴在竖直方向做旋转；

机械抓手，其与所述第三机械臂相连，所述机械抓手与所述第三机械臂之间设置有第三旋转轴，机械抓手能够围绕所述第三旋转轴在竖直方向做旋转；所述机械抓手上设置有第四旋转轴，所述第四旋转轴能够做360°旋转；所述机械抓手能够通过开合对车架进行抓取；

雷达检测装置，其设置在所述机械抓手上, 用于对车架进行检测，并判定车架所处位置和姿态；待翻转车架上设置若干定位标签，所述雷达检测装置能够对标签位置进行识别；

控制模块，其与所述旋转底座、所述第一旋转轴、所述第二旋转轴、所述第三旋转轴、所述机械抓手、所述雷达检测装置分别相连，雷达检测装置将识别的车架上的标签位置传递至所述控制模块，控制模块根据接收的标签位置构建车架的三维空间图，控制模块内设置有车架目标位置模型，通过将构建的三维空间模型与目标位置模型进行对比，判定车架翻转的角度并选取机械抓手的抓取位置，在车架翻转完成后，雷达检测装置再次对标签位置进行识别，控制模块根据识别结果判定对车架空间位置进行调节；

在翻转车架上设置有四个定位标签，每个所述定位标签的识别编码不同，所述控制模块对定位标签进行编号，分别为第一标签、第二标签、第三标签、第四标签；所述雷达检测装置能够对各所述定位标签进行位置识别；

所述雷达检测装置检测所述第一标签位置，记为A1,检测所述第二标签位置，记为A2,检测所述第三标签位置，记为A3,检测所述第四标签位置，记为A4,并将检测结果传递至所述控制模块；

所述控制模块内设置有三维虚拟坐标，控制模块将A1、A2、A3、A4的数据信息带入所述三维虚拟坐标，并将数据信息坐标化，其中，A1数据坐标信息为B1(X1,Y1,Z1)，A2数据坐标信息为B2(X2,Y2,Z2)，A3数据坐标信息为B3(X3,Y3,Z3)，A4数据坐标信息为B4(X4,Y4,Z4)；

所述控制模块对坐标信息B1(X1,Y1,Z1)、B2(X2,Y2,Z2)、B3(X3,Y3,Z3)和B4(X4,Y4,Z4)进行整合，生成车架实际坐标点矩阵Bz，

所述控制模块根据实际坐标点矩阵Bz对车架的三维模型进行植入，生成待翻转车架的三维空间图；

所述控制模块内设置有工艺加工车架坐标矩阵组C0,C0(C1,C2,...,Cn），其中，C1为第一加工工艺车架坐标矩阵，C2为第二加工工艺车架坐标矩阵，...，Cn为第n加工工艺车架坐标矩阵，对于第i加工工艺车架坐标矩阵Ci，i=1,2,...,n；

其中，（Xi1,Yi1,Zi1）为实行第i加工工艺时，所述第一标签的目标坐标点；（Xi2,Yi2,Zi2）为实行第i加工工艺时，所述第二标签的目标坐标点；（Xi3,Yi3,Zi3）为实行第i加工工艺时，所述第三标签的目标坐标点；（Xi4,Yi4,Zi4）为实行第i加工工艺时，所述第四标签的目标坐标点；

当要对车架进行第i加工工艺时，所述控制模块将实际坐标点矩阵Bz与第i加工工艺车架坐标矩阵Ci进行对比，生成车架旋转变换矩阵f0，f0（α,β,γ），其中，α为在三维虚拟坐标中，车架以X轴为轴线旋转的角度，β为在三维虚拟坐标中，车架以Y轴为轴线旋转的角度,γ为在三维虚拟坐标中，车架以Z轴为轴线旋转的角度。

2.根据权利要求1所述的用于汽车车架加工的翻转定位机械手，其特征在于，所述控制模块根据待翻转车架的三维空间图判定所述车架的抓取点位，抓取点位包括第一抓取点位，第二抓取点位，...，第m抓取点位，不同的抓取点位各方向可旋转角度不同，其中，第一抓取点位的旋转区间集合为（α11-α12，β11-β12，γ11-γ12），第二抓取点位的旋转区间集合为（α21-α22，β21-β22，γ21-γ22），...,第m抓取点位的旋转区间集合为（αm1-αm2，βm1-βm2，γm1-γm2），m为正整数；

α11-α12为所述机械抓手通过第一抓取点位对车架进行抓取时，车架以X轴为轴线旋转时的角度范围；

β11-β12为所述机械抓手通过第一抓取点位对车架进行抓取时，车架以Y轴为轴线旋转时的角度范围；

γ11-γ12为所述机械抓手通过第一抓取点位对车架进行抓取时，车架以Z轴为轴线旋转时的角度范围；

第二抓取点位的旋转区间至第m抓取点位的旋转区间表示含义同理于第一抓取点位的旋转区间。

3.根据权利要求2所述的用于汽车车架加工的翻转定位机械手，其特征在于，所述控制模块将车架旋转变换矩阵f0内的元素的值与第一抓取点位的旋转区间集合、第二抓取点位的旋转区间集合、...、第m抓取点位的旋转区间集合内的角度范围分别进行对比，选取实际抓取点，

当有且仅有一个抓取点位满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求时，所述控制模块判定该抓取点位为实际抓取点位；

当存在不止一个抓取点位满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求时，所述控制模块对满足条件的抓取点位进行对比选取。

4.根据权利要求3所述的用于汽车车架加工的翻转定位机械手，其特征在于，当存在不止一个抓取点位满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求时，所述控制模块选取任一满足车架旋转变换矩阵f0旋转要求的抓取点位第j抓取点位,当所述机械抓手通过第j抓取点位对车架进行抓取时，控制模块计算机械抓手运动至第j抓取点位的行程评分Fj，

Fj=αj×p1+βj×p2+γj×p3+δj×p4+εj×p5，

其中，αj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位，所需的以X轴为轴线的旋转角度，βj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位，所需的以Y轴为轴线的旋转角度，γj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位，所需的以Z轴为轴线的旋转角度，δj为机械抓手从当前静止点位运动至第j抓取点位行进距离，εj机械抓手对第j抓取点位进行抓取时机械抓手张开行程，p1为αj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p2为βj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p3为γj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p4为δj对计算行程评分Fj的计算补偿参数，p5为εj对计算行程评分Fj的计算补偿参数；

所述控制模块计算满足车架旋转变换矩阵f0的旋转要求的所有抓取点位的行程评分，并将所有行程评分进行对比，控制模块选取行程评分中数值最小评分所对应的抓取点位作为实际抓取点位。

5.根据权利要求4所述的用于汽车车架加工的翻转定位机械手，其特征在于，所述控制模块在选取实际抓取点位后，控制所述机械抓手运行至实际抓取点位对车架进行抓取，并按照车架旋转变换矩阵f0的旋转要求对车架进行旋转。

6.根据权利要求5所述的用于汽车车架加工的翻转定位机械手，其特征在于，在所述机械抓手对车架完成旋转后，所述雷达检测装置再次检测第一标签、第二标签、第三标签、第四标签的空间位置，并将检测结果传递至所述控制模块，控制模块对检测的数据进行整合，生成新的车架实际坐标点矩阵Bz’，

所述控制模块计算车架旋转后第一标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q1,第二标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q2,第三标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q3,第四标签实际位置与目标坐标点的位置偏差值Q4,

对于位置偏差值Qk，k=1,2,3,4，所述控制模块内设置有偏差值评价值Rk，控制模块将位置偏差值Qk与偏差值评价值Rk进行对比，

当Qk＜Rk时，所述控制模块判定第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差在合理范围；

当Qk≥Rk时，所述控制模块判定第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差不在合理范围；

当存有第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差不在合理范围时，所述控制模块根据实际坐标点矩阵Bz’与第i加工工艺车架坐标矩阵Ci，通过控制机械手的移动对车架空间位置进行调整。

7.根据权利要求6所述的用于汽车车架加工的翻转定位机械手，其特征在于，当不存在第k标签实际位置与目标坐标点的位置偏差较大时，所述控制模块计算车架的整体偏离值M，M=Q1+Q2+Q3+Q4，控制模块内设置有整体偏离值评价值Mz,控制模块将整体偏离值M与整体偏离值评价值Mz,进行对比，

当M≤Mz时，所述控制模块判定车架当前位置满足第i加工工艺的加工需求；

当M＞Mz时，所述控制模块判定车架当前位置不满足第i加工工艺的加工需求，所述控制模块根据实际坐标点矩阵Bz’与第i加工工艺车架坐标矩阵Ci，通过控制机械手的移动对车架空间位置进行调整。

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