机械手臂的控制方法和机械手臂与流程

1.本发明涉及机械手臂设计领域，具体而言，涉及一种机械手臂的控制方法和机械手臂。


背景技术：

2.机械手臂一般轨迹运动方式可归类为直线运动(l)、关节运动(j)以及圆弧运动(c)，直线运动原理为协调机械手臂使其从任一空间一点直线移动至另一点，关节运动原理为协调机械手臂使其从设定好的点移动至另一不同关节(直线冲突)的另一点，圆弧运动原理为协调机械手臂从设定好的点以圆弧方式移动至该圆任一弧点上，常规圆弧动作基本为圆弧。
3.机械手臂圆弧运动一般为2点式圆弧运动，如图1所示，运动方式为确定圆弧中心点p0，围绕p0点设定同一直径内圆弧上任意两点(例如p1、p2)作为圆弧运动点进行圆弧运动(2点以圆弧中心计算角度不超过180
°
)，单同心圆运动以双圆弧为最佳，最佳实例为设定圆弧运动指令(两点式)两条，首条圆弧指令定义点位为p1、p2点，第二条圆弧指令定义为p3、p4点(注：现有机械手臂圆弧运动指令相邻时，默认p2移动至p3点为圆弧运动)，现有机械手臂圆弧动作最优应用案例为多场景同心圆内应用。
4.机械手臂在进行圆弧运动时受目前两点圆弧程序制约，应用自动圆弧循环式运动编程冗余、耗时较差，且存在圆弧动作连续编程不连贯，无法实现任一直线自动圆弧动作，导致机械手臂无法进一步应对循环圆弧式固定动作，即机械手臂的移动连贯式循环圆弧运动基本无法实现，使得机械手臂在使用过程中存在应用缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种机械手臂的控制方法和机械手臂，以解决现有技术中的机械手臂不能实现圆弧连贯循环运动的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种机械手臂的控制方法，方法包括以下步骤：确定机械手臂的初始位置和目标位置；控制机械手臂从初始位置处，绕机械手臂的旋转中心转动预设行程后，控制机械手臂以另一个位置为新的旋转中心，然后再控制机械手臂继续转动预设行程；重复上述步骤，直至机械手臂转动至目标位置；其中，机械手臂在每次转动预设行程后形成的轨迹为圆弧。
7.进一步地，控制方法还包括以下步骤：机械手臂从初始位置处绕旋转中心转动时，初始位置与机械手臂的旋转中心之间的距离为第一旋转半径；机械手臂每转动预设行程后所处的位置与下一次转动时新的旋转中心之间的距离为第二旋转半径，第一旋转半径与第二旋转半径相同。
8.进一步地，机械手臂每次绕旋转中心转动的方向相同。
9.进一步地，控制方法还包括：以机械手臂第一次开始转动时的旋转中心为圆心o，圆心o与直角坐标系的纵轴和横轴的交点重合，以机械手臂的初始位置为起点，且初始位置
位于直角坐标系的第三象限，机械手臂沿逆时针方向转动预设行程后位于第四象限，位于第四象限中的机械手臂所处的位置为下一次转动时的初始位置。
10.进一步地，控制方法还包括：机械手臂从初始位置移动至目标位置的过程中，当机械手臂绕旋转中心转动的次数为多个时，多个绕旋转中心位于同一条直线上。
11.进一步地，相邻的旋转中心之间的距离相同。
12.进一步地，机械手臂位于初始位置时的坐标为(
‑
0.5r，
‑
0.866r)，机械手臂从初始位置转动预设行程后，机械手臂所处的位置坐标为(0.5r，
‑
0.866r)，其中，r为机械手臂的旋转半径。
13.进一步地，机械手臂每次转动的预设行程相同。
14.进一步地，机械手臂绕每个旋转中心转动的弧度均相同。
15.进一步地，机械手臂的每一个预设行程的轨迹包括多个圆弧段。
16.进一步地，机械手臂的相邻预设行程的轨迹相交。
17.根据本发明的另一方面，提供了一种机械手臂，机械手臂由上述的控制方法进行控制。
18.应用本发明的技术方案，机械手臂确定初始位置和目标位置之后，从初始位置绕旋转中心转动预设行程，再以另一个位置为新的旋转中心继续转动预设行程，重复这一步骤直至最终转动至目标位置，且机械手臂在每次转动预设行程后形成的轨迹为圆弧。通过这一设置，机械手臂可以实现自动圆弧循环运动，仅需要设置预设行程，确定初始位置和目标位置，机械手臂即可实现连贯式圆弧运动，克服了机械手臂循环圆弧运动存在不连贯的缺陷，在实际应用中，这一设置可使得机械手臂围绕工件或工具开展圆弧曲线运动，可应用至机械手臂打磨、焊接及其他特定应用场景。
附图说明
19.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
20.图1示出了现有技术中机械手臂围绕唯一圆形转动的轨迹的实施例的示意图；
21.图2示出了根据本发明的机械手臂圆弧运动轨迹的第一实施例的示意图；
22.图3示出了根据本发明的机械手臂圆弧运动轨迹的第二实施例的示意图；
23.图4示出了根据本发明的机械手臂圆弧运动轨迹的第三实施例的示意图；
24.图5示出了根据本发明的机械手臂圆弧运动轨迹的第四实施例的示意图；
25.图6示出了根据本发明的机械手臂圆弧运动轨迹的第五实施例的示意图。
具体实施方式
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
27.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
28.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
29.现在，将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
30.结合图2至图6所示，根据本发明的具体实施例，提供了一种机械手臂的控制方法。
31.控制方法包括以下步骤：确定机械手臂的初始位置和目标位置，控制机械手臂从初始位置处，绕机械手臂的旋转中心转动预设行程后，控制机械手臂以另一个位置为新的旋转中心，然后再控制机械手臂继续转动预设行程，重复上述步骤，直至机械手臂转动至目标位置，其中，机械手臂在每次转动预设行程后形成的轨迹为圆弧。
32.通过这一设置，机械手臂可以实现自动圆弧循环运动，仅需要设置预设行程，确定初始位置和目标位置，机械手臂即可实现连贯式圆弧运动，克服了机械手臂循环圆弧运动存在不连贯的缺陷，在实际应用中，这一设置可使得机械手臂围绕工件或工具开展圆弧曲线运动，可应用至机械手臂打磨、焊接及其他特定应用场景。进一步地，控制方法还包括以下步骤：机械手臂从初始位置处绕旋转中心转动时，初始位置与机械手臂的旋转中心之间的距离为第一旋转半径，机械手臂每转动预设行程后所处的位置与下一次转动时新的旋转中心之间的距离为第二旋转半径，第一旋转半径与第二旋转半径相同。通过设置第一旋转半径与第二旋转半径相同，这样设置能够保证机械手臂每次循环周期中机械手臂扫过的区域相同，保证了机械手臂的作业精度。
33.优选地，机械手臂每次绕旋转中心转动的方向相同，机械手臂每次绕旋转中心转动的方向相同，可使得机械手臂每次转动后所在位置处于同一方向，便于实现直线位移。
34.控制方法还包括：以机械手臂第一次开始转动时的旋转中心为圆心o，圆心o与直角坐标系的纵轴和横轴的交点重合，以机械手臂的初始位置为起点，且初始位置位于直角坐标系的第三象限，机械手臂沿逆时针方向转动预设行程后位于第四象限，位于第四象限中的机械手臂所处的位置为下一次转动时的初始位置。如图3所示，以坐标轴原点为圆心o并命名为p0点，p1点为机械手臂的初始位置，p1点位于第三象限，机械手臂以圆心o为旋转中心转动预设行程后位于p5点，在图3中，预设行程为圆弧p1～p5，p5点位于第四象限。以位于第四象限的p5点位于初始位置，机械手臂可进行下一次转动。
35.控制方法还包括：机械手臂从初始位置移动至目标位置的过程中，当机械手臂绕旋转中心转动的次数为多个时，多个绕旋转中心位于同一条直线上。令多个绕旋转中心位于同一条直线上，可使得机械手臂每次按照预设行程转动后的位置位于同一条直线上，实
现机械手臂直线式自动圆弧轨迹循环与机械手圆弧运动匹配。如图3所示，当机械手臂移动至p5并以p5为新的初始位置时，新的旋转中心为与p0共线的p4，机械手臂按照多个共线的旋转中心旋转预设行程后，每次旋转之后的位置在同一条直线带上，提高了机械手臂的作业精度，如图3所示，如果p3点的纵坐标为y1，则该直线带区域为直线y＝y1和y＝
‑
y1之间围成的区域之间。
36.进一步地，相邻的旋转中心之间的距离相同。相邻的旋转中心之间的距离相同可使得机械手臂每次旋转预设行程之后所处的位置之间距离相同。
37.具体地，可以令坐标轴原点为第一次转动的旋转中心，机械手臂位于初始位置时的坐标为(
‑
0.5r，
‑
0.866r)，机械手臂从初始位置转动预设行程后，机械手臂所处的位置坐标为(0.5r，
‑
0.866r)，其中，r为机械手臂的旋转半径。如图3所示，图中p0为坐标轴原点，p1为初始位置，p0的坐标为(
‑
0.5r，
‑
0.866r)，p5为机械手臂从初始位置转动预设行程后所处位置，p5的坐标为(0.5r，
‑
0.866r)。通过改变r的值(即圆的半径的值)，更改机械手臂转动的预设行程。
38.优选地，机械手臂每次转动的预设行程相同，使得机械手臂每次转动时移动的距离相同。
39.具体地，机械手臂绕每个旋转中心转动的弧度均相同，这样设置可使得机械手剥每次按照相同半径转动时，由于转动弧度相同而具有相同的移动距离。
40.机械手臂的每一个预设行程的轨迹包括多个圆弧段。如图3所示，预设行程p1～p5包含圆弧段p1～p2、p2～p3、p3～p4、p4～p5，圆弧段个数为可根据需要设置成对应个数的圆弧段。
41.机械手臂的相邻预设行程的轨迹相交。如图3所示，机械手臂第一次转动的预设行程与第二次转动的预设行程相交。
42.上述的机械手臂的控制方法通过定义机械手臂转动的旋转中心、初始位置、目标位置、预设行程、转动弧度等参数，可以使得机械手臂在经过一次圆弧转动之后进入下一次圆弧转动，令机械手臂的圆弧转动动作持续。采用上述方法，仅需定义关键参数如方向、半径、循环数量等，可以自动生成循环圆弧运动轨迹(如图4所示)，实现直线式自动圆弧轨迹循环与机械手臂圆弧运动匹配，有效补充机械手臂直线式自动圆弧循环运动板块不足，同时，提升机械手臂运行和工作效率，使机械手臂可以围绕工件或工具开展循环圆弧曲线运动，由于自定义的数据可调节度高，稳定性优良，适用于机械手臂各种需要圆弧持续往复作业场景，例如打磨、焊接及其他特定应用场景。
43.根据本发明的另一个实施例，提供了一种机械手臂，机械手臂由上述的控制方法进行控制。
44.采用上述实施例提供的机械手臂的控制方法，本发明提供了一种机械手臂基于x/y方向自动圆弧递增运动逻辑。
45.如图6所示，该圆弧递增运动逻辑为：设定起始圆弧中心点位为p0，依据中心点p0开展四段式圆弧运动，p1～p2为第一初始段，p2～p3为第二圆弧运动段，p3～p4为第三过渡段，p4～p5为第四圆弧执行段。该自动圆弧递增运动整体采用偏移式运动，以图6坐标轴为例，p1～p5点圆心为p0，p0为坐标轴0点，可选择地，令圆弧所在的圆的半径为1，圆上p1～p5的具体坐标位置如下：
46.p1位置：x＝
‑
0.5，y＝
‑
0.866，p1位置坐标由圆的半径乘以特定值
‑
0.5、
‑
0.866获得；
47.p2位置：x＝
‑
1，y＝0，p2位置坐标由圆的半径乘以特定值
‑
1、0获得；
48.p3位置：x＝0、y＝1，p3位置坐标由圆的半径乘以特定值0、1获得；
49.p4位置：x＝1，y＝0，p4位置坐标由圆的半径乘以特定值1、0获得；
50.p5位置：x＝0.5、y＝
‑
0.866，p5位置坐标由圆的半径乘以特定值0.5、
‑
0.866获得；
51.圆心(即机械手臂的旋转中心)以半径为单位进行平移，以计数器进行递增记录及参照，同理第2次循环的圆心为计数器当前值乘以半径，定位出第二个圆心后(为坐标轴x轴1点点位，y轴0点位置，同p4、p22点位置)参照第一个圆弧相同轨迹点的计算方式，第二个圆弧运动点位p11～p15坐标轴绝对位置为：
52.p11位置：x＝0.5，y＝
‑
0.866，p11位置坐标由p1位置坐标在x方向上增加半径值获得；
53.p12位置：x＝0，y＝0，p12位置坐标由p2位置坐标在x方向上增加半径值获得；
54.p13位置：x＝1、y＝1，p13位置坐标由p3位置坐标在x方向上增加半径值获得；
55.p14位置：x＝2，y＝0，p14位置坐标由p4位置坐标在x方向上增加半径值获得；
56.p15位置：x＝1.5、y＝
‑
0.866，p15位置坐标由p5位置坐标在x方向上增加半径值获得。
57.将第2次循环圆弧的圆心定义为0点(为坐标轴x方向1点点位，同p4、p22点位置)，则第2次循环圆弧在运动时p11～p15具有的相对位置为(依据第一个圆弧计算逻辑)：
58.p11位置：x＝
‑
0.5，y＝
‑
0.866；
59.p12位置：x＝
‑
1，y＝0；
60.p13位置：x＝0、y＝1；
61.p14位置：x＝1，y＝0；
62.p15位置：x＝0.5、y＝
‑
0.866。
63.参照上述的相对位置计算逻辑可实现机械手臂的持续自动递增推移，如图5和图6所示，可以设置机械手臂圆弧循环的次数，如图5所示循环次数为3，图6所示循环次数为4，使机械手臂导入计算逻辑后，通过机械手臂两点圆弧循环，实现x、
‑
x、y、
‑
y四个方向圆弧递增运动，该逻辑计算方式可靠，自定义能力强，计算逻辑通俗清晰，应用方便。
64.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
65.除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实
施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
66.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
67.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。