CN105965512A - 一种工业多轴机械臂的运动再现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工业多轴机械臂的运动再现方法，所述方法需提供多轴机械臂、机械臂控制器、上位机以及工控机；利用工控机和以太网实现了上位机与机械臂控制器之间的数据通信；当多轴机械臂运行时，根据设置好的采样周期，实时采集多轴机械臂运动过程中的运动参数，并将运动参数存储到上位机中；当需要再现运动轨迹时，将记录的运动参数根据记录的顺序和设置的数据复现周期，依次发送给机械臂控制器，控制完整再现整个作业过程。本发明解决现有工业多轴机械臂的运动再现方法对用户专业要求高，不能精确再现示教中的运动轨迹、再现程序修改困难以及故障查找不方便的技术问题。

Description

一种工业多轴机械臂的运动再现方法

技术领域

本发明属于工业机械臂运动控制技术领域，尤其涉及一种工业多轴机械臂的运动再现方法。

背景技术

基于机械臂示教编程器的示教再现是实现多轴机械臂运动再现最常用的方法。现在工业中应用的多轴机械臂大都具有示教再现功能，可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序。多轴机械臂***的编程能力极大的决定了多轴机械臂使用功能的灵活性和智能程度。

上述示教再现方法中，常见的问题有：(1)运动再现程序必须预先编制或示教，对多轴机械臂的操作者的专业知识要求比较高，为多轴机械臂应用领域的拓宽带来阻碍；(2)当要更改再现程序时，用户需要对作业程序进行修改甚至是重新编写，这就要求用户具备一定的编程知识，花费大量时间去学习编写程序；(3)在示教过程中，往往需要采用特定的算法，根据记录的示教点数据计算得到相应的运动轨迹，再发送给机械臂控制其运动，这只能保证所记录示教点位姿的精度，却无法精确复现示教点之间的运动轨迹，适用于点到点和不需要很精确路径控制的场合；(4)在运动再现过程中，无法实时记录机械臂运行的相关参数，不利于在故障排查时进行故障分析。

现有技术中公开了“一种工业机器人示教再现方法”，见公开号为：103778843A，公开日为：2014-05-07的中国专利，该方法包括以下步骤：1、示教：2、再现：其中再现分为三种方式：2.1、当工业机器人末端运动为关节运动时：2.2、工业机器人末端运动为直线运动时：2.3、工业机器人末端运动为圆弧运动时分别说明，该发明提供了一种示教过程简单、精确的示教再现方式。示教过程包括对示教点的记录、机器人工作的附加信息和到每一示教点的相应操作的记录。本机型机器人的指令包括运动指令、逻辑指令、运算指令、工作指令和辅助指令。这些指令综合起来可以完成预期的工作。该发明提供了三种机器人运动轨迹算法，并结合机器人示教点A和示教点B的运动参数(各轴转动角度、各轴的位移以及机器人末端位姿)，通过分析计算得到三种不同的运动轨迹，再利用得到的运动轨迹控制机器人实现运动再现。该方法虽然能保证机器人示教点A和示教点B的位姿精度，但机器人运动过程的运动轨迹是由算法计算而成的，无法精确再现示教中的运动轨迹。而且该方法也不能对机器人运动再现过程中的运动参数进行实时记录，故障复现难度大。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种工业多轴机械臂的运动再现方法，解决现有工业多轴机械臂的运动再现方法对用户专业要求高，不能精确再现示教中的运动轨迹、再现程序修改困难以及故障查找不方便的技术问题。

本发明是这样实现的：一种工业多轴机械臂的运动再现方法，所述方法需提供多轴机械臂、机械臂控制器、上位机以及工控机；利用工控机和以太网实现了上位机与机械臂控制器之间的数据通信；

当多轴机械臂运行时，根据设置好的采样周期，实时采集多轴机械臂运动过程中的运动参数，并将运动参数存储到上位机中；当需要再现运动轨迹时，将记录的运动参数根据记录的顺序和设置的数据复现周期，依次发送给机械臂控制器，控制完整再现整个作业过程。

进一步的，所述方法进一步包括：当多轴机械臂作业中发生故障后，将存储在上位机中的所述运动参数依次发送给多轴机械臂，使其再现整个作业过程，便于用户排查故障。

进一步的，在多轴机械臂所有运动过程中，都能实时采集和保存多轴机械臂运动过程中的运动参数，所述运动参数包括：机械臂旋转角度、末端位置数据、各轴角位移及角速度。

进一步的，所述在多轴机械臂所有运动过程中，都能实时采集和保存多轴机械臂运动过程中的运动参数，具体为：

在多轴机械臂运动过程中，根据设置的采样周期，上位机通过组态软件实时采集多轴机械臂，包括机械臂旋转角度、末端位置数据、各轴角位移及角速度在内的运动参数，并将运动参数对应到相应的时间单元，依次存储在上位机中；

在多轴机械臂进行运动再现的过程中，也会根据设置的采样周期，将机械臂的旋转角度、末端位置数据和各轴角位移及角速度依次记录并存储至上位机中。

进一步的，所述方法进一步包括：能在任意时间、任意状态下，利用记录在上位机中的历史数据，快速再现机械臂任意时间段的三维运动过程，所再现的机械臂的初始状态、最终状态以及过程运动轨迹与再现机械臂任意时间段的三维运动过程的完全一致，具体实施步骤如下：

在机械臂完成某一组动作后，上位机读取上位机中存储的相关运动参数，按照时间区域内时间单元的排列顺序，依次将对应的机械臂转动角度、末端位置、各轴角位移及角速度参数发送至机械臂控制器，控制机械臂各轴运动，从而完整再现机械臂完成某一组动作的运动过程，重复定位精度高；

用户也能仅选取该组动作所隶属时间区域内的某个时间段，以控制机械臂再现该组动作中的某一个动作或多个动作，从而实现运动再现的灵活变化。

进一步的，在运动再现时，通过调节数据复原刷新周期来实现运动历史过程的加减速再现；具体实施步骤如下：

当需要实现机器人某段运动历史过程的加速或减速再现时，对数据复现周期进行更改，上位机将根据数据复现周期与采样周期的比值，分别对数据传输的时间间隔和所记录的各轴角速度进行等比例的放大和缩小；

上位机按照变更后的数据传输时间间隔，依次将机械臂转动角度、末端位置、各轴角位移及缩放后的角速度发送至机械臂控制器，控制机械臂各轴运动，从而实现运动历史过程的加减速再现。

进一步的，当多轴机械臂出现故障需要复现时，把存储在上位机中的故障时间区域内的所述运动参数作为机械臂控制参数发送给机械臂控制器，控制机械臂再现整个故障过程；其具体步骤如下：

步骤1、根据故障发生时间，选定需要进行运动再现的时间区域；

步骤2、上位机将上位机中所存储的所述故障时间区域内的运动参数，按照时间单元的排序依次发送给机械臂控制器；

步骤3、机械臂控制器根据接收到的控制和运动参数，驱动机械臂再现作业过程，从而实现故障再现。

本发明具有如下优点：1、本发明可以将多轴机械臂运动过程中的机械臂旋转角度、末端位置数据、各轴角位移及角速度记录下来，并存储在上位机中，为研究多轴机械臂运动过程提供极大便利。

2、本发明可以实现在任意时间、任意状态下，完整再现多轴机械臂任意时间区域内的三维运动过程，且可确保再现精度。而且用户无需具有编程基础也能操作机械臂实现运动再现，操作过程简单，工作效率高，从而有利于机器人在实际生产中的应用与推广。

3、在运动再现时，可以通过调节数据复原刷新周期来实现运动历史过程的加减速复现，实现运动再现的多样性，扩大机器人在实际生产中的运用范围。

4、在多轴机械臂发送故障后，可以调用故障发生时刻所属时间区域的记录数据，实现故障的完整复现，便于用户进行故障诊断、修复和分析。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图。

图2为本发明涉及硬件的架构图。

图3为本发明运动参数存储流程图。

图4为本发明运动再现流程图。

具体实施方式

请参阅图1至图4所示，本发明的一种工业多轴机械臂的运动再现方法，所述方法需提供多轴机械臂、机械臂控制器、上位机以及工控机；利用工控机和以太网实现了上位机与机械臂控制器之间的数据通信；

当多轴机械臂运行时，根据设置好的采样周期，实时采集多轴机械臂运动过程中的运动参数，并将运动参数存储到上位机中；

当需要再现运动轨迹时，将记录的运动参数根据记录的顺序和设置的数据复现周期，依次发送给机械臂控制器，控制完整再现整个作业过程，可实现既定轨迹的精确复现。

当多轴机械臂作业中发生故障后，将存储在上位机中的所述运动参数依次发送给多轴机械臂，使其再现整个作业过程，便于用户排查故障。

如图2所示，本发明的整个***构架由多轴机械臂、机械臂其控制器、上位机和工控机组成，***利用工控机和以太网实现了上位机与多轴机械臂控制器之间的数据通信，使上位机能够实时采集当前正在动作的多轴机械臂的运动参数，并将其保存在上位机中。所述运动参数包括机械臂旋转角度、末端位置数据、各轴角位移及角速度。除此之外，还可以定时发送控制和运动参数数据给多轴机械臂实现对机械臂的运动控制。

在多轴机械臂所有运动过程中，都能实时采集和保存多轴机械臂运动过程中的运动参数，所述运动参数包括：机械臂旋转角度、末端位置数据、各轴角位移及角速度。

具体实施步骤如下：

1)在多轴机械臂运动过程中，根据设置的采样周期，上位机通过组态软件实时采集机械臂包括机械臂旋转角度、末端位置数据、各轴角位移及角速度在内的运动参数，并将其对应到相应的时间单元，依次存储在上位机中；

2)在多轴机械臂进行运动再现的过程中，也会根据设置的采样周期，将机械臂的旋转角度、末端位置数据和各轴角位移及角速度依次记录并存储至上位机中。

例1，运动参数的记录和存储方式示例。参见表1：机械臂运动参数存储示例。

表1

另外，本发明可在任意时间、任意状态下，利用记录在上位机中的历史数据，快速再现机械臂任意时间段的三维运动过程，所再现的机械臂的初始状态、最终状态以及过程运动轨迹与再现机械臂任意时间段的三维运动过程的完全一致，可实现整个运动过程的精确复现。

具体实施步骤如下：

1)在机械臂完成某一组动作后，上位机读取上位机中存储的相关运动参数，按照时间区域内时间单元的排列顺序，依次将对应的机械臂转动角度、末端位置、各轴角位移及角速度参数发送至机械臂控制器，控制机械臂各轴运动，从而完整再现机械臂完成某一组动作的运动过程，重复定位精度高。

2)用户也可以仅选取该组动作所隶属时间区域内的某个时间段，以控制机械臂再现该组动作中的某一个动作或多个动作，从而实现运动再现的灵活变化。

本发明的一种工业多轴机械臂的运动再现方法，在运动再现时，可以通过调节数据复原刷新周期来实现运动历史过程的加减速再现。

具体实施步骤如下：

1)当需要实现机器人某段运动历史过程的加速或减速再现时，可以对数据复现周期进行更改，上位机将根据数据复现周期与采样周期的比值，分别对数据传输的时间间隔和所记录的各轴角速度进行等比例的放大和缩小。

2)上位机按照变更后的数据传输时间间隔，依次将机械臂转动角度、末端位置、各轴角位移及缩放后的角速度发送至机械臂控制器，控制机械臂各轴运动，从而实现运动历史过程的加减速再现。

这里需要说明的是：本发明在多轴机械臂发生故障后，可以调用该时间段的记录数据，实现故障复现，便于用户进行故障排查。

当多轴机械臂出现故障需要复现时，可以把存储在上位机中的故障时间区域内的所述运动参数作为机械臂控制参数发送给机械臂控制器，控制机械臂再现整个故障过程。

其具体步骤如下：

步骤1、根据故障发生时间，选定需要进行运动再现的时间区域；

步骤2、上位机将上位机中所存储的所述故障时间区域内的运动参数，按照时间单元的排序依次发送给机械臂的控制器；

步骤3、控制器根据接收到的控制和运动参数，驱动机械臂再现作业过程，从而实现故障再现。

总之，本发明用于解决现有工业多轴机械臂的运动再现方法对用户专业要求高，不能精确再现示教中的运动轨迹、再现程序修改困难以及故障查找不方便的技术问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种工业多轴机械臂的运动再现方法，其特征在于：所述方法需提供多轴机械臂、机械臂控制器、上位机以及工控机；利用工控机和以太网实现了上位机与机械臂控制器之间的数据通信；

当多轴机械臂运行时，根据设置好的采样周期，实时采集多轴机械臂运动过程中的运动参数，并将运动参数存储到上位机中；当需要再现运动轨迹时，将记录的运动参数根据记录的顺序和设置的数据复现周期，依次发送给机械臂控制器，控制完整再现整个作业过程。

2.根据权利要求1所述的一种工业多轴机械臂的运动再现方法，其特征在于：所述方法进一步包括：当多轴机械臂作业中发生故障后，将存储在上位机中的所述运动参数依次发送给多轴机械臂，使其再现整个作业过程，便于用户排查故障。

3.根据权利要求1所述的一种工业多轴机械臂的运动再现方法，其特征在于：在多轴机械臂所有运动过程中，都能实时采集和保存多轴机械臂运动过程中的运动参数，所述运动参数包括：机械臂旋转角度、末端位置数据、各轴角位移及角速度。

4.根据权利要求3所述的一种工业多轴机械臂的运动再现方法，其特征在于：所述在多轴机械臂所有运动过程中，都能实时采集和保存多轴机械臂运动过程中的运动参数，具体为：

在多轴机械臂运动过程中，根据设置的采样周期，上位机通过组态软件实时采集多轴机械臂，包括机械臂旋转角度、末端位置数据、各轴角位移及角速度在内的运动参数，并将运动参数对应到相应的时间单元，依次存储在上位机中；

在多轴机械臂进行运动再现的过程中，也会根据设置的采样周期，将机械臂的旋转角度、末端位置数据和各轴角位移及角速度依次记录并存储至上位机中。

5.根据权利要求1所述的一种工业多轴机械臂的运动再现方法，其特征在于：所述方法进一步包括：能在任意时间、任意状态下，利用记录在上位机中的历史数据，快速再现机械臂任意时间段的三维运动过程，所再现的机械臂的初始状态、最终状态以及过程运动轨迹与再现机械臂任意时间段的三维运动过程的完全一致，具体实施步骤如下：

在机械臂完成某一组动作后，上位机读取上位机中存储的相关运动参数，按照时间区域内时间单元的排列顺序，依次将对应的机械臂转动角度、末端位置、各轴角位移及角速度参数发送至机械臂控制器，控制机械臂各轴运动，从而完整再现机械臂完成某一组动作的运动过程，重复定位精度高；

用户也能仅选取该组动作所隶属时间区域内的某个时间段，以控制机械臂再现该组动作中的某一个动作或多个动作，从而实现运动再现的灵活变化。

6.根据权利要求1所述的一种工业多轴机械臂的运动再现方法，其特征在于：在运动再现时，通过调节数据复原刷新周期来实现运动历史过程的加减速再现；具体实施步骤如下：

当需要实现机器人某段运动历史过程的加速或减速再现时，对数据复现周期进行更改，上位机将根据数据复现周期与采样周期的比值，分别对数据传输的时间间隔和所记录的各轴角速度进行等比例的放大和缩小；

上位机按照变更后的数据传输时间间隔，依次将机械臂转动角度、末端位置、各轴角位移及缩放后的角速度发送至机械臂控制器，控制机械臂各轴运动，从而实现运动历史过程的加减速再现。

7.根据权利要求1所述的一种工业多轴机械臂的运动再现方法，其特征在于：

当多轴机械臂出现故障需要复现时，把存储在上位机中的故障时间区域内的所述运动参数作为机械臂控制参数发送给机械臂控制器，控制机械臂再现整个故障过程；其具体步骤如下：

步骤1、根据故障发生时间，选定需要进行运动再现的时间区域；

步骤2、上位机将上位机中所存储的所述故障时间区域内的运动参数，按照时间单元的排序依次发送给机械臂控制器；

步骤3、机械臂控制器根据接收到的控制和运动参数，驱动机械臂再现作业过程，从而实现故障再现。