一种基于运动控制器的scara机械手控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械手控制技术领域，尤其是指一种基于运动控制器的SCARA机械手 控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着工业化进程的发展，生产自动化水平的提高，工业机器人的应用越来越广 泛；在焊接、搬运、装配、喷涂、码垛等工业应用领域发挥着越来越重要的作用。当前，SCARA 机械手广泛应用于电子、汽车、塑料、食品等工业领域，其主要职能是完成搬运和装配工作。 随着加工工艺的复杂性与精确性不断提升，SCARA机械手在流水线上经常需要与其他工业 设备协同作业，难免会出现与障碍物发生碰撞的危险。因此，对工作范围内存在障碍物的 SCARA机械手的运动轨迹进行规划便显得尤为重要。轨迹规划是指给定环境的障碍物条 件，以及起始点和目标点位置，要求选择一条从起始点到目标点的路径，使SCARA机械手能 安全、无碰撞地通过所有的障碍物。
[0003] 现有的SCARA机械手普遍采用基于嵌入式控制系统+运动控制芯片的架构体系， 例如采用嵌入式DSP，其开发周期长，采用脉冲控制方式，抗干扰能力弱；每次运动到不同 的运动位置，都要根据插补精度计算出每个插补点的位置，计算繁琐且工作量大；并且需上 位机(如电脑等）给定指定位置才能够动作。可见，现有技术中的SCARA控制系统技术难度 高，开发周期长，成本较高。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的问题提供一种基于运动控制器的SCARA机械手控制方法， 通过结合采用运动控制器和工业触摸屏，有效简化运动算法，从而实现对SCARA机械手的 控制，解决现有SCARA控制系统技术难度高，开发周期长，成本高的问题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 一种基于运动控制器的SCARA机械手控制方法，包括有运动控制器和工业触摸屏，所 述运动控制器通过以太网通信口与触摸屏通信，控制方法步骤如下： 步骤1 :用户通过触摸屏规划SCARA机械手运动轨迹及其对应的运动参数，并将所述的 运动轨迹和参数保存至运动控制器中； 步骤2:所述运动控制器根据所述轨迹规划方式对应的算法对SCARA机械手的实际 运动轨迹进行运算，在虚拟轴所建立的直角坐标系中将其运动轨迹模拟出来，并从虚拟轴 获取到直角坐标然后再将虚拟轴的直角坐标(61?!?!?!!!转换成SCARA机械 手的旋转坐标(?ζ，Μ); 步骤3:得到SCARA机械手的旋转坐标· 位置后，与机械手当前每个电机轴 位置(?ζ?比较得到差值，并根据差值计算出各个电机轴在下一周 期的位置与旋转速度； 步骤4 ;运动控制器采用电子凸轮控制方式，将步骤3得到的位置和速度赋给电子凸轮 参数，以给定的速度旋转到目标位置，得到SCARA机械手的实际运动轨迹信息，并将所述实 际运动轨迹信息发送至SCARA机械手。
[0006] 优选的，所述步骤1中的运动轨迹包括点到点、直线插补和圆弧插补运动轨迹。
[0007] 进一步的，当所述的运动轨迹是点到点运动时，所述参数包括终点坐标、旋转速度 以及SCARA机械手的姿态；当所述运动轨迹是直线插补运动时，所述参数包括终点坐标和 插补速度；当所述运动轨迹是圆弧插补运动时，所述参数包括终点坐标、圆心坐标或圆弧半 径亦或圆弧上的点以及圆弧插补速度。
[0008] 再进一步的，所述步骤2中将虚拟轴直角坐标转换成旋转坐标的步骤如下：步骤 2. 1 :当所述运动轨迹是直线插补时，则在虚拟坐标系中，按照指定的加减速和速度，以直线 插补方式启动虚拟轴从当前位置移动至终点位置，然后执行步骤2. 3 ; 步骤2. 2 :当所述运动轨迹是圆弧插补时，则在虚拟坐标系中，按照指定的加减速、速 度以及圆心或者半径亦或圆弧上的点，以圆弧插补方式启动虚拟轴从当前位置移动至终点 位置，然后执行步骤2. 3; 步骤2. 3 :在虚拟轴所建立的直角坐标系中，按步骤2. 1或步骤2. 2给定的运动轨迹以 及参数将虚拟轴移动至终点坐标；同时开启每个扫描周期获取虚拟轴的位置，将得到的虚 拟轴的位置转换成SCARA机械手各电机轴的旋转位置
[0009] 其中，所述步骤2. 3具体转换方法如下： 步骤2. 3. 1 :将转换成(?,?, 设SCARA机械手的第1臂、第2臂的臂长分别为A、B，则斜边C的边长为
【主权项】
1. 一种基于运动控制器的SCARA机械手控制方法，包括有运动控制器和工业触摸屏， 所述运动控制器通过以太网通信口与触摸屏通信，其特征在于：控制方法步骤如下： 步骤1 :用户通过触摸屏规划SCARA机械手运动轨迹及其对应的运动参数，并将所述的 运动轨迹和参数保存至运动控制器中； 步骤2:所述运动控制器根据所述轨迹规划方式对应的算法对SCARA机械手的实际 运动轨迹进行运算，在虚拟轴所建立的直角坐标系中将其运动轨迹模拟出来，并从虚拟轴 获取到直角坐标然后再将虚拟轴的直角坐标转换成SCARA机械 手的旋转坐标(八,％?:,Ii); 步骤3:得到SCARA机械手的旋转坐标位置后，与机械手当前每个电机轴 位置(巧>?_)比较得到差值紅Aa)，并根据差值计算出各个电机轴在下一周 期的位置与旋转速度； 步骤4 ;运动控制器采用电子凸轮控制方式，将步骤3得到的位置和速度赋给电子凸轮 参数，以给定的速度旋转到目标位置，得到SCARA机械手的实际运动轨迹信息，并将所述实 际运动轨迹信息发送至SCARA机械手。
2. 根据权利要求1所述的一种基于运动控制器的SCARA机械手控制方法，其特征在于： 所述步骤1中的运动轨迹包括点到点、直线插补和圆弧插补运动轨迹。
3. 根据权利要求1所述的一种基于运动控制器的SCARA机械手控制方法，其特征在于： 当所述的运动轨迹是点到点运动时，所述参数包括终点坐标、旋转速度以及SCARA机械手 的姿态；当所述运动轨迹是直线插补运动时，所述参数包括终点坐标和插补速度；当所述 运动轨迹是圆弧插补运动时，所述参数包括终点坐标、圆心坐标或圆弧半径亦或圆弧上的 点以及圆弧插补速度。
4. 根据权利要求1所述的一种基于运动控制器的SCARA机械手控制方法，其特征在于： 所述步骤2中将虚拟轴直角坐标转换成旋转坐标的步骤如下： 步骤2. 1 :当所述运动轨迹是直线插补时，则在虚拟坐标系中，按照指定的加减速和速 度，以直线插补方式启动虚拟轴从当前位置移动至终点位置，然后执行步骤2. 3 ; 步骤2. 2 :当所述运动轨迹是圆弧插补时，则在虚拟坐标系中，按照指定的加减速、速 度以及圆心或者半径亦或圆弧上的点，以圆弧插补方式启动虚拟轴从当前位置移动至终点 位置，然后执行步骤2. 3; 步骤2. 3 :在虚拟轴所建立的直角坐标系中，按步骤2. 1或步骤2. 2给定的运动轨迹以 及参数将虚拟轴移动至终点坐标；同时开启每个扫描周期获取虚拟轴的位置，将得到的虚 拟轴的位置转换成SCARA机械手各电机轴的旋转位置Z#)。
5. 根据权利要求4所述的一种基于运动控制器的SCARA机械手控制方法，其特征在于： 所述步骤2. 3具体转换方法如下： 步骤2. 3. 1 :将(WQiy)转换成(?,?, 设SCARA机械手的第1臂、第2臂的臂长分别为A、B，则斜边C的边长为 C = './(v^3+〇y)3， 根据余弦定理得
步骤2. 3. 2 :判断目标点所在的象限 当ψ5?Ι，目标点在第一、二象限，得到斜边与坐标系的夹角为-=?ccns(p; 当砂<0,且v^O,目标点在第四象限，得到斜边与坐标系的夹角为沒=_arccos(p; 当響<〇,且霄<〇,目标点在第三象限，得到斜边与坐标系的夹角为_=2露一麵?^; 步骤2. 3. 3 :当SCARA机械手处于右手姿态时， 当SCARA机械手处于左手姿态时，辱=I+ ZlJ2 =ik-f·; 步骤2. 3. 4 :对于u轴，以直角坐标为参考系时， Z轴为丝杆结构时，无需变换，Z = ?。
【专利摘要】本发明提供一种基于运动控制器的SCARA机械手控制方法，包括有运动控制器和工业触摸屏，用户通过触摸屏规划SCARA机械手运动轨迹及其对应的运动参数，并将所述的运动轨迹和参数保存至运动控制器中；所述运动控制器根据所述轨迹规划方式对应的算法对SCARA 机械手的实际运动轨迹进行运算，在虚拟轴所建立的直角坐标系中将其运动轨迹模拟出来。本发明通过触摸屏直接编写规划SCARA机械手运动轨迹及其对应的运动参数，采用虚拟轴构建出虚拟的直角坐标系，利用运动控制器内部的插补算法，可大大减小计算量，有效简化运动算法，降低SCARA控制系统技术的开发难度，缩短开发周期，且成本较低。
【IPC分类】B25J13-08
【公开号】CN104827481
【申请号】CN201510211191
【发明人】刘远辉
【申请人】东莞市智捷自动化设备有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月29日