一种五轴平面机器人及其轴臂相对移动距离的算法的制作方法

本发明涉及一种五轴平面机器人及其轴臂相对移动距离的算法。

背景技术

平面关节型机器人简称scara(selectivecomplianceassemblyrobotarm)，具有3个旋转关节，一个移动关节，其中两个旋转关节轴线相互平行，另一旋转关节实现终端节点的360度旋转，拥有xyz与绕z轴旋转的四个自由度，由于其中两个旋转关节处于同一水平面，故称为平面关节型机器人，特点是轻便灵敏，适用于平面定位，垂直方向进行装配搬取的作业。现有的scara缺点是工作范围较小，在需要较大范围操作的情况下，增大工作范围意味着机器人重量增加，成本增加，失去了轻便灵敏的特点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种五轴平面机器人及其轴臂相对移动距离的算法。本发明中的五轴平面机器人在原有scara上增加一个可水平移动的x轴，扩大平面机器人的工作范围，且机器人的工作更加灵活。本发明中的五轴平面机器人轴臂相对移动距离的算法的理论精度非常高，可间接提高5轴平面关节机器人在工业自动化应用中的精度。

本发明所采用的技术方案是：本发明中的五轴机器人包括升降轴架、水平移动轴架、第一转动臂、第二转动臂以及终端取物臂，所述水平移动轴架适配活动设置在所述升降轴架上，所述第一转动臂的首端活动设置在所述水平移动轴架上，所述第二转动臂的首端活动设置在所述第一转动臂的末端，所述终端取物臂活动设置在所述第二转动臂的末端。

所述升降轴架上设置有升降滑轨、丝杆以及丝杆电机，所述水平移动轴架适配滑动设置在所述升降滑轨上并与所述丝杆相连接，所述丝杆电机设置在所述升降轴架的底端，所述丝杆电机的输出端与所述丝杆的底端相连接。

所述水平移动轴架上设置有水平移动电机、水平滑轨以及水平移动块，所述水平滑轨沿所述水平移动轴架的长度方向设置，所述水平移动块适配滑动设置在所述水平滑轨上，所述水平移动电机设置在所述水平移动轴架的端部，所述水平移动电机的输出端与所述水平移动块相连接。

所述水平移动块的底部垂直设置有第一转动电机，所述第一转动臂的首端适配设置在所述水平移动块的底部并与所述第一转动电机的输出端相连接，所述第一转动臂的首端置于所述第一转动电机与所述水平移动块之间，所述第一转动臂的末端的上表面上垂直设置有第二转动电机，所述第二转动臂的首端适配设置在所述第一转动臂的末端的下表面上并与所述第二转动电机的输出端相连接。

所述第二转动臂的末端上设置有终端转动电机，所述终端取物臂与所述终端转动电机的输出端相连接。

关于上述五轴平面机器人轴臂相对移动距离的算法，设所述水平移动轴架在竖直方向上静止，所述终端取物臂静止，则

所述水平移动轴架的水平移动距离：；

所述第一转动臂移动距离：；

所述第二转动臂移动距离：，

其中r_r1为所述第一转动臂的长度，r_r2为所述第二转动臂的长度，α为移动前所述第一转动臂与所述水平移动轴架的夹角，β为移动后所述第一转动臂与所述水平移动轴架的夹角，puleqt_x为所述水平移动轴架自移动至停止的脉冲当量，puleqt_r1为所述第一转动臂自转动至停止的脉冲当量，puleqt_r2为所述第二转动臂自转动至停止的脉冲当量。

本发明的有益效果是：在本发明的五轴机器人中，在第一转动臂与升降轴架之间增设了水平移动轴架，大大地增加了第一转动臂以及第二转动臂的活动范围。本发明中的关于五轴机器人的轴臂相对移动距离的算法简易明了，可以直接应用到项目中，并且其理论精度非常高，可间接提高5轴平面关节机器人在工业自动化应用中的精度。

附图说明

图1是本发明的整体示意图;

图2是起始时x轴与r1在xy方向坐标上的位置关系；

图3是移动前r1与x轴在xy方向坐标上的夹角示意图；

图4是移动后r1与x轴在xy方向坐标上的夹角示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中的五轴机器人包括包括升降轴架1、水平移动轴架2、第一转动臂3、第二转动臂4以及终端取物臂5，所述水平移动轴架2适配活动设置在所述升降轴架1上，所述第一转动臂3的首端活动设置在所述水平移动轴架2上，所述第二转动臂4的首端活动设置在所述第一转动臂3的末端，所述终端取物臂5活动设置在所述第二转动臂4的末端。

所述升降轴架1上设置有升降滑轨11、丝杆12以及丝杆电机13，所述水平移动轴架2适配滑动设置在所述升降滑轨11上并与所述丝杆12相连接，所述丝杆电机13设置在所述升降轴架1的底端，所述丝杆电机13的输出端与所述丝杆12的底端相连接。

所述水平移动轴架2上设置有水平移动电机21、水平滑轨22以及水平移动块23，所述水平滑轨22沿所述水平移动轴架2的长度方向设置，所述水平移动块23适配滑动设置在所述水平滑轨22上，所述水平移动电机21设置在所述水平移动轴架2的端部，所述水平移动电机21的输出端与所述水平移动块23相连接。

所述水平移动块23的底部垂直设置有第一转动电机31，所述第一转动臂3的首端适配设置在所述水平移动块23的底部并与所述第一转动电机31的输出端相连接，所述第一转动臂3的首端置于所述第一转动电机31与所述水平移动块23之间，所述第一转动臂3的末端的上表面上垂直设置有第二转动电机41，所述第二转动臂4的首端适配设置在所述第一转动臂3的末端的下表面上并与所述第二转动电机41的输出端相连接。

所述第二转动臂4的末端上设置有终端转动电机51，所述终端取物臂5与所述终端转动电机51的输出端相连接。

关于上述五轴平面机器人的轴臂的相对移动距离的算法：

在本具体实施例中，设定所述水平移动轴架2为x，所述第一转动臂3为r1，所述第二转动臂4为r2，如图2所示，已知量有：大臂r1长度r_r1mm，小臂r2长度r_r2mm，x轴以简图右方向为正，r1、r2以逆时针方向为正。

假设需要5轴平面关节机器人保持现有姿态在水平面上移动dmm，z轴与r3轴静止，只计算x、r1、r2三轴的相对距离。

已知量有：各轴电机当前位置currt_x，currt_r1，currt_r2，单位脉冲；r1、r2保持直线与x轴垂直时的脉冲zero_r1，zero_r2；各轴脉冲当量puleqt_x(mm/pulse)，puleqt_r1(radian/pulse)，puleqt_r2(radian/pulse)。puleqt_x为所述水平移动轴架2自移动至停止的脉冲当量，puleqt_r1为所述第一转动臂3自转动至停止的脉冲当量，puleqt_r2为所述第二转动臂4自转动至停止的脉冲当量。

则在x方向上，x轴移动距离：；

在y方向上，如图3所示，计算移动前r1与x轴的夹角α弧度，

由

计算得：；

如图4所示，计算移动后r1与x轴的夹角β弧度，

由

计算得；

计算各轴相对移动距离脉冲：

所述水平移动轴架2的水平移动距离：；

所述第一转动臂3移动距离：；

所述第二转动臂4移动距离：，

其中r_r1为所述第一转动臂3的长度，r_r2为所述第二转动臂4的长度。

本发明适用于工业自动化需要工作范围较大的搬取和装配功能机台领域。