专利名称：机械手臂的运动控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种运动控制系统及方法，尤其涉及一种机械手臂的运动控制系统及方法。
背景技术：
机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，其能精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。机械手臂根据结构形式的不同分为多关节机械手臂，直角坐标系机械手臂，球坐标系机械手臂，极坐标机械手臂，柱坐标机械手臂等。在传统技术中，极坐标机械手臂分为多种运动控制型态的机械手臂，如三轴直线型(LLL)、LLL-R型等，其中，LLL-R型机械手臂是目前产业最常用且非常精确的三轴直线运动控制形态的XYZ平台式的机械手臂，并于可在Z轴进行上下运动的工件工具的固定且平行于XY平面上，新增一组旋转臂半径为R的极坐标型旋转(R)运动控制子系统，两者组合形成LLL-R型态机械手臂。由于此类机械手臂的运动范围有限，常无法进行自由的旋转运作，因此其工作范围受限。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种机械手臂的运动控制系统，其在保证机械手臂的运动精确度的同时，可使得机械手臂的工作范围加大，且可以有条件的对工具工件、探测工件等进行角度与方向的功能性调整。鉴于以上内容，还有必要提供一种机械手臂的运动控制方法，其在保证机械手臂的运动精确度的同时，可使得机械手臂的工作范围加大，且可以有条件的对工具工件、探测工件等进行角度与方向的功能性调整。一种机械手臂的运动控制系统，运行于主控电脑中，该主控电脑通过马达运动控制卡控制一个三轴机械手臂运动，该三轴机械手臂包括X轴手臂、Y轴手臂和Z轴手臂。所述运动控制系统包括设置模块，用于设置运动控制参数并预设一个根部与Z轴手臂相连的旋转臂要到达的空间坐标位置，其中，该Z轴手臂上有一个马达，其轴心与所述旋转臂相连，所述运动控制参数包括该马达的步进角，所述空间坐标位置包括第一目标位置点和第二目标位置点；计算模块，用于在以Z轴手臂为旋转轴，以旋转臂的根部移动到所述第一目标位置点处为旋转轴心的极坐标系里，计算旋转臂的末端若要到达所述第二目标位置点时旋转臂所旋转的理论角度，并计算X、Y轴手臂的移动量；所述计算模块，还用于根据旋转臂旋转的理论角度和X、Y轴手臂的移动量计算所述旋转轴心的偏移修正向量，利用该偏移修正向量修正所述X、Y轴手臂的移动量，并以一个离散型倍数的步进角取代所述理论角度； 及输出模块，用于输出上述运动控制参数给所述三轴机械手臂，以控制该三轴机械手臂根据修正后的X、Y轴手臂的移动量进行移动，并根据所述离散型倍数的步进角输出一个脉冲数，控制所述旋转臂旋转。
一种机械手臂的运动控制方法，应用于主控电脑中，该主控电脑通过马达运动控制卡控制一个三轴机械手臂运动，该三轴机械手臂包括X轴手臂、Y轴手臂和Z轴手臂。该方法包括如下步骤设置运动控制参数并预设一个根部与Z轴手臂相连的旋转臂要到达的空间坐标位置，其中，该Z轴手臂上有一个马达，其轴心与所述旋转臂相连，所述运动控制参数包括该马达的步进角，所述空间坐标位置包括第一目标位置点和第二目标位置点；在以Z轴手臂为旋转轴，以旋转臂的根部移动到所述第一目标位置点处为旋转轴心的极坐标系里，计算旋转臂的末端若要到达所述第二目标位置点时旋转臂所旋转的理论角度，并计算X、Y轴手臂的移动量；根据旋转臂旋转的理论角度和X、Y轴手臂的移动量计算该旋转轴心的偏移修正向量，利用该偏移修正向量修正所述X、Y轴手臂的移动量，并以一个离散型倍数的步进角取代所述理论角度；及输出上述运动控制参数给所述三轴机械手臂，以控制该三轴机械手臂根据修正后的X、Y轴手臂的移动量进行移动，并根据所述离散型倍数的步进角输出一个脉冲数，控制所述旋转臂旋转。相较于现有技术，所述的机械手臂的运动控制系统及方法，通过市面上价格较便宜的马达带动一根单自由度旋转臂进行旋转运动，就可以在保证机械手臂的运动精确度的同时，使得机械手臂的工作范围加大，有条件的对工具工件、探测工件等进行角度与方向的功能性调整。
图1是本发明机械手臂的运动控制系统较佳实施例的应用环境图。图2是图1中的运动控制系统较佳实施例的功能模块图。图3是本发明机械手臂的运动控制方法较佳实施例的作业流程图。图4举例说明本发明旋转臂于极坐标系下的旋转角度示意图。图5是本发明旋转轴心于XY平面上偏移修正向量的计算示意图。主要元件符号说明
主控电脑1马达运动控制卡2三轴机械手臂3连接器4旋转臂5马达控制器6马达驱动器7马达8
权利要求
1.一种机械手臂的运动控制系统，运行于主控电脑中，该主控电脑通过马达运动控制卡控制一个三轴机械手臂运动，该三轴机械手臂包括X轴手臂、Y轴手臂和Z轴手臂，其特征在于，所述运动控制系统包括设置模块，用于设置运动控制参数并预设一个根部与Z轴手臂相连的旋转臂要到达的空间坐标位置，其中，该Z轴手臂上有一个马达，其轴心与所述旋转臂相连，所述运动控制参数包括该马达的步进角，所述空间坐标位置包括第一目标位置点和第二目标位置点；计算模块，用于在以Z轴手臂为旋转轴，以旋转臂的根部移动到所述第一目标位置点处为旋转轴心的极坐标系里，计算旋转臂的末端若要到达所述第二目标位置点时旋转臂所旋转的理论角度，并计算X、Y轴手臂的移动量；所述计算模块，还用于根据旋转臂旋转的理论角度和X、Y轴手臂的移动量计算所述旋转轴心的偏移修正向量，利用该偏移修正向量修正所述X、Y轴手臂的移动量，并以一个离散型倍数的步进角取代所述理论角度；及输出模块，用于输出上述运动控制参数给所述三轴机械手臂，以控制该三轴机械手臂根据修正后的X、Y轴手臂的移动量进行移动，并根据所述离散型倍数的步进角输出一个脉冲数，控制所述旋转臂旋转。
2.如权利要求1所述的机械手臂的运动控制系统，其特征在于，所述主控电脑还与一个马达控制器相连，该马达控制器用于接收所述脉冲数，并将该脉冲数转换成二进制的数值后发送给一个马达驱动器，该马达驱动器用于驱动上述马达带动所述旋转臂旋转。
3.如权利要求1所述的机械手臂的运动控制系统，其特征在于，所述旋转臂的末端与一个工具工件或探测工件相连接，该旋转臂在旋转的同时带动所连接的工具工件或探测工件工作。
4.如权利要求1所述的机械手臂的运动控制系统，其特征在于，所述马达为伺服马达或步进马达。
5.如权利要求4所述的机械手臂的运动控制系统，其特征在于，所述运动控制参数还包括马达的步阶数和旋转臂的长度。
6.一种机械手臂的运动控制方法，应用于主控电脑中，该主控电脑通过马达运动控制卡控制一个三轴机械手臂运动，该三轴机械手臂包括X轴手臂、Y轴手臂和Z轴手臂，其特征在于，该方法包括如下步骤设置运动控制参数并预设一个根部与Z轴手臂相连的旋转臂要到达的空间坐标位置， 其中，该Z轴手臂上有一个马达，其轴心与所述旋转臂相连，所述运动控制参数包括该马达的步进角，所述空间坐标位置包括第一目标位置点和第二目标位置点；在以Z轴手臂为旋转轴，以旋转臂的根部移动到所述第一目标位置点处为旋转轴心的极坐标系里，计算旋转臂的末端若要到达所述第二目标位置点时旋转臂所旋转的理论角度，并计算X、Y轴手臂的移动量；根据旋转臂旋转的理论角度和X、Y轴手臂的移动量计算该旋转轴心的偏移修正向量， 利用该偏移修正向量修正所述X、Y轴手臂的移动量，并以一个离散型倍数的步进角取代所述理论角度；及输出上述运动控制参数给所述三轴机械手臂，以控制该三轴机械手臂根据修正后的X、 Y轴手臂的移动量进行移动，并根据所述离散型倍数的步进角输出一个脉冲数，控制所述旋转臂旋转。
7.如权利要求6所述的机械手臂的运动控制方法，其特征在于，所述根据所述离散型倍数的步进角输出一个脉冲数，控制所述旋转臂旋转的步骤包括根据所述离散型倍数的步进角输出一个脉冲数给与主控电脑相连的马达控制器；该马达控制器将该脉冲数转换成二进制的数值，并将该二进制的数值发送给一个马达驱动器；该马达驱动器驱动上述马达运转；及该马达运转的同时带动所述旋转臂旋转。
8.如权利要求6所述的机械手臂的运动控制方法，其特征在于，所述旋转臂的末端与一个工具工件或探测工件相连接，该旋转臂在旋转的同时带动所连接的工具工件或探测工件工作。
9.如权利要求6所述的机械手臂的运动控制方法，其特征在于，所述马达为伺服马达或步进马达。
10.如权利要求9所述的机械手臂的运动控制方法，其特征在于，所述运动控制参数还包括马达的步阶数和旋转臂的长度。
全文摘要
一种机械手臂的运动控制系统及方法，运行于主控电脑中。该方法包括设置运动控制参数并预设一个与三轴机械手臂的Z轴相连的旋转臂要到达的第一、第二目标位置点；以旋转臂的根部移动到第一目标位置点处为旋转轴心的极坐标系里，计算旋转臂的末端若要到达第二目标位置点时旋转的理论角度，计算X、Y轴手臂的移动量；计算旋转轴心的偏移修正向量，修正该X、Y轴手臂的移动量，并以一个离散型倍数的步进角取代所述理论角度；输出运动控制参数给三轴机械手臂，以控制其根据修正后的移动量进行移动，并根据离散型倍数的步进角输出一个脉冲数，控制所述旋转臂旋转。
文档编号B25J9/02GK102371585SQ201010251799
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月12日 优先权日2010年8月12日
发明者李昇军, 梁献全, 许寿国 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司