旋转与伸缩联动机械手及控制方法_2

文档序号:9900312阅读:来源:国知局
,也在以在运动轨迹20a上设置两个或三个中间位置点C。在其它实施例中,末端执行器11的运动轨迹20a呈朝向旋转臂13的旋转中心ο方向弯曲的弧形。将末端执行器11的运动轨迹20a设置呈弧形,并且使该弧形朝向旋转臂13的旋转中心ο的方向弯曲。
[0033]进一步地,旋转臂13的运动时间与伸缩臂12的运动时间相等。将旋转臂13的运动时间与伸缩臂12的运动时间设置为相等,可以方便控制旋转臂13和伸缩臂12,使旋转臂13指向目标点b的同时,伸缩臂12使末端执行器11到达目标点b,提高末端执行器11移动的效率。请一并参阅图4,图4中横坐标为加速度,纵坐标为受力大小;图4中线Ia为旋转臂13先旋转,到达指向目标点b的位置时,伸缩臂12再伸缩时,末端执行器11及工件的离心力;线2a为伸缩臂12先收缩,然后旋转臂13再旋转到目标点b时,末端执行器11及工件的离心力;线3a为旋转臂13旋转与伸缩臂12伸缩同步运动时,末端执行器11及工件的离心力。在末端执行器11先旋转后伸缩(即线Ia对应的方式)中,工件在旋转运动中的运动半径最大。在末端执行器11先伸缩后放置(即线2a对应的方式)中,由于在旋转运动之前进行前后轴的伸缩,旋转半径相对减小。方式3中工件在整个转移过程中,旋转的圆周半径为变值,且与摆臂轴的旋转速度相关联:在摆臂轴的旋转速度增大时,伸缩臂12收缩,机械手末端执行器11工件的旋转半径减小;当旋转速度减小时伸缩臂12做伸长运动,相应的机械手末端执行器11工件旋转半径会增大。在三种不同的运动形式中,末端执行器11工件的离心力各不相同。根据离心力计算公式。因而在旋转臂13旋转与伸缩臂12伸缩同步运动,末端执行器11及工件受到的离心力较小,可以更好的控制,提高定位精度、减小振动与噪声。
[0034]进一步地,伸缩臂12的伸长运动时间与收缩运动时间相等。将伸缩臂12的伸长运动时间与收缩运动时间设置为相等,可以方便控制伸缩臂12的运动。
[0035]进一步地,旋转臂13与伸缩臂12运动对应的最大加速度及最大速度固定,伸缩臂12在伸长和收缩两个运动过程中的速度采用单纯形法求解后分配。使用单纯形法求解分配,可以最好的确定伸缩臂12在伸长和收缩两个运动过程中的速度、时间,以更好的控制伸缩臂12和旋转臂13的运动。同理,也可以求出旋转臂13的运动时间,使伸缩臂12与旋转臂13的运动时间最小,以便提尚末端执彳丁器11移动工件的效率。
[0036]具体的单纯形法求解方法如下:
[0037]请参阅图1、图3和图5,图3中:图示中e、f、j、h分别表示末端执行器在工件转移过程中的起点、中间两点、结束点。末端执行器从e-f-j-h的过程中,旋转臂和伸缩臂联动,6、rf、r j、rh分别表示末端途径对应点时的旋转运动半径。在旋转臂完成αι角度旋转的同时,伸缩臂做收缩运动至f点;f点对应的是末端旋转半径最小点;在α2所对应分旋转区间内,伸缩运动轴为停止状态,此时末端做等半径的旋转运动至j点,因此:Tf = rj ;在α3所对应分旋转区间内,伸缩臂做伸长运动至h点,在该区间内,末端的旋转半径不断的增大至η。设旋转运动的顺时针方向和伸缩运动的收缩方向为正。
[0038]图5中横坐标为时间,纵坐标为速度,图5中线Ik为旋转臂13的运动速度,线2k为伸缩臂12的运动速度。在整个联动过程为:旋转运动过程:从to开始以加速度a2加速运动至旋转速度达V2,对应时间点为t2,接着旋转运动为匀速旋转至t7时间点,旋转运动转换为匀减速至t9,其加绝对值和加速度阶段相等。在旋转运动过程中,伸缩运动同时进行。伸缩运动过程:从to开始以加速度ai加速运动至V1,对应的时间点为t1;接着伸缩运动为匀速至t3时刻,接着开始做减速运动至时间带点t4,减速度绝对值与加速度相等;在t4时刻时,末端处于距离旋转中心最近点,此时旋转半径最小,末端的离心力最小。接着伸缩运动停止至t5时刻开始做反方向的加速运动至t6时刻,接着在t6?t7时间段内做匀速运动,t8?t9时间段内做减速运动。其中to时刻对用图3中的e点、t4时刻对应f点、t5对应j点,t9对应h点。由于在伸缩臂与旋转臂确定后,伸缩臂的最大速度和最大加速度也可以确定,同样的,旋转臂的最大速度和最大加速度也可以确定,而在运动过程中起点、中间两点、结束点的运动半径可以直接确定,在根据末端执行器处可以承受的运动惯量,从而可以确定出旋转臂运行的速度范围和加速度范围,以及伸缩臂的速度范围和加速度范围,从而选取合理的速度与加速度,以保证移动工件运行时间最短。
[0039]请一并参阅图7,本发明实施例还公开了上述旋转与伸缩联动机械手100的控制方法,包括如下步骤:
[0040]分析生产工艺S1: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a和所述目标点b的位置;
[0041]设置所述中间位置点c的数量及分布形式S2;
[0042]设置各所述中间位置点c的位置S3;
[0043]设置所述取物点a、所述目标点b及各所述中间位置点c之间的轨迹形式S3;
[0044]轨迹规划S4:根据所述取物点a、所述目标点b及各所述中间位置点c的位置及所述轨迹形式规划出所述末端执行器11的运动轨迹20a。
[0045]控制方法可以快速、灵活的规划末端执行器11的运动轨迹20a,提高规划效率,以实现末端执行器11运动的控制,控制也更为方便。该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。
[0046]本实施例的旋转与伸缩联动机械手100可以实现旋转臂13与伸缩臂12的联动控制,使末端执行器11轨迹运动更丰富,不仅减小机械手的应用场合中的空间要求,还可实现更加复杂的轨迹运动,适应不同的生产工艺要求。
[0047]另外可以实现机械手末端执行器11工件做旋转运动的同时进行伸缩运动,使工件的旋转半径随着旋转速度的增加而减小,同时在旋转速度增大时,旋转半径减小。有效的减小工件在被高速转移过程中所受的离心力。
[0048]在减小工件离心力的同时,机械手的负载已一定程度减小,尤其的在高速运行的场合,该技术可提高机械手的运行稳定性,同时降低对机械结构刚性的要求。
[0049]采用基于单纯形求解得出的末端执行器11运动轨迹20a规划,可以实现机械手转移工件的运行周期,提高机器的运行效率。
[0050]机械手控制策略多样化、并且可便捷切换,不仅增加了机械手的通用性,能在不更换机械手前提下,满足不同的工艺需求。一方面,可有效的节约生产成本、提高生产效率;另一方面,可使机械手的操作更简便、灵活。
[0051 ]本发明实施例二:
[0052]请参阅图1和图7,本实施例的旋转与伸缩联动机械手100与实施例一的旋转与伸缩联动机械手区别为:
[0053]本实施例中,中间位置点c为两个,且两个中间位置点c分别设为取物等待点Cl和放物等待点c2,运动轨迹20b为由取物等待点Cl到取物点a、再至放物等待点c2、再到目标点
b、再返回至取物等待点Cl。设置两个中间位置点C,可以更好的控制末端执行器11的运动轨迹20b,调节末端执行器11运动需要的空间,方便生产线上各部件的布局;同时可以方便确定末端执行器11处于的工作过程,如末端执行器11位于取物点a,则末端执行器11需抓取工件,并需要向放物等待点c2移动,旋转臂13需向目标点b旋转,而伸缩臂12需收缩;末端执行器11位于放物等待点c2,则伸缩臂12需要伸出,以使末端执行器11移动到目标点b;末端执行器11位于目标点b,可以放置工件,之后需要向取物等待点Cl移动,以完全一个工件的移动工序周期,等待移动下一工件的指令。
[0054]进一步地,取物等待点Cl与放物等待点c2之间的距离小于取物点a与目标点b
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