本发明涉及机器人控制技术领域，具体为一种机械臂关节控制方法。
背景技术：
机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。
随着工业自动化及机器人技术的飞速发展，关节型机械臂在生产线装配、喷涂、切割等多个工程技术领域发挥着不可替代的重要作用。机械臂在执行操作任务时，其末端处手爪的定位是通过多个机械臂关节的联合动作来实现的。从机器人运动学的观点进行分析，当机械臂关节的定位精度不高，尤其是当各机械臂关节之间的连杆为大跨度尺寸时，即使机械臂关节处非常小的定位误差，经过运动学求解后换算到连杆末端引起的位置误差也将是工程领域难以接受的，因此，若不对机械臂关节实行高精度的位置控制，机械臂整体执行高精度操作任务的能力将会受到很大限制。
技术实现要素：
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种机械臂关节控制方法，具备定位精度高等优点，解决了误差大的问题。
(二)技术方案
为实现上述定位精度高的目的，本发明提供如下技术方案：一种机械臂关节控制方法，其特征在于：具体控制方法如下：
s1.首先主程序启动，通过驱动模块带动机械臂转动，关节处的编码器将被测的角位移直接转换成数字脉冲信号，编码器产生数字脉冲信号后输入到控制器，并由控制器处理，以确定机械臂的关节转动角度，同时机械臂关节处安装有位移传感器，测量关节在空间中的线性位移量，并将测量到的位移信息传输到控制器，控制器根据角位移量和线位移量确定机械臂关节在空间中的实时位置信息，实时位置信息反馈到主程序中，并且与主程序中设定的位置信息进行匹配，而控制机械臂关节驱动模块的运转状态，以此对机械臂关节进行精确地控制，同时在机械臂工位上安装有三维定位模块，在机械臂关节和抓手处安装有定位标签，定位标签不间断发送信号给定位基站，定位基站根据信号确定定位标签的空间位置，即确定机械臂关节的空间位置，定位基站确定的机械臂关节空间位置信息传输到控制到控制器内；
s2.控制器将空间位置信息与编码器和位移传感器检测到的位置信息进行对比，若两个位置信息没有误差，或者在允许误差范围内，则说明机械臂定位准确，同时没有受到外力干扰，而使得定位准确，若两个位置信息相差在允许范围外，则说明机械臂定位产生偏移，或者受到外力作用，而造成位置偏移，控制器根据两个位置信息的误差，控制驱动模块运行，对机械臂关节的位置进行补偿偏移，使得机械臂能准确的沿着主程序预设的路线行动，而增加机械臂的运行精度。
所述机械臂关节处还安装有扭矩传感器，用以实时检测关节转动时的扭矩，当有外力作用在机械臂上，或者机械臂自身转动摩擦异常时，会妨碍到机械臂关节的转动，进而影响到机械臂的运行精度，扭矩传感器检测到额外增加的扭矩，并将该信息通过电信号传输给控制器，控制器根据该信号提高驱动模块的输出功率，以补偿外力造成的偏移，并且将异常输出功率在控制器中做记录，方便维护人员及时进行排查。
所述驱动模块采用步进电机，通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度。
所述步进电机和机械臂关节间安装有减速器，所述减速器选用谐波齿轮减速器。
所述控制器由dsp芯片和外围电路组成，所述外围电路包括电源电路、时钟电路和jtag接口电路，所述电源电路通过开关电源，接入稳定的5v电压作为dsp芯片的供电电压，所述时钟电路使用外部时钟输入，具备精度高、信号比较稳定的优点，所述jtag接口电路使用5个标准的ieee1149.1信号和两个ti扩展口。
所述三维定位模块包括多个定位基站，多个所述定位基站分布在机械臂的四周，并且多个所述定位基站需要在不同的三维坐标x、y、z内设置，特别是需要拉开z轴的高度差，以确保在z轴上的精确度，所述三维定位模块采用tdoa方式进行三维定位，所述定位标签发送信号到各个定位基站中，通过测量信号到达定位基站的时间，可以确定信号源的距离，通过比较信号到达各个定位基站的时间差，就能作出以定位基站为焦点，距离差为常数的双曲线，双曲线的交点就是标签信号的位置。
所述驱动模块还可以采用液压缸，所述液压缸直接作为机械臂体的一部分，使机械臂整体结构紧凑，刚性好。
所述扭矩传感器采用应变片扭矩传感器，将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测机械臂关节轴上，并组成应变桥。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种机械臂关节控制方法，具备以下有益效果：
该机械臂关节控制方法，机械臂记录自身的位置信息，同时机械臂外部设置有额外的三维定位装置，三维定位装置独立的检测机械臂各个关节处的位置信息，并通过控制器与机械臂记录的位置信息进行实时对比，当检测到两个位置信息不对应时，控制器控制驱动模块运行，对机械臂关节的位置进行补偿偏移，从而使得机械臂的运行和定位精度高。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种机械臂关节控制方法，具体控制方法如下：
s1.首先主程序启动，通过驱动模块带动机械臂转动，关节处的编码器将被测的角位移直接转换成数字脉冲信号，编码器产生数字脉冲信号后输入到控制器，并由控制器处理，以确定机械臂的关节转动角度，同时机械臂关节处安装有位移传感器，测量关节在空间中的线性位移量，并将测量到的位移信息传输到控制器，控制器根据角位移量和线位移量确定机械臂关节在空间中的实时位置信息，实时位置信息反馈到主程序中，并且与主程序中设定的位置信息进行匹配，而控制机械臂关节驱动模块的运转状态，以此对机械臂关节进行精确地控制，同时在机械臂工位上安装有三维定位模块，在机械臂关节和抓手处安装有定位标签，定位标签不间断发送信号给定位基站，定位基站根据信号确定定位标签的空间位置，即确定机械臂关节的空间位置，定位基站确定的机械臂关节空间位置信息传输到控制到控制器内；
s2.控制器将空间位置信息与编码器和位移传感器检测到的位置信息进行对比，若两个位置信息没有误差，或者在允许误差范围内，则说明机械臂定位准确，同时没有受到外力干扰，而使得定位准确，若两个位置信息相差在允许范围外，则说明机械臂定位产生偏移，或者受到外力作用，而造成位置偏移，控制器根据两个位置信息的误差，控制驱动模块运行，对机械臂关节的位置进行补偿偏移，使得机械臂能准确的沿着主程序预设的路线行动，而增加机械臂的运行精度。
机械臂关节处还安装有扭矩传感器，矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测，扭矩传感器将机械臂关节处扭力的物理变化转换成精确的电信号，电信号传输到控制器内，用以实时检测关节转动时的扭矩，当有外力作用在机械臂上，或者机械臂自身转动摩擦异常时，会妨碍到机械臂关节的转动，进而影响到机械臂的运行精度，扭矩传感器检测到额外增加的扭矩，并将该信息通过电信号传输给控制器，控制器根据该信号提高驱动模块的输出功率，以补偿外力造成的偏移，并且将异常输出功率在控制器中做记录，方便维护人员及时进行排查。
驱动模块采用步进电机，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到控制器发出的脉冲信号时，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的，这种驱动方式效率高，并且电源方便。
在步进电机和机械臂关节间安装减速器做扭矩适配，降低输出轴的速度，增大输出扭矩，减速器选用谐波齿轮减速器，减速比大，传动精度高，体积小巧，输入轴与输出轴轴线重合，可很方便地与步进电机组合安装成为机械臂关节的一部分，同时便于机械臂的模块化设计。
控制器以dsp芯片和外围电路组成，外围电路包括电源电路、时钟电路和jtag接口电路，电源电路通过开关电源，接入稳定的5v电压作为dsp芯片的供电电压，时钟电路使用外部时钟输入，使用外部时钟时，时钟的精度高、信号比较稳定，jtag接口电路使用5个标准的ieee1149.1信号和两个ti扩展口，为仿真器与微机的接口电路，便于系统进行在线调试。
三维定位模块包括多个定位基站，多个定位基站分布在机械臂的四周，并且多个定位基站需要在不同的三维坐标x、y、z内设置，特别是需要拉开z轴的高度差，以确保在z轴上的精确度，三维定位模块采用tdoa方式进行三维定位，定位标签发送信号到各个定位基站中，通过测量信号到达定位基站的时间，可以确定信号源的距离，通过比较信号到达各个定位基站的时间差，就能作出以定位基站为焦点，距离差为常数的双曲线，双曲线的交点就是标签信号的位置。
扭矩传感器采用应变片电测技术，将专用的测扭应变片用应变胶粘贴在被测机械臂关节轴上，并组成应变桥，若向应变桥提供工作电源即可测试该机械臂关节轴受扭的电信号，将电信号放大后，经过压频转换，变成与扭应变成正比的频率信号，并传输到控制器中。
实施例二
一种机械臂关节控制方法，具体控制方法如下：
s1.首先主程序启动，通过驱动模块带动机械臂转动，关节处的编码器将被测的角位移直接转换成数字脉冲信号，编码器产生数字脉冲信号后输入到控制器，并由控制器处理，以确定机械臂的关节转动角度，同时机械臂关节处安装有位移传感器，测量关节在空间中的线性位移量，并将测量到的位移信息传输到控制器，控制器根据角位移量和线位移量确定机械臂关节在空间中的实时位置信息，实时位置信息反馈到主程序中，并且与主程序中设定的位置信息进行匹配，而控制机械臂关节驱动模块的运转状态，以此对机械臂关节进行精确地控制，同时在机械臂工位上安装有三维定位模块，在机械臂关节和抓手处安装有定位标签，定位标签不间断发送信号给定位基站，定位基站根据信号确定定位标签的空间位置，即确定机械臂关节的空间位置，定位基站确定的机械臂关节空间位置信息传输到控制到控制器内；
s2.控制器将空间位置信息与编码器和位移传感器检测到的位置信息进行对比，若两个位置信息没有误差，或者在允许误差范围内，则说明机械臂定位准确，同时没有受到外力干扰，而使得定位准确，若两个位置信息相差在允许范围外，则说明机械臂定位产生偏移，或者受到外力作用，而造成位置偏移，控制器根据两个位置信息的误差，控制驱动模块运行，对机械臂关节的位置进行补偿偏移，使得机械臂能准确的沿着主程序预设的路线行动，而增加机械臂的运行精度。
驱动模块采用液压缸，液压缸可直接作为机械臂体的一部分，因而结构紧凑，刚性好，同时由于液压油液的不可压缩性，系统的固有频率较高，快速响应好，可实现频繁平稳的变速和换向，液压驱动易于实现过载保护，动作平稳、耐冲击、耐振动、防爆性好，并且功率密度大。
控制器由dsp芯片和外围电路组成，外围电路包括电源电路、时钟电路和jtag接口电路，电源电路通过开关电源，接入稳定的5v电压作为dsp芯片的供电电压，时钟电路使用外部时钟输入，使用外部时钟时，时钟的精度高、信号比较稳定，jtag接口电路使用5个标准的ieee1149.1信号和两个ti扩展口，为仿真器与微机的接口电路，便于系统进行在线调试。
三维定位模块包括多个定位基站，多个定位基站分布在机械臂的四周，并且多个定位基站需要在不同的三维坐标x、y、z内设置，特别是需要拉开z轴的高度差，以确保在z轴上的精确度，三维定位模块采用tdoa方式进行三维定位，定位标签发送信号到各个定位基站中，通过测量信号到达定位基站的时间，可以确定信号源的距离，通过比较信号到达各个定位基站的时间差，就能作出以定位基站为焦点，距离差为常数的双曲线，双曲线的交点就是标签信号的位置。
综上所述，该机械臂关节控制方法,机械臂记录自身的位置信息，同时机械臂外部设置有额外的三维定位装置，三维定位装置独立的检测机械臂各个关节处的位置信息，并通过控制器与机械臂记录的位置信息进行实时对比，当检测到两个位置信息不对应时，控制器控制驱动模块运行，对机械臂关节的位置进行补偿偏移，从而使得机械臂的运行和定位精度高。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。