本發明涉及工業機器人領域,具體涉及一種可重構模塊化設計的六軸輕載工業機器人控制方法,及實施該方法的裝置。
背景技術:
從21世紀初開始,受技術快速發展、人力成本不斷上升、生產效率要求進一步提高等因素影響,全球工業機器人將迎來更為廣闊的發展空間和更高的發展速度。對工業機器人的需求,已從汽車及汽車周邊行業擴展到電子、醫療、食品、服務等眾多行業。在區域分布上,隨著亞洲地區制造業的發展,各項產業對于工業機器人的需求量增加,使得工業機器人市場需求逐漸由歐美地區轉移到亞洲地區。我國工業機器人市場已呈現出蓬勃發展的態勢。從2010年開始我國工業機器人需求量激增,但目前我國新增工業機器人中超過70%依賴國外進口。外資品牌占據了國內絕對的市場份額,像發那科、安川、ABB、庫卡等外資品牌在中國的市場占有率高達90%!
這樣的背景之下,對于我國工業機器人產業而言,可以說是既有機遇又有困難。就目前情況看來,國內的工業機器人廠商需要面對以下問題:控制精度差,長時間使用后運行精度降低,不能有效的進行補償。
技術實現要素:
本發明的目的是針對現有技術的不足,提供一種可重構模塊化設計的六軸輕載工業機器人控制方法,及實施該方法的裝置,解決現有六軸工業機械手定位精度差,使用壽命短的問題。
本發明為實現上述目的所采用的技術方案是:
一種六軸輕載工業機器人的控制方法,其包括以下步驟:
(1)設置底座,于底座上設置六軸連動機構;所述六軸連動機構包括第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸和第六軸,其中所述第一軸設于底座上,第二軸通過第一連接件固定在第一軸上,所述第三軸與第二軸通過第一連桿相互連接,所述第四軸通過拐角連桿固定于第三軸上,所述第五軸和第六軸依次設于第四軸前部;
(2)設置與六軸連動機構電連接的控制箱,于控制箱內設置控制卡板;
(3)于控制卡板上設置人機交互模塊、數據采集模塊、中央處理模塊和執行模塊;
(4)于所述中央處理模塊內嵌入有控制算法,所述控制算法包括:
其中:L1、L2、L3、L4、L5、L6分別為第一軸至第六軸尺寸,Kp為系統比例增益,Ki為積分項系數,Kd=Kp*Td,Td為微分時間,u(t)為控制輸出量;
(5)上電工作,各個模塊進行初始化,所述人機交互模塊,接收人工輸入控制參數,數據采集模塊采集各個電機轉速信息,各軸的旋轉及擺動角度,并將采集到的信號傳輸至中央處理模塊,由中央處理模塊中所嵌入的控制算法,對各軸的運動軌跡進行規劃,然后由執行模塊輸出電機運行參數,數據采集模塊同時采集各個電機的實時運行狀態,中央處理模塊通過對比預先設定的軌跡,實時做出插值調整,從而實現對六軸工業機器人的控制。
所述第一軸為中空圓柱體結構,于該中空圓柱體結構內部設有第一軸伺服電機。
所述第一連桿兩端設有圓形通槽,且下端圓形通槽直徑大于上端圓形通槽直徑,所述第二軸設于下端圓形通槽內,所述第三軸設于上端圓形通槽內;第一連桿中部設有加強筋結構。
所述拐角連桿呈“7”型結構,于拐角連桿下部設有弧形拐角,所述第三軸固定于該弧形拐角內,所述弧形拐角上部中空,所述第四軸設于該中空內。
所述第二軸為旋轉關節結構,其包括基座,于基座上部設有第二軸上外殼,第二軸下外殼,第二軸伺服電機和第二軸諧波減速機,其中所述第二軸下外殼與第二軸上外殼形成空腔,所述第二軸諧波減速機設于該空腔內,并與所述第二軸伺服電機相連接。
所述第四軸為移動關節結構,其包括第四軸上外殼,第四軸下外殼,第四軸伺服電機和第四軸諧波減速機,其中所述第四軸下外殼與第四軸上外殼形成空腔,所述第四軸伺服電機和第四軸諧波減速機設于該空腔內,且第四軸伺服電機與第四軸諧波減速機相互連接;將電機的轉動用螺旋副轉化為沿其自身軸線的往復移動。
所述第六軸為回轉關節結構,其呈圓柱體結構,其包括第六軸上外殼,第六軸下外殼,第六軸伺服電機和第六軸諧波減速機,其中所述第六軸下外殼與第六軸上外殼形成空腔,所述第六軸伺服電機和第六軸諧波減速機設于該空腔內,且第六軸伺服電機與第六軸諧波減速機相互連接。
一種實施所述控制方法的裝置,其包括底座,設于底座上的六軸連動機構,以及控制六軸連動機構運動的控制箱,所述六軸連動機構包括第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸和第六軸,其中所述第一軸設于底座上,第二軸通過第一連接件固定在第一軸上,所述第三軸與第二軸通過第一連桿相互連接,所述第四軸通過拐角連桿固定于第三軸上,所述第五軸和第六軸依次設于第四軸前部;所述控制箱設有控制卡板,于卡板上設有工業機器人控制模塊,該控制模塊包括人機交互模塊、數據采集模塊、中央處理模塊和執行模塊,所述中央處理模塊內嵌入有控制算法,該控制算法包括:
其中:L1、L2、L3、L4、L5、L6分別為第一軸至第六軸尺寸,Kp為系統比例增益,Ki為積分項系數,Kd=Kp*Td,Td為微分時間,u(t)為控制輸出量。
所述第一軸為中空圓柱體結構,于該中空圓柱體結構內部設有第一軸伺服電機;所述第一連桿兩端設有圓形通槽,且下端圓形通槽直徑大于上端圓形通槽直徑,所述第二軸設于下端圓形通槽內,所述第三軸設于上端圓形通槽內;第一連桿中部設有加強筋結構;所述拐角連桿呈“7”型結構,于拐角連桿下部設有弧形拐角,所述第三軸固定于該弧形拐角內,所述弧形拐角上部中空,所述第四軸設于該中空內。
所述第二軸為旋轉關節結構,其包括基座,于基座上部設有第二軸上外殼,第二軸下外殼,第二軸伺服電機和第二軸諧波減速機,其中所述第二軸下外殼與第二軸上外殼形成空腔,所述第二軸諧波減速機設于該空腔內,并與所述第二軸伺服電機相連接;所述第四軸為移動關節結構,其包括第四軸上外殼,第四軸下外殼,第四軸伺服電機和第四軸諧波減速機,其中所述第四軸下外殼與第四軸上外殼形成空腔,所述第四軸伺服電機和第四軸諧波減速機設于該空腔內,且第四軸伺服電機與第四軸諧波減速機相互連接;將電機的轉動用螺旋副轉化為沿其自身軸線的往復移動;所述第六軸為回轉關節結構,其呈圓柱體結構,其包括第六軸上外殼,第六軸下外殼,第六軸伺服電機和第六軸諧波減速機,其中所述第六軸下外殼與第六軸上外殼形成空腔,所述第六軸伺服電機和第六軸諧波減速機設于該空腔內,且第六軸伺服電機與第六軸諧波減速機相互連接。
本發明的有益效果是:通過可重構模塊化精良的結構設計優化,使得結構緊湊簡單,并保證了足夠的剛性,達到5㎏的負載能力。主要零件選用了優質的鋁合金材料,其關鍵零件都有設計開模,形成模組化設計,使得定位精度更高。在第六軸采用長方體倒圓角結構,在旋轉摩擦處增加了其剛性;采用第一連桿連接第二軸和第三軸,采取開模且中間加強筋結構,既保證剛度穩定,同時也降低了成本。
附圖說明
圖1為本發明整體結構示意圖;
圖2為第二軸剖視圖;
圖3為第四軸剖視圖;
圖4為第六軸剖視圖;
圖5為拐角連桿結構示意圖;
圖6為第一連桿結構示意圖;
圖7為本發明電機驅動電路圖。
圖中:1.底座 2.第一軸 3.第二軸 4.第三軸 5.第四軸
6.第五軸 7.第六軸 8.第一連接件 9.第一連桿
10.拐角連桿 11.圓形通槽 12.弧形拐角 13.基座
14.第二軸上外殼 15.第二軸下外殼
16.第二軸伺服電機 17.第二軸諧波減速機
18.第四軸上外殼 19.第四軸下外殼
20.第四軸伺服電機 21.第四軸諧波減速機
22.第六軸上外殼 23.第六軸下外殼
24.第六軸伺服電機 25.第六軸諧波減速機
具體實施方式
實施例:參見圖1至圖6,本實施例提供一種六軸輕載工業機器人的控制方法,其包括以下步驟:
(1)設置底座1,于底座1上設置六軸連動機構;所述六軸連動機構包括第一軸2、第二軸3、第三軸4、第四軸5、第五軸6和第六軸7,其中所述第一軸2設于底座1上,第二軸3通過第一連接件8固定在第一軸2上,所述第三軸4與第二軸3通過第一連桿9相互連接,所述第四軸5通過拐角連桿10固定于第三軸4上,所述第五軸6和第六軸7依次設于第四軸5前部;
(2)設置與六軸連動機構電連接的控制箱,于控制箱內設置控制卡板;
(3)于控制卡板上設置人機交互模塊、數據采集模塊、中央處理模塊和執行模塊;
(4)于所述中央處理模塊內嵌入有控制算法,所述控制算法包括:
其中:L1、L2、L3、L4、L5、L6分別為第一軸至第六軸尺寸,Kp為系統比例增益,Ki為積分項系數,Kd=Kp*Td,Td為微分時間,u(t)為控制輸出量;
(5)上電工作,各個模塊進行初始化,所述人機交互模塊,接收人工輸入控制參數,數據采集模塊采集各個電機轉速信息,各軸的旋轉及擺動角度,并將采集到的信號傳輸至中央處理模塊,由中央處理模塊中所嵌入的控制算法,對各軸的運動軌跡進行規劃,然后由執行模塊輸出電機運行參數,數據采集模塊同時采集各個電機的實時運行狀態,中央處理模塊通過對比預先設定的軌跡,實時做出插值調整,從而實現對六軸工業機器人的控制。
所述第一軸2為中空圓柱體結構,于該中空圓柱體結構內部設有第一軸伺服電機。
所述第一連桿9兩端設有圓形通槽11,且下端圓形通槽直徑大于上端圓形通槽直徑,所述第二軸3設于下端圓形通槽內,所述第三軸4設于上端圓形通槽內;第一連桿9中部設有加強筋結構。
所述拐角連桿10呈“7”型結構,于拐角連桿10下部設有弧形拐角12,所述第三軸4固定于該弧形拐角12內,所述弧形拐角12上部中空,所述第四軸5設于該中空內。
所述第二軸3為旋轉關節結構,其包括基座13,于基座13上部設有第二軸上外殼14,第二軸下外殼15,第二軸伺服電機16和第二軸諧波減速機17,其中所述第二軸下外殼15與第二軸上外殼14形成空腔,所述第二軸諧波減速機17設于該空腔內,并與所述第二軸伺服電機16相連接。
所述第四軸5為移動關節結構,其包括第四軸上外殼18,第四軸下外殼19,第四軸伺服電機20和第四軸諧波減速機21,其中所述第四軸下外殼19與第四軸上外殼18形成空腔,所述第四軸伺服電機20和第四軸諧波減速機21設于該空腔內,且第四軸伺服電機20與第四軸諧波減速機21相互連接;將電機的轉動用螺旋副轉化為沿其自身軸線的往復移動。
所述第六軸7為回轉關節結構,其呈圓柱體結構,其包括第六軸上外殼22,第六軸下外殼23,第六軸伺服電機24和第六軸諧波減速機25,其中所述第六軸下外殼23與第六軸上外殼22形成空腔,所述第六軸伺服電機23和第六軸諧波減速機24設于該空腔內,且第六軸伺服電機24與第六軸諧波減速機25相互連接。
一種實施所述控制方法的裝置,其包括底座1,設于底座1上的六軸連動機構,以及控制六軸連動機構運動的控制箱,所述六軸連動機構包括第一軸2、第二軸3、第三軸4、第四軸5、第五軸6和第六軸7,其中所述第一軸2設于底座1上,第二軸3通過第一連接件8固定在第一軸2上,所述第三軸4與第二軸3通過第一連桿9相互連接,所述第四軸5通過拐角連桿10固定于第三軸4上,所述第五軸6和第六軸7依次設于第四軸5前部;所述控制箱設有控制卡板,于卡板上設有工業機器人控制模塊,該控制模塊包括人機交互模塊、數據采集模塊、中央處理模塊和執行模塊,所述中央處理模塊內嵌入有控制算法,該控制算法包括:
其中:L1、L2、L3、L4、L5、L6分別為第一軸至第六軸尺寸,Kp為系統比例增益,Ki為積分項系數,Kd=Kp*Td,Td為微分時間,u(t)為控制輸出量。
所述第一軸2為中空圓柱體結構,于該中空圓柱體結構內部設有第一軸伺服電機;所述第一連桿9兩端設有圓形通槽11,且下端圓形通槽直徑大于上端圓形通槽直徑,所述第二軸3設于下端圓形通槽內,所述第三軸4設于上端圓形通槽內;第一連桿9中部設有加強筋結構;所述拐角連桿10呈“7”型結構,于拐角連桿10下部設有弧形拐角12,所述第三軸4固定于該弧形拐角12內,所述弧形拐角12上部中空,所述第四軸5設于該中空內。
所述第二軸3為旋轉關節結構,其包括基座13,于基座13上部設有第二軸上外殼14,第二軸下外殼15,第二軸伺服電機16和第二軸諧波減速機17,其中所述第二軸下外殼15與第二軸上外殼14形成空腔,所述第二軸諧波減速機17設于該空腔內,并與所述第二軸伺服電機16相連接。所述第四軸5為移動關節結構,其包括第四軸上外殼18,第四軸下外殼19,第四軸伺服電機20和第四軸諧波減速機21,其中所述第四軸下外殼19與第四軸上外殼18形成空腔,所述第四軸伺服電機20和第四軸諧波減速機21設于該空腔內,且第四軸伺服電機20與第四軸諧波減速機21相互連接;將電機的轉動用螺旋副轉化為沿其自身軸線的往復移動。所述第六軸7為回轉關節結構,其呈圓柱體結構,其包括第六軸上外殼22,第六軸下外殼23,第六軸伺服電機24和第六軸諧波減速機25,其中所述第六軸下外殼23與第六軸上外殼22形成空腔,所述第六軸伺服電機23和第六軸諧波減速機24設于該空腔內,且第六軸伺服電機24與第六軸諧波減速機25相互連接。
參見圖7,于伺服電機處設有電機驅動電路,該電路電機驅動電路包括驅動芯片,與驅動芯片連接的二極管D2~D9,電阻R7和電阻R8,電容C13和電容C14,兩個非門和兩個插件M1和M2。該電機驅動芯片具有較強的抗干擾性能,從而大大提高伺服電機的行走精度。
以上所述,僅為本發明的較佳可行實施例,并非用以局限本發明的專利范圍,故凡運用本發明說明書內容所作的方法步驟及等效結構變化,均包含在本發明的保護范圍。