專利名稱：機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械手臂是目前在機(jī)械人技術(shù)領(lǐng)域中得到最廣泛實(shí)際應(yīng)用的自動(dòng)化機(jī)械裝置，其能精確地定位到三維(或二維)空間上的某一點(diǎn)進(jìn)行作業(yè)。機(jī)械手臂根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同分為多關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，直角坐標(biāo)系機(jī)械手臂，球坐標(biāo)系機(jī)械手臂，極坐標(biāo)機(jī)械手臂，柱坐標(biāo)機(jī)械手臂等。在傳統(tǒng)技術(shù)中，極坐標(biāo)機(jī)械手臂分為多種運(yùn)動(dòng)控制型態(tài)的機(jī)械手臂，如三軸直線型(LLL)、LLL-R型等，其中，LLL-R型機(jī)械手臂是目前產(chǎn)業(yè)最常用且非常精確的三軸直線運(yùn)動(dòng)控制形態(tài)的XYZ平臺(tái)式的機(jī)械手臂，并于可在Z軸進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)的工件工具的固定且平行于XY平面上，新增一組旋轉(zhuǎn)臂半徑為R的極坐標(biāo)型旋轉(zhuǎn)(R)運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)，兩者組合形成LLL-R型態(tài)機(jī)械手臂。由于此類機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)范圍有限，常無法進(jìn)行自由的旋轉(zhuǎn)運(yùn)作，因此其工作范圍受限。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其在保證機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)精確度的同時(shí)，可使得機(jī)械手臂的工作范圍加大，且可以有條件的對工具工件、探測工件等進(jìn)行角度與方向的功能性調(diào)整。鑒于以上內(nèi)容，還有必要提供一種機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制方法，其在保證機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)精確度的同時(shí)，可使得機(jī)械手臂的工作范圍加大，且可以有條件的對工具工件、探測工件等進(jìn)行角度與方向的功能性調(diào)整。一種機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)行于主控電腦中，該主控電腦通過馬達(dá)運(yùn)動(dòng)控制卡控制一個(gè)三軸機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，該三軸機(jī)械手臂包括X軸手臂、Y軸手臂和Z軸手臂。所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括設(shè)置模塊，用于設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)并預(yù)設(shè)一個(gè)根部與Z軸手臂相連的旋轉(zhuǎn)臂要到達(dá)的空間坐標(biāo)位置，其中，該Z軸手臂上有一個(gè)馬達(dá)，其軸心與所述旋轉(zhuǎn)臂相連，所述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)包括該馬達(dá)的步進(jìn)角，所述空間坐標(biāo)位置包括第一目標(biāo)位置點(diǎn)和第二目標(biāo)位置點(diǎn)；計(jì)算模塊，用于在以Z軸手臂為旋轉(zhuǎn)軸，以旋轉(zhuǎn)臂的根部移動(dòng)到所述第一目標(biāo)位置點(diǎn)處為旋轉(zhuǎn)軸心的極坐標(biāo)系里，計(jì)算旋轉(zhuǎn)臂的末端若要到達(dá)所述第二目標(biāo)位置點(diǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)臂所旋轉(zhuǎn)的理論角度，并計(jì)算X、Y軸手臂的移動(dòng)量；所述計(jì)算模塊，還用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)的理論角度和X、Y軸手臂的移動(dòng)量計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)軸心的偏移修正向量，利用該偏移修正向量修正所述X、Y軸手臂的移動(dòng)量，并以一個(gè)離散型倍數(shù)的步進(jìn)角取代所述理論角度； 及輸出模塊，用于輸出上述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)給所述三軸機(jī)械手臂，以控制該三軸機(jī)械手臂根據(jù)修正后的X、Y軸手臂的移動(dòng)量進(jìn)行移動(dòng)，并根據(jù)所述離散型倍數(shù)的步進(jìn)角輸出一個(gè)脈沖數(shù)，控制所述旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)。
一種機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制方法，應(yīng)用于主控電腦中，該主控電腦通過馬達(dá)運(yùn)動(dòng)控制卡控制一個(gè)三軸機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，該三軸機(jī)械手臂包括X軸手臂、Y軸手臂和Z軸手臂。該方法包括如下步驟設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)并預(yù)設(shè)一個(gè)根部與Z軸手臂相連的旋轉(zhuǎn)臂要到達(dá)的空間坐標(biāo)位置，其中，該Z軸手臂上有一個(gè)馬達(dá)，其軸心與所述旋轉(zhuǎn)臂相連，所述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)包括該馬達(dá)的步進(jìn)角，所述空間坐標(biāo)位置包括第一目標(biāo)位置點(diǎn)和第二目標(biāo)位置點(diǎn)；在以Z軸手臂為旋轉(zhuǎn)軸，以旋轉(zhuǎn)臂的根部移動(dòng)到所述第一目標(biāo)位置點(diǎn)處為旋轉(zhuǎn)軸心的極坐標(biāo)系里，計(jì)算旋轉(zhuǎn)臂的末端若要到達(dá)所述第二目標(biāo)位置點(diǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)臂所旋轉(zhuǎn)的理論角度，并計(jì)算X、Y軸手臂的移動(dòng)量；根據(jù)旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)的理論角度和X、Y軸手臂的移動(dòng)量計(jì)算該旋轉(zhuǎn)軸心的偏移修正向量，利用該偏移修正向量修正所述X、Y軸手臂的移動(dòng)量，并以一個(gè)離散型倍數(shù)的步進(jìn)角取代所述理論角度；及輸出上述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)給所述三軸機(jī)械手臂，以控制該三軸機(jī)械手臂根據(jù)修正后的X、Y軸手臂的移動(dòng)量進(jìn)行移動(dòng)，并根據(jù)所述離散型倍數(shù)的步進(jìn)角輸出一個(gè)脈沖數(shù)，控制所述旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，通過市面上價(jià)格較便宜的馬達(dá)帶動(dòng)一根單自由度旋轉(zhuǎn)臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，就可以在保證機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)精確度的同時(shí)，使得機(jī)械手臂的工作范圍加大，有條件的對工具工件、探測工件等進(jìn)行角度與方向的功能性調(diào)整。


圖1是本發(fā)明機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)較佳實(shí)施例的應(yīng)用環(huán)境圖。圖2是圖1中的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)較佳實(shí)施例的功能模塊圖。圖3是本發(fā)明機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制方法較佳實(shí)施例的作業(yè)流程圖。圖4舉例說明本發(fā)明旋轉(zhuǎn)臂于極坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)角度示意圖。圖5是本發(fā)明旋轉(zhuǎn)軸心于XY平面上偏移修正向量的計(jì)算示意圖。主要元件符號說明
主控電腦1馬達(dá)運(yùn)動(dòng)控制卡2三軸機(jī)械手臂3連接器4旋轉(zhuǎn)臂5馬達(dá)控制器6馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器7馬達(dá)8
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，運(yùn)行于主控電腦中，該主控電腦通過馬達(dá)運(yùn)動(dòng)控制卡控制一個(gè)三軸機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，該三軸機(jī)械手臂包括X軸手臂、Y軸手臂和Z軸手臂，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)包括設(shè)置模塊，用于設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)并預(yù)設(shè)一個(gè)根部與Z軸手臂相連的旋轉(zhuǎn)臂要到達(dá)的空間坐標(biāo)位置，其中，該Z軸手臂上有一個(gè)馬達(dá)，其軸心與所述旋轉(zhuǎn)臂相連，所述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)包括該馬達(dá)的步進(jìn)角，所述空間坐標(biāo)位置包括第一目標(biāo)位置點(diǎn)和第二目標(biāo)位置點(diǎn)；計(jì)算模塊，用于在以Z軸手臂為旋轉(zhuǎn)軸，以旋轉(zhuǎn)臂的根部移動(dòng)到所述第一目標(biāo)位置點(diǎn)處為旋轉(zhuǎn)軸心的極坐標(biāo)系里，計(jì)算旋轉(zhuǎn)臂的末端若要到達(dá)所述第二目標(biāo)位置點(diǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)臂所旋轉(zhuǎn)的理論角度，并計(jì)算X、Y軸手臂的移動(dòng)量；所述計(jì)算模塊，還用于根據(jù)旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)的理論角度和X、Y軸手臂的移動(dòng)量計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)軸心的偏移修正向量，利用該偏移修正向量修正所述X、Y軸手臂的移動(dòng)量，并以一個(gè)離散型倍數(shù)的步進(jìn)角取代所述理論角度；及輸出模塊，用于輸出上述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)給所述三軸機(jī)械手臂，以控制該三軸機(jī)械手臂根據(jù)修正后的X、Y軸手臂的移動(dòng)量進(jìn)行移動(dòng)，并根據(jù)所述離散型倍數(shù)的步進(jìn)角輸出一個(gè)脈沖數(shù)，控制所述旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主控電腦還與一個(gè)馬達(dá)控制器相連，該馬達(dá)控制器用于接收所述脈沖數(shù)，并將該脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)值后發(fā)送給一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)上述馬達(dá)帶動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)臂的末端與一個(gè)工具工件或探測工件相連接，該旋轉(zhuǎn)臂在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)所連接的工具工件或探測工件工作。
4.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述馬達(dá)為伺服馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)。
5.如權(quán)利要求4所述的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)還包括馬達(dá)的步階數(shù)和旋轉(zhuǎn)臂的長度。
6.一種機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制方法，應(yīng)用于主控電腦中，該主控電腦通過馬達(dá)運(yùn)動(dòng)控制卡控制一個(gè)三軸機(jī)械手臂運(yùn)動(dòng)，該三軸機(jī)械手臂包括X軸手臂、Y軸手臂和Z軸手臂，其特征在于，該方法包括如下步驟設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)并預(yù)設(shè)一個(gè)根部與Z軸手臂相連的旋轉(zhuǎn)臂要到達(dá)的空間坐標(biāo)位置， 其中，該Z軸手臂上有一個(gè)馬達(dá)，其軸心與所述旋轉(zhuǎn)臂相連，所述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)包括該馬達(dá)的步進(jìn)角，所述空間坐標(biāo)位置包括第一目標(biāo)位置點(diǎn)和第二目標(biāo)位置點(diǎn)；在以Z軸手臂為旋轉(zhuǎn)軸，以旋轉(zhuǎn)臂的根部移動(dòng)到所述第一目標(biāo)位置點(diǎn)處為旋轉(zhuǎn)軸心的極坐標(biāo)系里，計(jì)算旋轉(zhuǎn)臂的末端若要到達(dá)所述第二目標(biāo)位置點(diǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)臂所旋轉(zhuǎn)的理論角度，并計(jì)算X、Y軸手臂的移動(dòng)量；根據(jù)旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)的理論角度和X、Y軸手臂的移動(dòng)量計(jì)算該旋轉(zhuǎn)軸心的偏移修正向量， 利用該偏移修正向量修正所述X、Y軸手臂的移動(dòng)量，并以一個(gè)離散型倍數(shù)的步進(jìn)角取代所述理論角度；及輸出上述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)給所述三軸機(jī)械手臂，以控制該三軸機(jī)械手臂根據(jù)修正后的X、 Y軸手臂的移動(dòng)量進(jìn)行移動(dòng)，并根據(jù)所述離散型倍數(shù)的步進(jìn)角輸出一個(gè)脈沖數(shù)，控制所述旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述離散型倍數(shù)的步進(jìn)角輸出一個(gè)脈沖數(shù)，控制所述旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)的步驟包括根據(jù)所述離散型倍數(shù)的步進(jìn)角輸出一個(gè)脈沖數(shù)給與主控電腦相連的馬達(dá)控制器；該馬達(dá)控制器將該脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)值，并將該二進(jìn)制的數(shù)值發(fā)送給一個(gè)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器；該馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)上述馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)；及該馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)。
8.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)臂的末端與一個(gè)工具工件或探測工件相連接，該旋轉(zhuǎn)臂在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)所連接的工具工件或探測工件工作。
9.如權(quán)利要求6所述的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述馬達(dá)為伺服馬達(dá)或步進(jìn)馬達(dá)。
10.如權(quán)利要求9所述的機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)還包括馬達(dá)的步階數(shù)和旋轉(zhuǎn)臂的長度。
全文摘要
一種機(jī)械手臂的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及方法，運(yùn)行于主控電腦中。該方法包括設(shè)置運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)并預(yù)設(shè)一個(gè)與三軸機(jī)械手臂的Z軸相連的旋轉(zhuǎn)臂要到達(dá)的第一、第二目標(biāo)位置點(diǎn)；以旋轉(zhuǎn)臂的根部移動(dòng)到第一目標(biāo)位置點(diǎn)處為旋轉(zhuǎn)軸心的極坐標(biāo)系里，計(jì)算旋轉(zhuǎn)臂的末端若要到達(dá)第二目標(biāo)位置點(diǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)的理論角度，計(jì)算X、Y軸手臂的移動(dòng)量；計(jì)算旋轉(zhuǎn)軸心的偏移修正向量，修正該X、Y軸手臂的移動(dòng)量，并以一個(gè)離散型倍數(shù)的步進(jìn)角取代所述理論角度；輸出運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)給三軸機(jī)械手臂，以控制其根據(jù)修正后的移動(dòng)量進(jìn)行移動(dòng)，并根據(jù)離散型倍數(shù)的步進(jìn)角輸出一個(gè)脈沖數(shù)，控制所述旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)。
文檔編號B25J9/02GK102371585SQ201010251799
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者李昇軍, 梁獻(xiàn)全, 許壽國 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司