旋转与伸缩联动机械手及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动化领域，尤其涉及一种旋转与伸缩联动机械手及其控制方法。
【背景技术】
[0002]机械手在自动化生产线中的应用越来越普遍;机械手可根据实际生产的需求灵活编写运行程序，完成料件的抓取、传送、喷涂或金属零部件的焊接，是重要的自动化生产线执行设备，其所构成的自动化生产线单元或柔性自动化生产线是进行高速、高效、高精度生产的重要保障，是实现智能制造的核心部件;在料件搬运、码垛、分拣、喷涂和焊接等工业领域具有广泛的应用。现有技术机械手的伸缩臂与旋转臂之间运动配合度低;在机械手移动工件时，一般是在取物点，机械手末端执行器抓取工件后，使伸缩臂不动，而旋转臂转动，到达机械手末端执行器指向目标点后，伸缩臂再伸缩运动，使机械手的末端执行器到达目标点，放下工件，再原路返回到取物点。这种机械手在移动工件时，运动惯量大，特别在运动时，取、放工件的范围增大、旋转速度提高时，机械手末端执行器的运动惯量随之增大，对电机要求高，易产生振动、噪声，甚至影响定位精度，造成设备故障。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种旋转与伸缩联动机械手，旨在解决现有机械手在移动工件时，机械手末端执行器的运动惯量随之增大，对电机要求高，易产生振动、噪声，甚至影响定位精度，造成设备故障的问题。
[0004]本发明是这样实现的，一种旋转与伸缩联动机械手，包括用于抓取工件的末端执行器、支撑所述末端执行器的伸缩臂、支撑所述伸缩臂的旋转臂和控制所述伸缩臂伸缩与所述旋转臂旋转联动以控制所述末端执行器的运动轨迹的控制器，所述旋转臂与所述末端执行器分别位于所述伸缩臂的相对两端;所述运动轨迹上具有对应于抓取所述工件的取物点、对应于放置所述工件的目标点和用于安全信号交互的至少一个中间位置点。
[0005]本发明设置伸缩臂来带动末端执行器平移，使用旋转臂带动末端执行器转动，设置控制器来控制伸缩臂伸缩与旋转臂旋转联动，以实现控制末端执行器的运动轨迹，同时运动轨迹经取物点和目标点，同时设置信号交互等待的中间位置点以确保安全，同时末端执行器在移动工件时，伸缩运动随旋转臂速度配合伸长收缩，实现高速旋转时伸缩臂收缩低速时伸出，以减小末端执行器及工件转动的惯量、降低对电机的要求，减小振动与噪声，提尚定位精度，提尚效率。
[0006]本发明的另一目的在于提供一种所述的旋转与伸缩联动机械手的控制方法，包括如下步骤:
[0007]分析生产工艺:获取移动工件的位置与质量和移动空间，以确定所述取物点和所述目标点的位置；
[0008]设置所述中间位置点的数量及分布形式；
[0009]设置各所述中间位置点的位置；
[0010]设置所述取物点、所述目标点及各所述中间位置点之间的轨迹形式；
[0011 ]轨迹规划:根据所述取物点、所述目标点及各所述中间位置点的分布及所述轨迹形式规划出所述末端执行器的运动轨迹。
[0012]本发明的控制方法可以灵活的规划末端执行器的运动轨迹，以实现末端执行器运动的控制，使末端的运行轨迹随不同的应用要求进行变换。
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例一提供的一种旋转与伸缩联动机械手的结构示意图；
[0014]图2是图1的旋转与伸缩联动机械手的运行过程示意图；
[0015]图3是图1的旋转与伸缩联动机械手的伸缩臂与旋转臂联动过程中末端执行器的运行轨迹示意图；
[0016]图4是图1的旋转与伸缩联动机械手中旋转臂转动时末端执行器工件离心力曲线示意图；
[0017]图5是图1的旋转与伸缩联动机械手中旋转臂与伸缩臂运动速度规划示意图；
[0018]图6是图1的旋转与伸缩联动机械手控制方法的流程图。
[0019]图7是本发明实施例二提供的一种旋转与伸缩联动机械手的末端执行器运行轨迹示意图。
[0020]图8是本发明实施例三提供的一种旋转与伸缩联动机械手的末端执行器运行轨迹示意图。
[0021]图9是本发明实施例四提供的一种旋转与伸缩联动机械手的末端执行器运行轨迹示意图。
[0022]图10是本发明实施例五提供的一种旋转与伸缩联动机械手的末端执行器运行轨迹示意图。
[0023]图11是本发明实施例六提供的一种旋转与伸缩联动机械手的末端执行器运行轨迹示意图。
[0024]图12是本发明实施例七提供的一种旋转与伸缩联动机械手的末端执行器运行轨迹示意图。
[0025]图13是本发明实施例八提供的一种旋转与伸缩联动机械手的末端执行器运行轨迹示意图。
[0026]图14是本发明实施例九提供的一种旋转与伸缩联动机械手的末端执行器运行轨迹示意图。
[0027]图15是本发明实施例十提供的一种旋转与伸缩联动机械手的末端执行器运行轨迹示意图。
【具体实施方式】
[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0029]请参阅图1-图6，本发明实施例提供的一种旋转与伸缩联动机械手100，包括末端执行器11、伸缩臂12、旋转臂13和控制器(图中未示出)；末端执行器11用于抓取工件，旋转臂13与末端执行器11分别位于伸缩臂12的相对两端，通过伸缩臂12来支撑住末端执行器11，而通过旋转臂13来支撑住伸缩臂12，而控制器控制伸缩臂12的伸缩和旋转臂13的旋转，以控制伸缩臂12与旋转臂13的运动，以实现控制伸缩臂12的伸缩与旋转臂13的旋转联动，进而控制末端执行器11的运动轨迹。在运动轨迹20a上具有取物点a、目标点b和至少一个中间位置点c;当末端执行器11移动到取物点a时，可以进行抓取工件，然后末端执行器11可以移动到中间位置点C，进行安全信号交互。
[0030]设置伸缩臂12来带动末端执行器11，使用旋转臂13带动末端执行器11转动，设置控制器来控制伸缩臂12伸缩与旋转臂13旋转联动，以实现控制末端执行器11的运动轨迹20a，同时运动轨迹20a经取物点a和目标点b，以方便抓取工件和放置工件，同时设置中间位置点C，以使末端执行器11在移动工件时，可以先经中间位置点C，再到目标点b，进行安全信号交互。
[0031]通过控制伸缩臂12伸缩与旋转臂13旋转联动，控制末端执行器11的运动轨迹20a从取物点a经中间位置点c快速、稳定、可靠地到达目标点b，以实现高速、可靠地抓取和放置工件。实际工作中可根据不同的工艺要求灵活地设置中间点c数量和位置，通过控制器中先进的控制算法控制末端执行器实现不同轨迹切换，使伸缩臂12伸缩长度随旋转臂13速度的变化而变化，以减少末端机械手高速旋转时产生的转动惯量及其给整个系统带来的振动与噪声，降低对电机驱动力矩的要求，提高系统的定位精度和运行效率。
[0032]请参阅图1、图2和图3，进一步地，在本实施例中，该弧形运动轨迹20a的圆心位于旋转臂的旋转中心的远离末端执行器的一侧。在末端执行器11移动工件时，在旋转臂13转动时，伸缩臂12同时进行伸缩运动，实现旋转臂13与伸缩臂12的联动，并且旋转臂13在取物点a转动到目标点b的过程中，伸缩臂12先收缩，再伸长，而旋转臂13转动时，也为先加速，再减速，在旋转臂13加速时，伸缩臂12收缩，则可以降低末端执行器11及工件运动的惯量和离心力，而旋转臂13减速时，伸缩臂12伸长，可以增加末端执行器11及工件运动的惯量和离心力，实现调节末端执行器11及工件运动的惯量和离心力，以保持末端执行器11及工件运动的平稳，进而减少振动和噪声，提高定位精度。本实施例中，中间位置点c设置为一个，图3中e和f为轨迹线。其它实施例中