一种传动设备的机械手结构定位精度评估方法与流程

1.本发明涉及机械手技术领域，且更确切地涉及一种传动设备的机械手结构定位精度评估方法。


背景技术：

2.目前，传动设备就是传递动能，即传送力、速度等的设备。有机械传动、液压传动、气压传动、电传动设备等。传动设备在应用过程中，通常采用机器手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。
3.机械手在运行过程中，其定位能力直接决定了能否精准抓取操作物体，现有技术机械手定位能力较差，精度不高，如何实现传动设备的机械手结构定位精度评估是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.针对上述技术的不足，本发明公开一种传动设备的机械手结构定位精度评估方法，定位精度高，评估能力强。
5.为了实现上述技术效果，本发明采用以下技术方案：一种传动设备的机械手结构定位精度评估方法，其中包括以下步骤：（s1）设置控制系统，通过控制系统调度和控制机械手抓取动作；在本步骤中，控制系统包括运维主控中心和与所述运维主控中心连接的外接存储模块、定位单元、5g 通信模块、远程监控主站、带电检测单元和通讯接口，其中所述运维主控中心通过定位单元与远程监控主站连接，所述运维主控中心还通过5g 通信模块与通讯接口和远程监控主站连接，传动设备机械手加工床通过通讯接口与带电检测单元连接，所述带电检测单元包括数据库、电功率检测表、噪声检测仪和红外成像测温仪；（s2）通过柔性机械手臂对抓取物品进行数据信息定位；在本步骤中，柔性机械手臂为柔性机械手；（s3）通过定位单元对抓取物品进行定位评估；作为本发明进一步的技术方案，在（s2）中，柔性机械手臂包括单连杆柔性机械手臂、转子、应变计、三角支架、关节角度定位传感器、直流电机、手臂尖端角度定位传感器和锡铜丝电线，其中所述柔性机械手臂上设置支撑架转子，支撑架转子设置应变计，所述应变计下方设置三角支架，所述三角支架上设置关节角度定位传感器，所述三角支架下设置直流电机，所述柔性机械手臂设置手臂尖端角度定位传感器，直流电机和手臂尖端角度定位传感器通过锡铜丝电线连接。
6.作为本发明进一步的技术方案，定位单元通过积分谐振控制对柔性机械手臂结构进行评估计算。
7.作为本发明进一步的技术方案，定位单元包括cc2530f256控制芯片和与所述
cc2530f256控制芯片连接的开关模块、传感器和关节运动评估模块。
8.作为本发明进一步的技术方案，开关模块为gsv-1型继电器模块实现不同机器人关节的控制切换。
9.作为本发明进一步的技术方案，关节运动评估模块通过积分谐振控制传递逻辑模型，实现柔性机械臂的柔性控制，积分谐振控制传递逻辑模型包括柔性机械手结构输入信号r、正比例运算放大器df、链路动力学模型g2（s）、传递函数s和反馈信号函数y，其中所述柔性机械手结构输入信号r的输出端分别与链路动力学模型g2（s）、传递函数s的输入端连接，链路动力学模型g2（s）和传递函数s的输出端与反馈信号函数y的输入端连接，反馈信号函数y的输出端与正比例运算放大器的输入端连接并通过正比例运算放大器的输出端与柔性机械手结构输入信号r的输出端连接。
10.作为本发明进一步的技术方案，在（s3）中，定位诊断方法为：通过机器人运动学方程来控制机器人节点速度，从而实现纵向控制和圆周方向旋转，公式（1）遵循简化形式的标准正向运动学方程：（3）公式（3）中，反映机械手纵向移动的速度，是圆周速度，表示机器手关节转速，表示x或y平面上机器手关节的角速度，表示机器手关节半径，、分别表示机器手关节不同间距和机械手本身长度。
11.本发明积极有益效果在于:本发明定位精度高，评估能力强。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：图1为本发明运维控制中心原理示意图；图2为本发明柔性机械手臂结构示意图；图3为本发明柔性机械手臂结构示意图；图4为本发明积分谐振控制传递逻辑函数示意图；图5为本发明积分谐振控制传递逻辑函数另一种实施例示意图。
具体实施方式
13.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例
仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
14.如图1所示，一种传动设备的机械手结构定位精度评估方法，包括以下步骤：（s1）设置控制系统，通过控制系统调度和控制机械手抓取动作；在本步骤中，控制系统包括运维主控中心和与所述运维主控中心连接的外接存储模块、定位单元、5g 通信模块、远程监控主站、带电检测单元和通讯接口，其中所述运维主控中心通过定位单元与远程监控主站连接，所述运维主控中心还通过5g 通信模块与通讯接口和远程监控主站连接，传动设备机械手加工床通过通讯接口与带电检测单元连接，所述带电检测单元包括数据库、电功率检测表、噪声检测仪和红外成像测温仪；在具体实施例中，通过运维主控中心对传动设备机械手加工床进行，外接存储历史数据与于机床现场产生的数据一部分通过通讯接口以5g通信协议传输到远程监控主站，通过远程监控主站调配完成传动设备的控制。
15.（s2）通过柔性机械手臂对抓取物品进行数据信息定位；在本步骤中，柔性机械手臂为柔性机械手；在具体实施例中，传动设备柔性机械手臂结构定位通过定位单元多种传感器实现，主要包括：应变计、关节角度定位传感器、手臂尖端角度定位传感器；传感器位于柔性机械手臂结构不同部位，然后经过远程监控主站完成设备故障的维修，运维主控中心产生的数据进行存储，一部分数据经过虚拟实现技术平台对传动设备柔性机械手臂进行虚拟仿真，虚拟仿真得到变电设备的整体运行状态，平台数据通过通讯接口完成数据通讯。
16.（s3）通过定位单元对抓取物品进行定位评估；在本步骤中，定位单元通过积分谐振控制对柔性机械手臂结构进行评估计算，在具体实施例中，定位单元可抑制柔性机械手臂振动，并使系统对未建模动态（溢出）和有效载荷变化引起的共振频率变化具有鲁棒性，提高定位的精度评估。
17.在具体实施例中，通过带电检测单元完成传动设备的数据检测，其中包括了噪声检测仪、红外成像测温仪和电场功率检测表与数据库，带电检测单元主要检测现场噪声状况、通过红外成像测温仪检测场内温度是否达标、通过电场功率检测表检测各类设备功率大小。最后主控中心得到的数据保存到内置数据库和外接存储设备中，虚拟数据存储到数据库中。
18.如图2所示，在（s2）中，柔性机械手臂包括单连杆柔性机械手臂1、转子2、应变计3、三角支架4、关节角度定位传感器5、直流电机6、手臂尖端角度定位传感器7和锡铜丝电线8，其中所述单连杆柔性机械手臂1上设置支撑架转子2，支撑架转子2设置应变计3，所述应变计3下方设置三角支架4，所述三角支架4上设置关节角度定位传感器5，所述三角支架4下设置直流电机6，所述单连杆柔性机械手臂1设置手臂尖端角度定位传感器7，直流电机6和手臂尖端角度定位传感器7通过锡铜丝电线8连接。
19.在具体实施例中，柔性单连杆机械手臂1由一根细长的铝梁组成，铝梁具有矩形横截面，高压力作用下结构不会损坏，具有易延展性；连接到支撑架转子2上，使柔性单连杆机械手臂1在水平面上旋转，因此可以忽略柔性单连杆机械手臂惯性的质量参数影响；放置在转子2底部的应变计3用于测量耦合扭矩应变信号，应变计3由动态应变放大器（kyowa dpm600型号）放大，并由二阶巴特沃斯滤波器滤波，应变计3的截止频率设置为300 hz；三角支架4位于应变计底部起到支撑作用，安装在三角支架4接头处的关节角度定位传感器5，用
于测量关节角度；传感器5由直流电机6（maxon电机ec60型号）控制，直流电机6带有1:50的谐波传动减速齿轮（hfuc-32-50-20h型号），直流电机6还控制柔性机械手臂尖端传感器7，直流电机6与柔性机械手臂尖端传感器7通过锡铜丝电线8连接，锡铜丝电线8具有耐高温性能；直流电机6可以与其他服务器连接，在后台服务器机上输入定位角度数据，结合matlab的实时仿真，输出仿真结果并使用双通道agilent-35670a频谱分析仪确定电机频率响应函数，进行实时评估柔性单连杆机械手臂定位精度。
20.在（s3）中，定位单元包括cc2530f256控制芯片和与所述cc2530f256控制芯片连接的开关模块、传感器和关节运动评估模块。
21.如图3所示，开关模块为gsv-1型继电器模块实现不同机器人关节的控制切换。
22.在具体实施例中，gsv-1型继电器模块中，k1表示继电器开关，p1表示电磁阀。d1为电路中的续流二极管，l1表示发光二极管，l2表示为二极管。在应用过程中，采用74ahcig00芯片作为控制系统的主控芯片，该芯片通过连接到16引脚的 i/o端口，能够起到控制单元中断的作用。当控制系统接收到控制命令时， k1为连接状态，当控制指令到达转子2的引脚时，控制芯片可以将4销插孔进行自动化拔出，继而将二极管导通。当作为开关使用的晶体管被导通后，电磁线圈能够被连接通电，继而输出磁力，通过控制转子2进而实现k2的通路或者断路。
23.在（s3）中，如图4和图5所示，关节运动评估模块通过积分谐振控制传递逻辑模型，实现柔性机械臂的柔性控制，积分谐振控制传递逻辑模型包括柔性机械手结构输入信号r、正比例运算放大器df、链路动力学模型g2（s）、传递函数s和反馈信号函数y，γc表示耦合扭矩，其中所述柔性机械手结构输入信号r的输出端分别与链路动力学模型g2（s）、传递函数s的输入端连接，链路动力学模型g2（s）和传递函数s的输出端与反馈信号函数y的输入端连接，反馈信号函数y的输出端与正比例运算放大器的输入端连接并通过正比例运算放大器的输出端与柔性机械手结构输入信号r的输出端连接。
24.在具体实施例中，设置机械臂角度θm，尖端角度θ
t
，假设g1（s）和g2（s）分别表示为传递函数，γc表示耦合扭矩，外部控制回路通过使用g2（s）的积分谐振控制方法为链路动力学提供阻尼，积分谐振控制是一种易于调谐的低阶控制器，可为柔性结构的多个共振模式提供大量阻尼，不会因未建模的系统动力学而出现不稳定问题。其中r表示柔性机械手结构输入信号，df表示运算放大器，下标f表示数据信号函数，y表示反馈信号。
25.θ
t
（s）的直流增益等于零，这可以通过计算θm（s）和闭环传递函数r（s）之间的比例来证明，即：（1）在（s3）中，积分谐振控制传递逻辑模型包括柔性机械手结构输入信号r、链路动力学模型和反比例运算放大器，其中所述柔性机械手结构输入信号r的信号输出端与链路动力学模型的 输入端连接，链路动力学模型的 输出端通过反比
例运算放大器反馈到柔性机械手结构输入信号r输出端，其中s表示传递函数。
26.之后，θm（s）和r（s）之间的公式变化如下：（2）公式（2）分母与公式（1）相同，但由于逻辑关系变化g2（0）=0，所以等式（2）的直流增益等于1，第一个问题得以解决。
27.在（s3）中，定位诊断方法为通过机器人运动学方程来控制机器人节点速度，从而实现纵向控制和圆周方向旋转，公式（3）遵循简化形式的标准正向运动学方程：（3）公式（3）中，反映机械手纵向移动的速度，是圆周速度，表示机器手关节转速，表示x或y平面上机器手关节的角速度，表示机器手关节半径，、分别表示机器手关节不同间距和机械手本身长度。假设一个机器人由任意多的连杆和关节以任意形式构成。通过将这些关节和连杆并不一定与任何实际机器人的关节或连杆相似，能很容易地表示实际机器人的任何关节。这些关节可能是旋转的、滑动的、或两者都有。尽管在实际情况下，机器人的关节通常只有一个自由度。
28.所有关节，无一例外的用z轴表示。如果关节是旋转的，z轴位于按右手规则旋转的方向。如果关节是滑动的，z轴为沿直线运动的方向。在每一种情况下，关节n处的z轴（以及该关节的本地参考坐标系）的下表为n-1。例如，表示关节数n+1的z轴。这些简单规则可使我们很快地定义出所有关节的z轴。对于旋转关节，绕z轴的旋转角度是关节变量。对于滑动关节，沿z轴的连杆长度d是关节变量。
29.通过关节灵活度计算，可以实现一系列相邻坐标系之间的变换。从参考坐标系开始，我们可以将其转换到机器人的基座，然后到第一个关节，第二个关节
……
，直至末端执行器。这里比较好的一点是，在任何两个坐标系之间的变换均可采用上述公式进行评估与计算。如果四个运动的四个矩阵就可以得到变换矩阵a，矩阵a表示了四个依次的运动。由于所有的变换都是相对于当前坐标系的运行状况。
30.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而
按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。