一种仿人码垛机械手及其控制方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201610205563.3 | 申请日 | 2016-04-03 | 公开(公告)号 | CN105751233A | 公开(公告)日 | 2016-07-13 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 冀世军; 孙昌瑞; 赵继; 胡志清; 任勇聪; 刘义军; 张祚华; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种仿人码垛机械手及其控制方法，属于一种机械手结构。纵向 丝杠 装置与立柱固定连接； 曲柄 支架 I、曲柄支架II与纵向丝杠装置滑 块 固定连接； 气缸 支架I、气缸支架II与纵向丝杠装置滑块固定连接，气缸I与气缸支架II转动连接并与 连杆 I转动连接，气缸I与位移 传感器 I固定连接，连杆I与曲柄转动连接并与链条式机械手转动连接，曲柄 电机 的 输出轴 与曲柄电机支架转动连接，曲柄与曲柄电机的输出轴固定连接，链条 支撑 轴支架I与曲柄支架I固定连接并与链条式机械手固定连接，曲柄电机支架与曲柄支架II固定连接。优点是：结构新颖，链条式机械手运动轨迹可以控制，达到控制链条式机械手运动轨迹的目的，能与其他相关配套设备简单集成。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种仿人码垛机械手，其特征在于：纵向丝杠装置与立柱固定连接；曲柄支架I、曲柄支架II与纵向丝杠装置滑块固定连接；气缸支架I、气缸支架II与纵向丝杠装置滑块固定连接，气缸I与气缸支架II转动连接并与连杆I转动连接，气缸I与位移传感器I固定连接，气缸II与气缸支架I转动连接并与连杆II转动连接，气缸II与位移传感器II固定连接，连杆I与曲柄转动连接并与链条式机械手转动连接，连杆II与曲柄转动连接并与链条式机械手转动连接，曲柄电机的输出轴与曲柄电机支架转动连接，曲柄与曲柄电机的输出轴固定连接，链条支撑轴支架I与曲柄支架I固定连接并与链条式机械手固定连接；链条支撑轴支架II与曲柄支架II固定连接并与链条式机械手固定连接，曲柄电机支架与曲柄支架II固定连接。 |
||||||
| 说明书全文 | 一种仿人码垛机械手及其控制方法技术领域背景技术[0003] 以玻璃码垛过程为例，玻璃人工码垛时，一方面工人的劳动强度大，另一方面容易对玻璃造成划伤，从而使玻璃码垛成品率降低并容易造成人员伤亡。玻璃机械码垛时主要有水平堆垛机和垂直堆垛机两种方式。水平堆垛机堆垛一次所需时间较长，容易造成玻璃擦伤；垂直堆垛机虽然擦伤较少，但需要根据玻璃尺寸定做，不同玻璃尺寸所需要的垂直堆垛机不同，因此需要安装多台垂直堆垛机，不适合多样化的发展。且两种堆垛机都没有配套的给玻璃铺纸装备，很难与两种堆垛机形成配套装备。 发明内容[0004] 本发明提供一种仿人码垛机械手及其控制方法，能够对机械手的运动轨迹进行规划，模拟人工码垛过程，并能与其他设备配套以实现薄板类零件码垛、减少擦伤的目的，提高生产效率。 [0005] 本发明采取的技术方案是：纵向丝杠装置与立柱固定连接；曲柄支架I、曲柄支架II与纵向丝杠装置滑块固定连接；气缸支架I、气缸支架II与纵向丝杠装置滑块固定连接，气缸I与气缸支架II转动连接并与连杆I转动连接，气缸I与位移传感器I固定连接，气缸II与气缸支架I转动连接并与连杆II转动连接，气缸II与位移传感器II固定连接，连杆I与曲柄转动连接并与链条式机械手转动连接，连杆II与曲柄转动连接并与链条式机械手转动连接，曲柄电机的输出轴与曲柄电机支架转动连接，曲柄与曲柄电机的输出轴固定连接，链条支撑轴支架I与曲柄支架I固定连接并与链条式机械手固定连接；链条支撑轴支架II与曲柄支架II固定连接并与链条式机械手固定连接，曲柄电机支架与曲柄支架II固定连接。 [0006] 本发明所述的链条式机械手的结构是：柔性链条套与链条固定连接，链条齿轮通过轴承与链条支撑轴转动连接，连杆块I、连杆块II与柔性链条套固定连接，连杆块支架与柔性链条套固定连接并穿过连杆块I、连杆块II，链条与链条支撑轴平行安装，通过齿轮带动链条实现啮合运动。 [0007] 本发明所述气缸I或气缸II的长度l4是： 其中(xF,yF)是气缸I或气缸II的安装位置座标，(Ex′,Ey′)是气缸I或气缸II的与连杆I或连杆II的连接点在曲柄旋转一定角度后的座标，通过气缸I或气缸II长度l4的变化实现连杆块I或连杆块II位移轨迹规划。 [0008] 一种仿人码垛机械手的控制方法，通过对机械手的预定轨迹规划实现对薄板类零件的平稳抓取，包括：设定机械手匀速运动，离散拟规划路线上的点为(x0,y0)......(xi,yi)......(xn,yn)i＝1,2.....k......n，离散时满足任意相邻两离散点之间的距离相等，任意相邻两点之间的运动时间间隔为定值t；对应任意点(xi,yi)，曲柄转角可求：其中 其中 l3为连杆I或连杆II长度，l1为曲柄中心到曲柄与连杆I或连杆II连接点中心的长度；点(xi,yi)相对于点(xi-1,yi-1)的曲柄转角增量为 对应此时的旋转角速度为： i 气缸I或气缸II的对应点(xi,yi)的长度l4 是： 其中 (xF,yF)是气缸I或气缸II的安装位置座标， 是 气缸I或气缸II与连杆I或连杆II的连接点在轨迹对应点(xi,yi)的座标，其中l2为气缸I或气缸II与连杆I或连杆II连接点到连杆块I或连杆块II的距离；点(xi,yi)相对于点(xi-1,yi-1)的气缸I或气缸II伸缩量为 伸缩速度 通过电机调整曲柄旋转角 度 及其角速度ωi，同时调整气缸I或气缸II伸缩量l4i以及伸缩速度 的变化。 [0009] 本发明的优点是：结构新颖，链条式机械手运动轨迹可以控制，可以根据不同的要求，求解气缸伸长量，达到控制链条式机械手运动轨迹的目的，并且安装简单，可以与其他相关配套设备简单集成，例如将其用到用到玻璃码垛过程。附图说明 [0010] 图1是本发明的结构示意图； [0011] 图2是图1的后视图； [0012] 图3是本发明链条式机械手的结构示意图； [0013] 图4(a)是本发明承接薄板类零件时的状态示意图； [0014] 图4(b)是本发明向下输送薄板类零件时的状态示意图； [0015] 图4(c)是本发明逐渐撤出时的状态示意图； [0016] 图5是本发明应用于薄板类零件码垛系统示意图； [0017] 图6是本发明抓取机构原理实现示意图； [0018] 其中：立柱1，纵向丝杠装置2，纵向丝杠装置滑块201，曲柄支架I3，气缸支架I4，气缸支架II5，气缸I6，位移传感器I7，连杆I8，曲柄电机9，链条支撑轴支架I10，链条式机械手11，柔性链条套1101，链条齿轮1102，轴承1103，链条支撑轴1104，连杆块I1105，连杆块支架 1106，链条1107，连杆块II1108，曲柄12，连杆II13，气缸II14，位移传感器II15，链条支撑轴支架II16，曲柄电机支架17，曲柄支架II18。 具体实施方式[0019] 纵向丝杠装置2与立柱1固定连接；曲柄支架I3、曲柄支架II18与纵向丝杠装置滑块201固定连接；气缸支架I4、气缸支架II5与纵向丝杠装置滑块201固定连接，气缸I6与气缸支架II5转动连接并与连杆I8转动连接，气缸I6与位移传感器I7固定连接，气缸II14与气缸支架I4转动连接并与连杆II13转动连接，气缸II14与位移传感器II15固定连接，连杆I8与曲柄12转动连接并与链条式机械手11转动连接，连杆II13与曲柄12转动连接并与链条式机械手11转动连接，曲柄电机9的输出轴与曲柄电机支架17转动连接，曲柄12与曲柄电机9的输出轴固定连接，链条支撑轴支架I10与曲柄支架I3固定连接并与链条式机械手11固定连接；链条支撑轴支架II16与曲柄支架II18固定连接并与链条式机械手11固定连接，曲柄电机支架17与曲柄支架II18固定连接。 [0020] 本发明所述的链条式机械手11的结构是：柔性链条套1101与链条1107固定连接，链条齿轮1102通过轴承1103与链条支撑轴1104转动连接，连杆块I1105、连杆块II1108与柔性链条套1101固定连接，连杆块支架1106与柔性链条套1101固定连接并穿过连杆块I1105、连杆块II1108，链条1107与链条支撑轴1104平行安装，通过齿轮带动链条实现啮合运动。 [0021] 本发明所述气缸I或气缸II的长度l4是： 其中(xF,yF)是气缸I或气缸II的安装位置座标，(Ex′,Ey′)是气缸I或气缸II的与连杆I或连杆II的连接点在曲柄旋转一定角度后的座标，通过气缸I或气缸II长度l4的变化实现连杆块I或连杆块II位移轨迹规划。 [0022] 一种仿人码垛机械手的控制方法，其特征在于：通过对机械手的预定轨迹规划实现对薄板类零件的平稳抓取，包括：设定机械手匀速运动，离散拟规划路线上的点为(x0,y0)......(xi,yi)......(xn,yn)i＝1,2.....k......n，离散时满足任意相邻两离散点之间的距离相等，任意相邻两点之间的运动时间间隔为定值t；对应任意点(xi,yi)，曲柄转角可求： 其中其中l3为连杆I或连杆II长度，l1为曲柄中心到曲柄与连杆I或连杆II连接点中心的长度；点(xi,yi)相对于点(xi-1,yi-1)的曲柄转角增量为 对应此时的旋转角速度为： 气缸I或气缸II的对应点(xi,yi)的长度l4i是： 其中 (xF,yF)是气缸I或气缸II的安装位置座标， 是 气缸I或气缸II与连杆I或连杆II的连接点在轨迹对应点(xi,yi)的座标，其中l2为气缸I或气缸II与连杆I或连杆II连接点到连杆块I或连杆块II的距离；点(xi,yi)相对于点(xi-1,yi-1)的气缸I或气缸II伸缩量为 伸缩速度 通过电机调整曲柄旋转角 度 及其角速度ωi，同时调整气缸I或气缸II伸缩量l4i以及伸缩速度 的变化。 [0023] 下面进一步做连杆块I1105、连杆块II1108的轨迹实现原理说明，以连杆块I1105为例做路线规划推导。如图6所示，加黑虚线为连杆块I1105拟规划的路线，拟规划路线上的点离散为(x0,y0)......(xi,yi)......(xn,yn)都为已知点。在图6中，AB代表曲柄12，长度为l1；EF代表气缸I6，F点为气缸安装位置，设坐标为(xF,yF)，BC代表连杆8，长度为l3，E点为气缸I6与连杆8即BC的连接点，BE长度为l2；B’C’与AC’的夹角为 要实现连杆块I1105即C的预定轨迹运动，需要建立曲柄12的转动角度 与拟规划路线上的点(xi,yi)之间的关系，再进一步推导出气缸EF的长度l4的变化规律。 [0024] 如图6所示，实线矩形ABCD为规划路线的初始点(x0,y0)以及曲柄、连杆等所组成的四边形，虚线矩形AB’C‘D’为规划路线上任意一点(xi,yi)以及曲柄、连杆等组成的四边形,各杆长关系保持不变，其中C′的坐标为(xi,yi)，现在我们需要建立在规划路线上任意一点(xi,yi)时与所对应的转动角度 之间的关系。在虚线矩形AB’C‘D’中连接AC’,将 分为了两个角度。 [0025] 在三角形AC’D’中，可求 [0026] [0027] 在三角形AB’C’中，可求 [0028] [0029] 因此可求对应规划路线上任意一点(xi,yi)时，曲柄的转角 [0030] [0031] 在三角形AB’C’中，可求 [0032] [0033] 因此可求 [0034] [0035] 因此气缸I6与连杆8的连接点E’的坐标可求： [0036] [0037] [0038] 因此气缸I6的长度l4可求： [0039] [0040] 对应此时曲柄12的转角，气缸I6的长度也可求，即可控制气缸的伸长量，进而完成对路径的规划。如果假定连杆块I1105的运动为匀速，经过任意点(xi,yi)与点(xi-1,yi-1)之间的时间间隔为t，通过上面的方法对应两点的曲柄转角 都可求，设经过规划路线上任意两点时曲柄转角 的增量为 可求其任意两点间的角速度： 对速度的求解有助于分析轨迹设计的合理性分型。 [0041] 以上推到可知，连杆块I1105的路径可以根据需求进行规划，灵活的实现各种路径规划。同时连杆块II1108的反向路径使用相同方法也可以进行规划，连杆块I1105、连杆块II1108相互配合，一伸一缩，完成既定轨迹规划。 [0042] 本发明具体工作过程如下：仿人码垛机械手至少需要一组，即两件配合使用，下面就其中一件运动状态做叙述，另外一件做相同运动，相互配合，实现薄板类零件的码垛过程。纵向丝杠装置2可以带动整套零部件实现上下移动，实现纵向移动。曲柄电机9可以带动曲柄12转动，曲柄12带动连杆I8、连杆II13转动，连杆I8、连杆II13带动链条式机械手11实现预订轨迹的运动。此仿人码垛机械手的工作流程：图4(a)是承接薄板类零件的状态，此时纵向丝杠装置2向上移动，同时链条式机械手11逐渐移动成图4(a)的状态，将薄板类零件承接到链条式机械手11上；图4(b)是薄板类零件夹持过程，此时纵向丝杠装置2向下移动，同时链条式机械手11逐渐移动成图4(b)的状态，实现对薄板类零件的夹持，从而保证夹持的稳定性；薄板类零件在码垛时的状态如图4(c)所示，模拟人手将链条式机械手11逐渐撤出，实现本次码垛过程；随后纵向丝杠装置2向上移动，同时链条式机械手11逐渐运动成图4(a)状态，进行下次薄板类零件的承接工作，如此循环往复，实现对薄板类零件的码垛过程。其中整个过程需要根据以上建立的数学模型，根据曲柄12的角度变化，控制气缸的伸缩量，并通过位移传感器I7和位移传感器II15的反馈实现闭环控制，提高控制精度，完成既定轨迹的控制。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈