CN109986565A - 一种工业机器人的控制***及精度补偿方法 - Google Patents

一种工业机器人的控制***及精度补偿方法 Download PDF

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付鹏强
薛军旗
周丽杰
王义文
刘立佳
蒋银红
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    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Robotics (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种工业机器人的控制***及精度补偿方法，所述***包括控制终端、PLC模块、激光跟踪仪和工业机器人；PLC模块分别与控制终端和工业机器人通信连接，激光跟踪仪与控制终端通信连接。通过控制终端中的上位机组态软件生成控制指令并发送至PLC模块；PLC模块用于控制工业机器人执行相应动作；通过激光跟踪仪采集工业机器人实际位姿信息，并与目标位姿相比较，利用控制终端内的算法进行精度补偿以达到较高的位置精度。本发明通过PLC模块实现控制终端与工业机器人之间的通信并完成相应的精度补偿，整个***能合理分配数据处理任务和动作执行任务，提高了工业机器人的工作效率及定位精度。

Description

一种工业机器人的控制***及精度补偿方法
技术领域
本发明属于工业自动化软件控制技术领域，具体涉及一种工业机器人的控制***。
背景技术
随着经济社会的发展，对工厂生产效率及产品质量的要求越来越高。而目前，随着产业进一步升级，工厂生产线引入机器人取代人工操作有着极大的现实价值。然而现有实现方式中，PC与机器人直接通信时，存在占用过多机器人处理器运算资源和内存资源的问题，造成整个***效率及产品质量的下降。针对这一主要问题，本发明提出了——一种工业机器人的控制***及精度补偿方法，以提高工业机器人的工作效率及定位精度。
发明内容
本发明设计了一种工业机器人的控制***及精度补偿方法，其目的是为了提高工业机器人的工作效率及定位精度，以解决现有技术中存在的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种工业机器人的控制***，所述的控制***包括控制终端、PLC模块、激光跟踪仪和工业机器人；PLC模块分别与控制终端和工业机器人通信连接，激光跟踪仪与控制终端通信连接；控制终端用于通过上位机组态软件生成控制指令，并将控制指令发送至PLC模块；PLC模块用于控制工业机器人执行相应动作；激光跟踪测量***用于采集工业机器人的实际位姿并反馈至控制终端，控制终端还用于对比实际位姿与目标位姿，利用控制算法进行精度补偿以达到较高的位置精度。
进一步地，所述控制终端与PLC模块之间通过TCP协议进行通信；所述控制终端与激光跟踪仪之间通过RJ45电缆(网线)进行通信；所述PLC模块与工业机器人之间通过Profibus-DP协议进行通信。
进一步地，所述PLC模块还用于根据控制指令修改寄存器的数据值，以供工业机器人从寄存器中读取数据值，数据值用于控制工业机器人执行相应动作。
进一步地，所述激光跟踪测量***包括激光跟踪仪、控制器、反射器(靶镜)和测量附件。
进一步地，所述精度补偿是通过激光跟踪仪采集工业机器人动作后的实际位姿跟目标位姿相比较，利用控制算法计算得到补偿后的关节角，通过上位机组态软件编程传输至PLC模块并作用于工业机器人以达到较高的定位精度。
进一步地，所述控制算法采用N-R迭代算法。
本发明实施例的第二方面提供了一种工业机器人的精度补偿方法，所述方法包括：选定一组目标位姿pm，利用机器人运动学逆解方法获得与之相对应的名义关节角组合，记为θm；
运用机器人定位误差模型，将其求得的位置、角度偏差值与名义关节参数相结合，得到工业机器人在实际参数作用下的机器人实际位姿pn，再次利用运动学逆解方法求解pn相对应的关节角变量θn；
设关节角的初始估计值为Δθi，且Δθi＝θn-θm，令Δp＝pm-pn，可以得到：
使用N-R迭代算法，对上式进行迭代运算，设定最终的迭代精度值ε，对关节角都进行补偿，即：
θ＝θ+Δθi+δθi
将θ重新带入工业机器人的正解公式，获得正确的指令位置，即为机器人的目标位置。
本发明的有益效果
对于一种工业机器人的控制***，它最大的效果为控制终端与工业机器人之间通过PLC模块进行通信，并进一步实现对工业机器人的控制，整个***能合理分配数据处理任务和动作执行任务，发挥最大效率，降低机器人的负担，提高工业机器人的工作效率，同时引入反馈机制，提高***有效性；通过激光跟踪仪采集工业机器人的实际位姿，并于目标位姿相比较，分析是否达到预期的定位效果，否则将利用控制算法对机器人的位姿进行精度补偿，以达到较高的定位精度。
附图说明
图1为工业机器人的控制***结构图；
图2为工业机器人精度补偿算法原理图。
具体实施方案
由图1所示，本发明的一种工业机器人的控制***，所述工业机器人的控制***包括控制***5、激光跟踪测量***6和工业机器人4。
所述控制***5包括控制终端1和PLC模块2。激光跟踪测量***6包括激光跟踪仪3，用于采集工业机器人4动作后的实际位姿，并传送至控制终端1；
控制终端5与PLC模块2之间通过TCP协议进行通信，控制终端5与激光跟踪仪3之间通过RJ45电缆(网线)进行通信，PLC模块2与工业机器人4之间通过Profibus-DP协议进行通信；
控制终端5收到激光跟踪仪3采集到的机器人4动作后的实际位姿信息后，根据内部N-R迭代算法计算出补偿后的关节角并重新编写PLC模块控制程序进而控制工业机器人以达到较高的工作效率和定位精度。
N-R迭代算法补偿工业机器人定位误差的步骤简要概述如下：
1)选定一组目标位姿pm，利用机器人运动学逆解的方法获得与之相对应的名义关节角组合，记为θm；
2)运用机器人定位误差模型，将其求得的位置、角度偏差值与名义关节参数相结合，得到工业机器人在实际参数作用下的机器人末端位姿pn，再次利用逆运动学求解的方法求解和pn相对应的关节角变量θn；
3)设关节角的初始估计值为Δθi，且Δθi＝θn-θm，令Δp＝pm-pn，可以得到：
4)使用N-R迭代算法，对上式进行迭代运算，设定最终的迭代精度值ε，对关节角都进行补偿，即：
θ＝θ+Δθi+δθi
5)将θ重新带入工业机器人的正解公式，即可求得正确的指令位置，即为机器人的目标位置。

Claims (7)

1.一种工业机器人的控制***，其特征在于，所述的控制***包括控制终端、PLC模块、激光跟踪仪和工业机器人；PLC模块分别与控制终端和工业机器人通信连接，激光跟踪仪与控制终端通信连接；控制终端用于通过上位机组态软件生成控制指令，并将控制指令发送至PLC模块；PLC模块用于控制工业机器人执行相应动作；激光跟踪测量***用于采集工业机器人的实际位姿并反馈至控制终端，控制终端还用于对比实际位姿与目标位姿，利用控制算法进行精度补偿以达到较高的位置精度。
2.根据权利要求1所述的工业机器人的控制***，其特征在于：所述控制终端与PLC模块之间通过TCP协议进行通信；所述控制终端与激光跟踪仪之间通过RJ45电缆（网线）进行通信；所述PLC模块与工业机器人之间通过Profibus-DP协议进行通信。
3.根据权利要求1所述的工业机器人的控制***，其特征在于：所述PLC模块还用于根据控制指令修改寄存器的数据值，以供工业机器人从寄存器中读取数据值，数据值用于控制工业机器人执行相应动作。
4.根据权利要求1所述的工业机器人的控制***，其特征在于：所述激光跟踪测量***包括激光跟踪仪、控制器、反射器（靶镜）和测量附件。
5.根据权利要求1所述的工业机器人的控制***，其特征在于：所述精度补偿是通过激光跟踪仪采集工业机器人动作后的实际位姿与目标位姿相比较，利用控制算法计算得到补偿后的关节角，通过上位机组态软件编程传输至PLC模块并作用于工业机器人以达到较高的定位精度。
6.根据权利要求1所述的工业机器人的控制***，其特征在于：所述控制算法采用N-R迭代算法。
7.一种工业机器人的精度补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
选定一组目标位姿，利用机器人运动学逆解方法获得与之相对应的名义关节角组合，记为；
运用机器人定位误差模型，将其求得的位置、角度偏差值与名义关节参数相结合，得到工业机器人在实际参数作用下的机器人实际位姿，再次利用运动学逆解的方法求解相对应的关节角变量；
设关节角的初始估计值为，且 = - ，令 = - ，可以得到：
= - = +
使用N-R迭代算法，对上式进行迭代运算，设定最终的迭代精度值，对关节角都进行补偿，即：
= + +
将重新带入工业机器人的正解公式，即可求得正确的指令位置，即为机器人的目标位置。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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