一種流水線上機械臂精確控制系統及控制方法
2023-04-22 18:46:26
一種流水線上機械臂精確控制系統及控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種流水線上機械臂精確控制系統，它包括傳感器、運動控制器、PID控制器和運動控制處理器，傳感器、運動控制器、PID控制器和運動控制處理器設置在在機械臂的各運動關節點上。一種流水線上機械臂精確控制方法，其具體技術方案為：用戶確定機械臂的加工運動軌跡路線；機械臂控制系統根據用戶輸入的機械臂運動軌跡路線圖，對任務進行分解；根據輸入的控制參量輸出運動控制結果，驅動機械臂關節點進行相應的運動控制；運動控制處理器對機械臂的運動過程進行驅動，定位到當前機械臂的運動狀態，而且根據機械臂運動控制預先設定的運動軌跡，由運動控制處理器執行運動控制任務。本發明提高了對於機械臂控制的效率和響應速度，保障了機械臂運動過程控制的準確性和精確性。
【專利說明】一種流水線上機械臂精確控制系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於一種應用在流水線上的機械臂精確控制領域，尤其是具有固定運動軌跡特徵的機械臂運動控制系統和方法。
【背景技術】
[0002]目前在現代加工生產流水線上有著大量的機械臂代替人工的手工操作。通過利用機械臂實現產品的加工和裝配，能夠大幅度提高產品加工的效率，降低人工成本。然而在生產流水線上所部署的大量機械臂進行加工生產時，特別注重機械臂的運動控制精度，尤其是對一些加工裝配相對機密的應用場合，對機械臂的應用精度提出了更高的要求。另一方面應用於加工裝配的機械臂結構複雜，對機械臂的運動過程也相對複雜。為了提高機械臂加工裝配的效率，對機械臂運動控制的響應速度又提出了較高的要求。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種流水線上機械臂精確控制系統及
控制方法，能夠滿足生產流水線機械臂的運動控制要求，並為流水線的生產提供高效率的控制效果。
[0004]為解決上述技術問題，本發明提供一種流水線上機械臂精確控制系統，它包括傳感器、運動控制器、PID控制器和運動控制處理器，傳感器、運動控制器、PID控制器和運動控制處理器設置在在機械臂的各運動關節點上，傳感器獲取機械臂各關節點當前的控制狀態；運動控制器則是向機械臂的關節點發出運動控制信號，促使關節點按預定的方式進行運動；PID控制器實現運動過程的控制，以確保機械臂運動關節點的運動控制過程，能夠實現快速穩定的控制效果；運動控制處理器計算機械臂當前的運動狀態，將控制信息通過PID控制器傳輸至關節點的運動控制器，由運動控制器直接控制關節點的運動角度，運動控制處理器包括多處理器運動協同控制器，協調每個關節點上PID控制器和運動控制器任務執行。
[0005]所述的運動控制處理器還包括協從MCUARM處理器，以便更迅速的協調每個關節點上PID控制器和運動控制器任務執行。
[0006]所述的PID控制器包括比例控制器、積分控制器和微分控制器，以更細微精確的對運動控制器進行控制，達到精確控制機械臂運動的目的。
[0007]所述的每個PID控制器分別對三維中X軸、Y軸、Z軸運動量進行控制。
[0008]一種流水線上機械臂精確控制方法，其具體技術方案為:
一、機械臂工作之前，由用戶確定機械臂的加工運動軌跡路線，並將所確定的加工軌跡路徑作為輸入參數，送給機械臂控制系統；
二、機械臂控制系統根據用戶輸入的機械臂運動軌跡路線圖，對任務進行分解，根據機械臂的運動軌跡路徑，確定機械臂各運動關節點的控制順序，從第一個機械臂關節點運動控制任務為起點，計算該關節點當前的狀態與運動目標點之間的差值，計算出當前關節點的運動控制要求，之後以某一關節點的運動差值作為輸入條件，計算該關節點的運動結果對另一關節點的影響情況，之後再結合初始設定的運動軌跡路線，計算關節點的運動控制差值，如此不斷傳遞，最後得到機械臂上所有關節點的運動控制差值，再將所計算得到的運動控制差值分別傳給每個關節點的控制處理器；
三、單個的關節點運動控制處理器收到運動控制差值信號之後，將控制信號送入PID控制器，根據輸入的控制參量輸出運動控制結果，驅動機械臂關節點進行相應的運動控制；
四、機械臂上的運動控制處理器對機械臂的運動過程進行驅動，同時對機械臂當前所處的狀態進行採樣，採樣過程中由部署在機械臂上的位置傳感器，獲取機械臂的位置信息，運動控制處理器根據採集到的位置信息，定位到當前機械臂的運動狀態，同時運動控制處理器從預先規劃的運動軌跡路線中讀取初始的運動軌跡信息，將二者進行對比計算當前的運動位置差值，而且根據機械臂運動控制預先設定的運動軌跡，還能夠計算得到當前運動狀態到下一個運動狀態之間的時間差，之後運動控制處理器將計算得到的運動位置差值和時間差值，共同送入協從處理器，協從處理器經分析之後給運動控制處理器反饋信息，由運動控制處理器執行運動控制任務。
[0009]所述的運動控制處理器對機械臂運動軌跡路徑任務的拆分，並將運動軌跡控制任務拆分成機械臂多個關節的具體控制任務，並協同機械臂各個從控制器聯合工作，共同實現機械臂的運動控制任務。
[0010]本發明所提出的一種流水線上機械臂精確控制系統及控制方法，提高了對於機械臂控制的效率和響應速度，保障了機械臂運動過程控制的準確性和精確性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明所提出的一種流水線上機械臂精確控制系統示意圖。
[0012]圖2是PID控制器控制原理示意圖。
[0013]圖3是一種流水線上機械臂精確控制方法流程示意圖。
[0014]圖4是關節點間運動控制器控制原理圖。
【具體實施方式】
[0015]參見附圖，一種流水線上機械臂精確控制系統，它包括傳感器、運動控制器、PID控制器和運動控制處理器，傳感器、運動控制器、PID控制器和運動控制處理器設置在在機械臂的各運動關節點上，傳感器獲取機械臂各關節點當前的控制狀態；運動控制器則是向機械臂的關節點發出運動控制信號，促使關節點按預定的方式進行運動；PID控制器實現運動過程的控制，以確保機械臂運動關節點的運動控制過程，能夠實現快速穩定的控制效果；運動控制處理器計算機械臂當前的運動狀態，將控制信息通過PID控制器傳輸至關節點的運動控制器，由運動控制器直接控制關節點的運動角度，運動控制處理器包括多處理器運動協同控制器，協調每個關節點上PID控制器和運動控制器任務執行。
[0016]所述的運動控制處理器還包括協從MCUARM處理器，以便更迅速的協調每個關節點上PID控制器和運動控制器任務執行。
[0017]所述的PID控制器包括比例控制器、積分控制器和微分控制器，以更細微精確的對運動控制器進行控制，達到精確控制機械臂運動的目的。
[0018]所述的每個PID控制器分別對三維中X軸、Y軸、Z軸運動量進行控制。
[0019]一種流水線上機械臂精確控制方法，其具體技術方案為:
一、機械臂工作之前，由用戶確定機械臂的加工運動軌跡路線，並將所確定的加工軌跡路徑作為輸入參數，送給機械臂控制系統；
二、機械臂控制系統根據用戶輸入的機械臂運動軌跡路線圖，對任務進行分解，根據機械臂的運動軌跡路徑，確定機械臂各運動關節點的控制順序，從第一個機械臂關節點運動控制任務為起點，計算該關節點當前的狀態與運動目標點之間的差值，計算出當前關節點的運動控制要求，之後以某一關節點的運動差值作為輸入條件，計算該關節點的運動結果對另一關節點的影響情況，之後再結合初始設定的運動軌跡路線，計算關節點的運動控制差值，如此不斷傳遞，最後得到機械臂上所有關節點的運動控制差值，再將所計算得到的運動控制差值分別傳給每個關節點的控制處理器；
三、單個的關節點運動控制處理器收到運動控制差值信號之後，將控制信號送入PID控制器，根據輸入的控制參量輸出運動控制結果，驅動機械臂關節點進行相應的運動控制；
四、機械臂上的運動控制處理器對機械臂的運動過程進行驅動，同時對機械臂當前所處的狀態進行採樣，採樣過程中由部署在機械臂上的位置傳感器，獲取機械臂的位置信息，運動控制處理器根據採集到的位置信息，定位到當前機械臂的運動狀態，同時運動控制處理器從預先規劃的運動軌跡路線中讀取初始的運動軌跡信息，將二者進行對比計算當前的運動位置差值，而且根據機械臂運動控制預先設定的運動軌跡，還能夠計算得到當前運動狀態到下一個運動狀態之間的時間差，之後運動控制處理器將計算得到的運動位置差值和時間差值，共同送入協從處理器，協從處理器經分析之後給運動控制處理器反饋信息，由運動控制處理器執行運動控制任務。
[0020]所述的運動控制處理器對機械臂運動軌跡路徑任務的拆分，並將運動軌跡控制任務拆分成機械臂多個關節的具體控制任務，並協同機械臂各個從控制器聯合工作，共同實現機械臂的運動控制任務。
[0021]本發明所提出的一種流水線上機械臂精確控制系統及控制方法，提高了對於機械臂控制的效率和響應速度，保障了機械臂運動過程控制的準確性和精確性。
【權利要求】
1.一種流水線上機械臂精確控制系統，它包括傳感器、運動控制器、PID控制器和運動控制處理器，其特徵在於傳感器、運動控制器、PID控制器和運動控制處理器設置在在機械臂的各運動關節點上，傳感器獲取機械臂各關節點當前的控制狀態；運動控制器則是向機械臂的關節點發出運動控制信號，促使關節點按預定的方式進行運動；PID控制器實現運動過程的控制，以確保機械臂運動關節點的運動控制過程，能夠實現快速穩定的控制效果；運動控制處理器計算機械臂當前的運動狀態，將控制信息通過PID控制器傳輸至關節點的運動控制器，由運動控制器直接控制關節點的運動角度，運動控制處理器包括多處理器運動協同控制器，協調每個關節點上PID控制器和運動控制器任務執行。
2.根據權利要求1所述的一種流水線上機械臂精確控制系統，其特徵在於運動控制處理器還包括協從MCUARM處理器，以便更迅速的協調每個關節點上PID控制器和運動控制器任務執行。
3.根據權利要求1所述的一種流水線上機械臂精確控制系統，其特徵在於所述的PID控制器包括比例控制器、積分控制器和微分控制器，以更細微精確的對運動控制器進行控制，達到精確控制機械臂運動的目的。
4.根據權利要求1所述的一種流水線上機械臂精確控制系統，其特徵在於所述的每個PID控制器分別對三維中X軸、Y軸、Z軸運動量進行控制。
5.一種流水線上機械臂精確控制方法，其具體技術方案為: 一、機械臂工作之前，由用戶確定機械臂的加工運動軌跡路線，並將所確定的加工軌跡路徑作為輸入參數，送給機械臂控制系統； 二、機械臂控制系統根據用戶輸入的機械臂運動軌跡路線圖，對任務進行分解，根據機械臂的運動軌跡路徑，確定機械臂各運動關節點的控制順序，從第一個機械臂關節點運動控制任務為起點，計算該關節點當前的狀態與運動目標點之間的差值，計算出當前關節點的運動控制要求，之後以某一關節點 的運動差值作為輸入條件，計算該關節點的運動結果對另一關節點的影響情況，之後再結合初始設定的運動軌跡路線，計算關節點的運動控制差值，如此不斷傳遞，最後得到機械臂上所有關節點的運動控制差值，再將所計算得到的運動控制差值分別傳給每個關節點的控制處理器； 三、單個的關節點運動控制處理器收到運動控制差值信號之後，將控制信號送入PID控制器，根據輸入的控制參量輸出運動控制結果，驅動機械臂關節點進行相應的運動控制； 四、機械臂上的運動控制處理器對機械臂的運動過程進行驅動，同時對機械臂當前所處的狀態進行採樣，採樣過程中由部署在機械臂上的位置傳感器，獲取機械臂的位置信息，運動控制處理器根據採集到的位置信息，定位到當前機械臂的運動狀態，同時運動控制處理器從預先規劃的運動軌跡路線中讀取初始的運動軌跡信息，將二者進行對比計算當前的運動位置差值，而且根據機械臂運動控制預先設定的運動軌跡，還能夠計算得到當前運動狀態到下一個運動狀態之間的時間差，之後運動控制處理器將計算得到的運動位置差值和時間差值，共同送入協從處理器，協從處理器經分析之後給運動控制處理器反饋信息，由運動控制處理器執行運動控制任務。
6.根據權利要求5所述的一種流水線上機械臂精確控制方法，其特徵在於所述的運動控制處理器對機械臂運動軌跡路徑任務的拆分，並將運動軌跡控制任務拆分成機械臂多個關節的具體控制任務，並 協同機械臂各個從控制器聯合工作，共同實現機械臂的運動控制任務。
【文檔編號】B25J13/00GK103737603SQ201310734876
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】劉恆, 楊達飛, 陳英, 黃鵬, 陳華, 沈泓 申請人:柳州職業技術學院