一种多机械手协同控制方法及系统与流程

1.本发明涉及机械手控制技术领域，特别涉及一种多机械手协同控制方法及系统。


背景技术：

2.机械手属于生物仿生学的范畴，机械手能够模仿人的手和臂的某些动作，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；为了实现机械手更加准确的操作，通过编程对预期的工作进行设定，在构造和性能上不仅能够实现人的手和臂的功能，也能实现机器人可靠、稳定且连续工作时间长的优点，广泛应用于机械制造、冶金、电子或轻工等领域。在实际的生产中，某些大型的工件重量大，单侧的机械手托举比较费力，而且安全性较差，同时也很容易对机械手造成损害，一些大型工件，由于重量大等原因，单侧机械手在托举时，无法进行有力托举，也对机械手有伤害。例如：编织机在作业时，需要对待绕线编制工件进行托举。
3.现有技术一，cn201910343077.1一种环向异形高性能纤维编织机，编织机包括：机架、机头总成、机械手总成和控制器；机头总成和机械手总成安装在机架上，在机架的一侧有控制器，控制器控制机头总成和机械手总成运行。优点：由于锭子在内环面走凹“8”字导轨，锭子放出的纤维线无折损、拉毛现象，能实现往复编织。由于本发明产品芯模运动采用机械手控制，所以解决了常规机器对直线、曲线、变径等产品无法实现的功能。由于出现套采用了震动模式，所以减少了原材料在编织中磨损。节省了原材料。应用于交通运输、航空航天行业，填补了同行业一项空白。
4.现有技术二，cn201310576225.7双面自动内衣机上下盘编织机构及气动间色机械手装置，包括针盘座、切盘底座、大盘齿轮、选针器、下节针筒、鞍座底圈、上节针筒、机械手本体、出纱机构气动回路模块、切纱机构气动回路模块，针盘座上连接有针盘；切盘底座上连接有切盘；切盘上连接有气缸选针装置；下节针筒连接于大盘齿轮上；选针器连接于大盘齿轮上；上节针筒连接于下节针筒上；鞍座底圈上连接有复位三角；鞍座底圈上连接有自动走针三角机构；机械手本体上设有进气口；出纱机构气动回路模块连接于机械手本体的上端；切纱机构气动回路管路与切纱机构管路和进气口相连通。本发明具有结构简单、操作方便、实用的特点。
5.现有技术三，cn201510797820.2一种带机械手的经编机，包括编织机构、梳栉横移机构、送经机构、牵拉卷取机构，牵拉卷取机构包括电机以及卷布轴，电机通过带传动或者链传动机构与卷布轴连接，经编机还包括自动抓取装置，自动抓取装置包括有龙门架、底座滑轨、横梁、机械爪；经编机还包括一润滑油循环装置，润滑油循环装置包括一油泵，油泵包括一进油管道、一出油管道、一泵体、一叶轮和一泵轴；该经编机能迅速冷却润滑油的温度。
6.目前现有技术一、现有技术二级现有技术三存在绕线编制工件的托举采用单侧的机械手，托举效果不稳定，容易导致绕线编制工件移动精度低，也容易对机械手造成损害，长期使用机械手精度降低，因而，本发明采用在编织机的两侧均设置有机械手，实现两侧机械手的配合托举，实现绕线编制工件的稳定且可靠的移动，同时保护了机械手。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多机械手协同控制方法，包括以下步骤：
8.控制器发出同步指令，伺服驱动器根据同步指令，发送包含伺服电机初始位置及脉冲位置差的执行指令；
9.控制器采集每个机械手的当前运行轨迹参数，并与预定运行轨迹参数相对比，获得误差值；
10.判断误差值与控制器预设的阈值大小，控制器发出机械手运行指令。
11.可选的，安装在机械手上的伺服电机接收执行指令进行同步启动；
12.伺服电机同步启动之后，控制器采集每个机械手的当前运行轨迹参数。
13.可选的，进一步包括：
14.伺服驱动器根据同步指令发送位置扫描指令至伺服电机，根据位置扫描指令的反馈得到与伺服驱动器对应的伺服电机的响应时间以及当前位置；
15.根据位置扫描指令反馈的响应时间及伺服电机的当前位置，取反馈的响应时间最短的当前位置作为伺服电机同步的初始位置；计算除响应时间最短时间之外的响应时间与最短响应时间的差值，并确定对应的脉冲位置差，将初始位置及脉冲位置差发送给对应的伺服驱动器；
16.计算脉冲位置差与预设位置差的差值，差值的绝对值作为伺服电机角速度给定值，将伺服电机的实际角速度和角速度给定值的差值作为滑膜控制器的输入值，得到滑膜控制器的输出值用于控制伺服电机的转速，以实现所有伺服电机的同步运动。
17.可选的，伺服驱动器通过测定电解电容的工作温度，当检测到电解电容工作温度超过预设阀值时，控制电气开关的开合，连接电容，电容作为电解电容的备用电容，实现了伺服驱动器的连续工作。
18.可选的，机械手的预定运行轨迹参数包括：通过测试得到的机械手与待绕线编制工件接触的机械手运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度；当前运行轨迹参数包括：机械手运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。
19.可选的，当前运行轨迹参数的获取方式包括：
20.通过红外摄像机拍摄机械手运动的图像，提取各个图像的质心像素坐标，由相邻质心像素坐标的变化，得到运动点的位移，编织机的控制器对各个位移的点进行标记得到多个机械手轨迹点，按照时间的先后顺序将机械手轨迹点连接，最终形成机械手的移动轨迹；
21.运动点的速度由速度传感器获得，速度传感器安装在机械手执行器的末端；运动点的加速度由加速度传感器获得，加速度传感器安装在机械手执行器的末端。
22.可选的，运行指令包括当前运行轨迹参数和预定运行轨迹参数；若误差值不大于控制器预设的阈值，则机械手按照当前运行轨迹参数运行，若误差值大于预设的阈值，则机械手按照预定运行轨迹参数运行。
23.本发明提供的一种多机械手协同控制系统，包括：控制器、伺服电机、伺服驱动器、机械手、红外摄像机、速度传感器和加速度传感器；
24.控制器通过数据线与伺服驱动器连接，伺服驱动器与伺服电机连接，机械手上安
装由伺服电机、红外摄像机、速度传感器和加速度传感器，红外摄像机、速度传感器和加速度传感器均通过数据线与控制器连接。
25.可选的，伺服驱动器安装有电容控制模块，电容控制模块包括第一电容、第二电容及第三电容，电容控制模块连接有测量伺服驱动器内部电解电容温度的温度传感器，当电解电容的温度超过阈值时，电容控制模块执行动作，控制电气开关的开合，切换到第一电容代替电解电容，当第一电容的温度超过阈值时，电容控制模块执行动作，控制电气开关的开合，切换到第二电容代替第一电容，当第二电容的温度超过阈值时，电容控制模块执行动作，控制电气开关的开合，切换到第三电容代替第二电容，当第三电容超过的温度超过阈值时，电容控制模块执行动作，控制电气开关的开合，切换到第电解电容。
26.可选的，电解电容、第一电容、第二电容和第三电容的一侧安装有风扇，风扇与温度传感器连接，风扇上集成有pid控制器，pid控制器根据温度传感器的温度值控制风扇的转速，实现对正在工作的电解电容、第一电容、第二电容或第三电容的散热。
27.本发明在编织机的两侧设置有多个机械手，可以根据具体的情况进行设置，可以是两组、三组或多组，对待绕线编制工件进行托举，解决了现有技术采用一个机械手的弊端，提高了待绕线编制工件的托举稳定性；为了实现各个机械手的同步控制，通过伺服电机及机械手运行轨迹均同步的方式实现，首先通过伺服电机同步，伺服电机对机械手的动作很关键，伺服电机同步就为机械手的同步奠定了重要的基础，编织机的控制器发出多个机械手的伺服电机的同步指令，伺服驱动器根据同步指令，发送具有辅地址以及指定启动位置信息的执行指令，控制伺服电机在调整后的启动位置上进行同步启动，各个伺服电机的启动位置同步，当控制器发出指令时，各个伺服电机同步动作，确保了各个机械手初始的动作一致；机械手运行轨迹同步通过误差值与预设值的对比进行，确保了机械手在运行过程中的步调一致，保证了待绕线编制工件的运行精度，保障了绕线编制的准确率，也保证了产品的品质；本发明通过两种方式实现多机械手的协同控制，大幅度的提升了机械手的控制精度，不仅提高了待绕线编制工件的托举稳定性，而且提高了编织机的编织效率，实现对待绕线编制工件的协同托举控制，避免对机械手产生伤害。
28.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
29.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
30.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
31.图1为本发明实施例中多机械手协同控制方法流程图；
32.图2为本发明实施例中伺服电机同步控制的示意图；
33.图3为本发明实施例中多机械手协同控制系统框图。
具体实施方式
34.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实
施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
35.在本技术实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术实施例。在本技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
36.下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
37.实施例1
38.如图1所示，本发明实施例提供了一种多机械手协同控制方法，包括以下步骤：
39.s100：控制器发出同步指令，伺服驱动器根据同步指令，发送包含伺服电机初始位置及脉冲位置差的执行指令，安装在机械手上的伺服电机接收执行指令进行同步启动；
40.s200：伺服电机同步启动之后，控制器采集每个机械手的当前运行轨迹参数，并与预定运行轨迹参数相对比，获得误差值；
41.s300：若误差值不大于控制器预设的阈值，则机械手按照当前运行轨迹参数运行，若误差值大于预设的阈值，则机械手按照预定运行轨迹参数运行。
42.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明在编织机的两侧设置有多个机械手，可以根据具体的情况进行设置，可以是两组、三组或多组，对待绕线编制工件进行托举，解决了现有技术采用一个机械手的弊端，提高了待绕线编制工件的托举稳定性；为了实现各个机械手的同步控制，通过伺服电机及机械手运行轨迹均同步的方式实现，首先通过伺服电机同步，伺服电机对机械手的动作很关键，伺服电机同步就为机械手的同步奠定了重要的基础，编织机的控制器发出多个机械手的伺服电机的同步指令，伺服驱动器根据同步指令，发送具有辅地址以及指定启动位置信息的执行指令，控制伺服电机在调整后的启动位置上进行同步启动，各个伺服电机的启动位置同步，当控制器发出指令时，各个伺服电机同步动作，确保了各个机械手初始的动作一致；机械手运行轨迹同步通过误差值与预设值的对比进行，判断误差值与控制器预设的阈值大小，控制器发出机械手运行指令，运行指令包括当前运行轨迹参数和预定运行轨迹参数，确保了机械手在运行过程中的步调一致，保证了待绕线编制工件的运行精度，保障了绕线编制的准确率，也保证了产品的品质；本发明通过两种方式实现多机械手的协同控制，大幅度的提升了机械手的控制精度，不仅提高了待绕线编制工件的托举稳定性，而且提高了编织机的编织效率，实现对待绕线编制工件的协同托举控制，避免对机械手产生伤害。
43.实施例2
44.如图2所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的步骤s100包括：
45.s101：伺服驱动器根据同步指令发送位置扫描指令至伺服电机，根据位置扫描指令的反馈得到与伺服驱动器对应的伺服电机的响应时间以及当前位置；
46.s102：根据位置扫描指令反馈的响应时间及伺服电机的当前位置，取反馈的响应时间最短的当前位置作为伺服电机同步的初始位置；计算除响应时间最短时间之外的响应
时间与最短响应时间的差值，并确定对应的脉冲位置差，将初始位置及脉冲位置差发送给对应的伺服驱动器；
47.s103：计算脉冲位置差与预设位置差的差值，差值的绝对值作为伺服电机角速度给定值，将伺服电机的实际角速度和角速度给定值的差值作为滑膜控制器的输入值，得到滑膜控制器的输出值用于控制伺服电机的转速，以实现所有伺服电机的同步运动。
48.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明根据每一伺服驱动器响应时间与最短响应时间之间的差值，为每一伺服驱动器确定其对应的脉冲位置差，并将初始位置以及脉冲位置差发送给相应的伺服驱动器；根据脉冲位置差和预设位置差值的绝对值计算得到伺服电机角速度给定值；获取从伺服电机的实际角速度，将实际角速度和角速度给定值的差值作为滑膜控制器的输入值，得到滑膜控制器的输出值用于控制伺服电机的转速，以实现所有伺服电机的同步运动，通过上述方案使得各个机械手的伺服电机的转速相同，确保了伺服电机运动时的步调一致，实现了运动的同步，为后面机械手的协同控制奠定了硬件基础，保证了机械手的运行精度。
49.实施例3
50.在实施例1的基础上，本发明实施例提供的伺服驱动器通过测定电解电容的工作温度，当检测到电解电容工作温度超过预设阀值时，控制电气开关的开合，连接电容，电容作为电解电容的备用电容，实现了伺服驱动器的连续工作。
51.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明设置了备用电容，当伺服驱动器的电解电容出现故障时，启用备用电容，通过温度传感器检测电解电容的温度，保证伺服驱动器的正常工作，同时保证了机械手的正常运行，从而使得待绕线编制工件能够正常移动，保证了编织机的产品的品质。
52.实施例4
53.在实施例1的基础上，本发明实施例提供的机械手的预定运行轨迹参数包括：通过测试得到的机械手与待绕线编制工件接触的机械手运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度；当前运行轨迹参数包括：机械手运动过程中的运动轨迹，即运动点的位移、速度和加速度。上述当前运行轨迹参数的获取方式包括：
54.通过红外摄像机拍摄机械手运动的图像，提取各个图像的质心像素坐标，由相邻质心像素坐标的变化，得到运动点的位移，编织机的控制器对各个位移的点进行标记得到多个机械手轨迹点，按照时间的先后顺序将机械手轨迹点连接，最终形成机械手的移动轨迹。
55.运动点的速度由速度传感器获得，速度传感器安装在机械手执行器的末端；运动点的加速度由加速度传感器获得，加速度传感器安装在机械手执行器的末端。
56.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明通过记录运动点的位移、速度和加速度能够及时且有效的获取机械手的运动轨迹，为后面的运动轨迹与预设的运动轨迹进行对比，奠定了基础，也保证了机械手能够按照预设的运动轨迹执行指令，确保了编织机能够安全且有效的工作。
57.实施例5
58.如图3所示，在实施例1的基础上，本发明实施例提供的一种多机械手协同控制系统，包括：控制器、伺服电机、伺服驱动器、机械手、红外摄像机、速度传感器和加速度传感
器。
59.控制器通过数据线与伺服驱动器连接，伺服驱动器与伺服电机连接，机械手上安装由伺服电机、红外摄像机、速度传感器和加速度传感器，红外摄像机、速度传感器和加速度传感器均通过数据线与控制器连接。
60.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明通过控制器发出多个机械手的伺服电机的同步指令，伺服驱动器根据同步指令，发送具有辅地址以及指定启动位置信息的执行指令，控制伺服电机在调整后的启动位置上进行同步启动；通过红外摄像机、速度传感器和加速度传感器获取多个机械手的当前运行轨迹参数和预定运行轨迹参数，并根据当前运行轨迹参数和预定运行轨迹参数获得误差值；控制器进行判断，误差值不大于预设阈值，则多个按照当前运行轨迹参数运行，误差值大于预设阈值，则多个按照预定运行轨迹参数运行。本发明通过两种方式实现多机械手的协同控制，大幅度的提升了机械手的控制精度，不仅提高了待绕线编制工件的托举稳定性，而且提高了编织机的编织效率，实现对待绕线编制工件的协同托举控制，避免对机械手产生伤害。
61.实施例6
62.在实施例5的基础上，本发明实施例提供的伺服驱动器安装有电容控制模块，电容控制模块包括第一电容、第二电容及第三电容，电容控制模块连接有测量伺服驱动器内部电解电容温度的温度传感器，当电解电容的温度超过阈值时，电容控制模块执行动作，控制电气开关的开合，切换到第一电容代替电解电容，当第一电容的温度超过阈值时，电容控制模块执行动作，控制电气开关的开合，切换到第二电容代替第一电容，当第二电容的温度超过阈值时，电容控制模块执行动作，控制电气开关的开合，切换到第三电容代替第二电容，当第三电容超过的温度超过阈值时，电容控制模块执行动作，控制电气开关的开合，切换到第电解电容。
63.上述技术方案的工作原理和有益效果为：由于伺服驱动器内的电解电容很容易收到温度的影响，会导致伺服驱动器不能正常工作，本发明设置有可以实现电容切换的电容控制装置，当电解电容温度过高时，执行电容的切换，确保伺服驱动器的稳定运作，也保证了伺服电机的正常运行，也提升了多机械手协同控制的精度。
64.实施例7
65.在实施例5的基础上，本发明实施例提供的电解电容、第一电容、第二电容和第三电容的一侧安装有风扇，风扇与温度传感器连接，风扇上集成有pid控制器，pid控制器根据温度传感器的温度值控制风扇的转速，实现对正在工作的电解电容、第一电容、第二电容或第三电容的散热，确保伺服驱动器的长时间工作。
66.上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明通过温度传感器采集电解电容、第一电容、第二电容或第三电容的温度，通过pid控制器实现风扇转速的精准控制，不仅利于电解电容的散热，而且也能节能降耗，实现风扇转速的实时调整，保证了伺服驱动器的稳定且可靠的工作。如果风扇降温依然不能让电解电容、第一电容、第二电容或第三电容的温度下降至阈值，则启动电容控制模块，进行电容的切换。
67.实施例8：
68.在实施例5的基础上，本发明实施例提供的多机械手协同控制系统还包括噪声处理模块，噪声处理模块与控制器连接，噪声处理模块将待输入控制器的输入信号进行噪声
滤除，用以提升输入信号的质量，对于提高控制器的控制精度有很大提升，噪声处理模块对输入信号的处理过程为：
69.(1)噪声处理模块接收输入信号集x＝[x1,x2,x3,x4,
…
,xn]；
[0070]
其中：x1表示伺服驱动器的输出信号，x2表示红外摄像机的输出信号，x3表示速度传感器的输出信号，x4表示加速度传感器的输出信号；x
n》4
表示多机械手协同控制系统根据实际情况还需采集的其他信号，例如：需要无线传输至设备控制终端的信号等，此处的n不小于4；xn表示输入信号；
[0071]
(2)输入信号进行归一化处理：
[0072]
对输入信号集x内的各个输入信号xn做信号均衡处理，
[0073][0074]
其中，x
′n表示均衡处理后的输入信号，表示输入信号集的平均值，表示第n个输入信号的平均值，xn表示为第n个输入信号；
[0075][0076]
其中，x
n,t
表示归一化后第n个输入信号在第t时刻的值，x
′
n,t
表示均衡处理后第n个输入信号在第t时刻的值，x
min
表示输入信号集中同一类型信号的最小值，x
max
表示输入信号集中同一类型信号的最大值；
[0077]
(3)将归一化后第n个输入信号在第t时刻的值进行中值滤波，得到滤波后的输入信号g(xn)；
[0078]
g(xn)＝x
n,t-f(xn)
[0079]
其中，f(xn)表述输入信号xn的噪声信号，通过频谱仪测量得到，频谱仪与控制器连接。
[0080]
上述技术方案的工作原理和有益效果为：由于机械手工作的环境较为复杂，工作的设备众多，会产生不同频率的信号，若设备的降噪功能差，会导致设备不能正常地工作；因此，本发明实施例设置了去除噪声的噪声处理模块，噪声处理模块与控制器连接，噪声处理模块将待输入控制器的输入信号进行噪声滤除，用以提升输入信号的质量，通过对输入信号的归一化处理集中值滤波，得到了无噪声的输入信号，能够大幅提升控制器的控制精度。
[0081]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。