旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于自動化領(lǐng)域，尤其涉及一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機械手在自動化生產(chǎn)線中的應(yīng)用越來越普遍;機械手可根據(jù)實際生產(chǎn)的需求靈活編寫運行程序，完成料件的抓取、傳送、噴涂或金屬零部件的焊接，是重要的自動化生產(chǎn)線執(zhí)行設(shè)備，其所構(gòu)成的自動化生產(chǎn)線單元或柔性自動化生產(chǎn)線是進行高速、高效、高精度生產(chǎn)的重要保障，是實現(xiàn)智能制造的核心部件;在料件搬運、碼垛、分揀、噴涂和焊接等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有技術(shù)機械手的伸縮臂與旋轉(zhuǎn)臂之間運動配合度低;在機械手移動工件時，一般是在取物點，機械手末端執(zhí)行器抓取工件后，使伸縮臂不動，而旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動，到達機械手末端執(zhí)行器指向目標點后，伸縮臂再伸縮運動，使機械手的末端執(zhí)行器到達目標點，放下工件，再原路返回到取物點。這種機械手在移動工件時，運動慣量大，特別在運動時，取、放工件的范圍增大、旋轉(zhuǎn)速度提高時，機械手末端執(zhí)行器的運動慣量隨之增大，對電機要求高，易產(chǎn)生振動、噪聲，甚至影響定位精度，造成設(shè)備故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手，旨在解決現(xiàn)有機械手在移動工件時，機械手末端執(zhí)行器的運動慣量隨之增大，對電機要求高，易產(chǎn)生振動、噪聲，甚至影響定位精度，造成設(shè)備故障的問題。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手，包括用于抓取工件的末端執(zhí)行器、支撐所述末端執(zhí)行器的伸縮臂、支撐所述伸縮臂的旋轉(zhuǎn)臂和控制所述伸縮臂伸縮與所述旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)聯(lián)動以控制所述末端執(zhí)行器的運動軌跡的控制器，所述旋轉(zhuǎn)臂與所述末端執(zhí)行器分別位于所述伸縮臂的相對兩端;所述運動軌跡上具有對應(yīng)于抓取所述工件的取物點、對應(yīng)于放置所述工件的目標點和用于安全信號交互的至少一個中間位置點。
[0005]本發(fā)明設(shè)置伸縮臂來帶動末端執(zhí)行器平移，使用旋轉(zhuǎn)臂帶動末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)動，設(shè)置控制器來控制伸縮臂伸縮與旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)聯(lián)動，以實現(xiàn)控制末端執(zhí)行器的運動軌跡，同時運動軌跡經(jīng)取物點和目標點，同時設(shè)置信號交互等待的中間位置點以確保安全，同時末端執(zhí)行器在移動工件時，伸縮運動隨旋轉(zhuǎn)臂速度配合伸長收縮，實現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)時伸縮臂收縮低速時伸出，以減小末端執(zhí)行器及工件轉(zhuǎn)動的慣量、降低對電機的要求，減小振動與噪聲，提尚定位精度，提尚效率。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述的旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的控制方法，包括如下步驟:
[0007]分析生產(chǎn)工藝:獲取移動工件的位置與質(zhì)量和移動空間，以確定所述取物點和所述目標點的位置；
[0008]設(shè)置所述中間位置點的數(shù)量及分布形式；
[0009]設(shè)置各所述中間位置點的位置；
[0010]設(shè)置所述取物點、所述目標點及各所述中間位置點之間的軌跡形式；
[0011 ]軌跡規(guī)劃:根據(jù)所述取物點、所述目標點及各所述中間位置點的分布及所述軌跡形式規(guī)劃出所述末端執(zhí)行器的運動軌跡。
[0012]本發(fā)明的控制方法可以靈活的規(guī)劃末端執(zhí)行器的運動軌跡，以實現(xiàn)末端執(zhí)行器運動的控制，使末端的運行軌跡隨不同的應(yīng)用要求進行變換。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是圖1的旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的運行過程示意圖；
[0015]圖3是圖1的旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的伸縮臂與旋轉(zhuǎn)臂聯(lián)動過程中末端執(zhí)行器的運行軌跡示意圖；
[0016]圖4是圖1的旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手中旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動時末端執(zhí)行器工件離心力曲線示意圖；
[0017]圖5是圖1的旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手中旋轉(zhuǎn)臂與伸縮臂運動速度規(guī)劃示意圖；
[0018]圖6是圖1的旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手控制方法的流程圖。
[0019]圖7是本發(fā)明實施例二提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的末端執(zhí)行器運行軌跡示意圖。
[0020]圖8是本發(fā)明實施例三提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的末端執(zhí)行器運行軌跡示意圖。
[0021]圖9是本發(fā)明實施例四提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的末端執(zhí)行器運行軌跡示意圖。
[0022]圖10是本發(fā)明實施例五提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的末端執(zhí)行器運行軌跡示意圖。
[0023]圖11是本發(fā)明實施例六提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的末端執(zhí)行器運行軌跡示意圖。
[0024]圖12是本發(fā)明實施例七提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的末端執(zhí)行器運行軌跡示意圖。
[0025]圖13是本發(fā)明實施例八提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的末端執(zhí)行器運行軌跡示意圖。
[0026]圖14是本發(fā)明實施例九提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的末端執(zhí)行器運行軌跡示意圖。
[0027]圖15是本發(fā)明實施例十提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手的末端執(zhí)行器運行軌跡示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]請參閱圖1-圖6，本發(fā)明實施例提供的一種旋轉(zhuǎn)與伸縮聯(lián)動機械手100，包括末端執(zhí)行器11、伸縮臂12、旋轉(zhuǎn)臂13和控制器(圖中未示出)；末端執(zhí)行器11用于抓取工件，旋轉(zhuǎn)臂13與末端執(zhí)行器11分別位于伸縮臂12的相對兩端，通過伸縮臂12來支撐住末端執(zhí)行器11，而通過旋轉(zhuǎn)臂13來支撐住伸縮臂12，而控制器控制伸縮臂12的伸縮和旋轉(zhuǎn)臂13的旋轉(zhuǎn)，以控制伸縮臂12與旋轉(zhuǎn)臂13的運動，以實現(xiàn)控制伸縮臂12的伸縮與旋轉(zhuǎn)臂13的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動，進而控制末端執(zhí)行器11的運動軌跡。在運動軌跡20a上具有取物點a、目標點b和至少一個中間位置點c;當末端執(zhí)行器11移動到取物點a時，可以進行抓取工件，然后末端執(zhí)行器11可以移動到中間位置點C，進行安全信號交互。
[0030]設(shè)置伸縮臂12來帶動末端執(zhí)行器11，使用旋轉(zhuǎn)臂13帶動末端執(zhí)行器11轉(zhuǎn)動，設(shè)置控制器來控制伸縮臂12伸縮與旋轉(zhuǎn)臂13旋轉(zhuǎn)聯(lián)動，以實現(xiàn)控制末端執(zhí)行器11的運動軌跡20a，同時運動軌跡20a經(jīng)取物點a和目標點b，以方便抓取工件和放置工件，同時設(shè)置中間位置點C，以使末端執(zhí)行器11在移動工件時，可以先經(jīng)中間位置點C，再到目標點b，進行安全信號交互。
[0031]通過控制伸縮臂12伸縮與旋轉(zhuǎn)臂13旋轉(zhuǎn)聯(lián)動，控制末端執(zhí)行器11的運動軌跡20a從取物點a經(jīng)中間位置點c快速、穩(wěn)定、可靠地到達目標點b，以實現(xiàn)高速、可靠地抓取和放置工件。實際工作中可根據(jù)不同的工藝要求靈活地設(shè)置中間點c數(shù)量和位置，通過控制器中先進的控制算法控制末端執(zhí)行器實現(xiàn)不同軌跡切換，使伸縮臂12伸縮長度隨旋轉(zhuǎn)臂13速度的變化而變化，以減少末端機械手高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動慣量及其給整個系統(tǒng)帶來的振動與噪聲，降低對電機驅(qū)動力矩的要求，提高系統(tǒng)的定位精度和運行效率。
[0032]請參閱圖1、圖2和圖3，進一步地，在本實施例中，該弧形運動軌跡20a的圓心位于旋轉(zhuǎn)臂的旋轉(zhuǎn)中心的遠離末端執(zhí)行器的一側(cè)。在末端執(zhí)行器11移動工件時，在旋轉(zhuǎn)臂13轉(zhuǎn)動時，伸縮臂12同時進行伸縮運動，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)臂13與伸縮臂12的聯(lián)動，并且旋轉(zhuǎn)臂13在取物點a轉(zhuǎn)動到目標點b的過程中，伸縮臂12先收縮，再伸長，而旋轉(zhuǎn)臂13轉(zhuǎn)動時，也為先加速，再減速，在旋轉(zhuǎn)臂13加速時，伸縮臂12收縮，則可以降低末端執(zhí)行器11及工件運動的慣量和離心力，而旋轉(zhuǎn)臂13減速時，伸縮臂12伸長，可以增加末端執(zhí)行器11及工件運動的慣量和離心力，實現(xiàn)調(diào)節(jié)末端執(zhí)行器11及工件運動的慣量和離心力，以保持末端執(zhí)行器11及工件運動的平穩(wěn)，進而減少振動和噪聲，提高定位精度。本實施例中，中間位置點c設(shè)置為一個，圖3中e和f為軌跡線。其它實施例中