旋轉與伸縮聯動機械手及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于自動化領域，尤其涉及一種旋轉與伸縮聯動機械手及其控制方法。
【背景技術】
[0002]機械手在自動化生產線中的應用越來越普遍;機械手可根據實際生產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線執行設備，其所構成的自動化生產線單元或柔性自動化生產線是進行高速、高效、高精度生產的重要保障，是實現智能制造的核心部件;在料件搬運、碼垛、分揀、噴涂和焊接等工業領域具有廣泛的應用。現有技術機械手的伸縮臂與旋轉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，機械手末端執行器抓取工件后，使伸縮臂不動，而旋轉臂轉動，到達機械手末端執行器指向目標點后，伸縮臂再伸縮運動，使機械手的末端執行器到達目標點，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、旋轉速度提高時，機械手末端執行器的運動慣量隨之增大，對電機要求高，易產生振動、噪聲，甚至影響定位精度，造成設備故障。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種旋轉與伸縮聯動機械手，旨在解決現有機械手在移動工件時，機械手末端執行器的運動慣量隨之增大，對電機要求高，易產生振動、噪聲，甚至影響定位精度，造成設備故障的問題。
[0004]本發明是這樣實現的，一種旋轉與伸縮聯動機械手，包括用于抓取工件的末端執行器、支撐所述末端執行器的伸縮臂、支撐所述伸縮臂的旋轉臂和控制所述伸縮臂伸縮與所述旋轉臂旋轉聯動以控制所述末端執行器的運動軌跡的控制器，所述旋轉臂與所述末端執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于抓取所述工件的取物點、對應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]本發明設置伸縮臂來帶動末端執行器平移，使用旋轉臂帶動末端執行器轉動，設置控制器來控制伸縮臂伸縮與旋轉臂旋轉聯動，以實現控制末端執行器的運動軌跡，同時運動軌跡經取物點和目標點，同時設置信號交互等待的中間位置點以確保安全，同時末端執行器在移動工件時，伸縮運動隨旋轉臂速度配合伸長收縮，實現高速旋轉時伸縮臂收縮低速時伸出，以減小末端執行器及工件轉動的慣量、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]本發明的另一目的在于提供一種所述的旋轉與伸縮聯動機械手的控制方法，包括如下步驟:
[0007]分析生產工藝:獲取移動工件的位置與質量和移動空間，以確定所述取物點和所述目標點的位置；
[0008]設置所述中間位置點的數量及分布形式；
[0009]設置各所述中間位置點的位置；
[0010]設置所述取物點、所述目標點及各所述中間位置點之間的軌跡形式；
[0011 ]軌跡規劃:根據所述取物點、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劃出所述末端執行器的運動軌跡。
[0012]本發明的控制方法可以靈活的規劃末端執行器的運動軌跡，以實現末端執行器運動的控制，使末端的運行軌跡隨不同的應用要求進行變換。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明實施例一提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的結構示意圖；
[0014]圖2是圖1的旋轉與伸縮聯動機械手的運行過程示意圖；
[0015]圖3是圖1的旋轉與伸縮聯動機械手的伸縮臂與旋轉臂聯動過程中末端執行器的運行軌跡示意圖；
[0016]圖4是圖1的旋轉與伸縮聯動機械手中旋轉臂轉動時末端執行器工件離心力曲線示意圖；
[0017]圖5是圖1的旋轉與伸縮聯動機械手中旋轉臂與伸縮臂運動速度規劃示意圖；
[0018]圖6是圖1的旋轉與伸縮聯動機械手控制方法的流程圖。
[0019]圖7是本發明實施例二提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的末端執行器運行軌跡示意圖。
[0020]圖8是本發明實施例三提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的末端執行器運行軌跡示意圖。
[0021]圖9是本發明實施例四提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的末端執行器運行軌跡示意圖。
[0022]圖10是本發明實施例五提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的末端執行器運行軌跡示意圖。
[0023]圖11是本發明實施例六提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的末端執行器運行軌跡示意圖。
[0024]圖12是本發明實施例七提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的末端執行器運行軌跡示意圖。
[0025]圖13是本發明實施例八提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的末端執行器運行軌跡示意圖。
[0026]圖14是本發明實施例九提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的末端執行器運行軌跡示意圖。
[0027]圖15是本發明實施例十提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手的末端執行器運行軌跡示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0029]請參閱圖1-圖6，本發明實施例提供的一種旋轉與伸縮聯動機械手100，包括末端執行器11、伸縮臂12、旋轉臂13和控制器(圖中未示出)；末端執行器11用于抓取工件，旋轉臂13與末端執行器11分別位于伸縮臂12的相對兩端，通過伸縮臂12來支撐住末端執行器11，而通過旋轉臂13來支撐住伸縮臂12，而控制器控制伸縮臂12的伸縮和旋轉臂13的旋轉，以控制伸縮臂12與旋轉臂13的運動，以實現控制伸縮臂12的伸縮與旋轉臂13的旋轉聯動，進而控制末端執行器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;當末端執行器11移動到取物點a時，可以進行抓取工件，然后末端執行器11可以移動到中間位置點C，進行安全信號交互。
[0030]設置伸縮臂12來帶動末端執行器11，使用旋轉臂13帶動末端執行器11轉動，設置控制器來控制伸縮臂12伸縮與旋轉臂13旋轉聯動，以實現控制末端執行器11的運動軌跡20a，同時運動軌跡20a經取物點a和目標點b，以方便抓取工件和放置工件，同時設置中間位置點C，以使末端執行器11在移動工件時，可以先經中間位置點C，再到目標點b，進行安全信號交互。
[0031]通過控制伸縮臂12伸縮與旋轉臂13旋轉聯動，控制末端執行器11的運動軌跡20a從取物點a經中間位置點c快速、穩定、可靠地到達目標點b，以實現高速、可靠地抓取和放置工件。實際工作中可根據不同的工藝要求靈活地設置中間點c數量和位置，通過控制器中先進的控制算法控制末端執行器實現不同軌跡切換，使伸縮臂12伸縮長度隨旋轉臂13速度的變化而變化，以減少末端機械手高速旋轉時產生的轉動慣量及其給整個系統帶來的振動與噪聲，降低對電機驅動力矩的要求，提高系統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的圓心位于旋轉臂的旋轉中心的遠離末端執行器的一側。在末端執行器11移動工件時，在旋轉臂13轉動時，伸縮臂12同時進行伸縮運動，實現旋轉臂13與伸縮臂12的聯動，并且旋轉臂13在取物點a轉動到目標點b的過程中，伸縮臂12先收縮，再伸長，而旋轉臂13轉動時，也為先加速，再減速，在旋轉臂13加速時，伸縮臂12收縮，則可以降低末端執行器11及工件運動的慣量和離心力，而旋轉臂13減速時，伸縮臂12伸長，可以增加末端執行器11及工件運動的慣量和離心力，實現調節末端執行器11及工件運動的慣量和離心力，以保持末端執行器11及工件運動的平穩，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設置為一個，圖3中e和f為軌跡線。其它實施例中