CN110813647A

CN110813647A - 五轴运动控制方法、装置及点胶设备

Info

Publication number: CN110813647A
Application number: CN201911195021.2A
Authority: CN
Inventors: 黄爱林; 马爽
Original assignee: Shenzhen Shizong Automation Equipment Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Shizong Automation Equipment Co Ltd
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-02-21

Abstract

本发明公开了一种五轴运动控制方法、装置及点胶设备，其中，该方法包括采集参考点的坐标数据；根据所述坐标数据采用标定算法计算X轴、Y轴、Z轴、U轴及R轴的中心坐标及法向量，其中，X轴、Y轴及Z轴为平移轴，U轴和R轴为旋转轴；根据所述中心坐标及法向量计算点位坐标；根据所述点位坐标控制五轴运动。根据本发明实施例提供的五轴运动控制方法、装置及点胶设备，可以对旋转轴进行点位空间标定，实现点位的准确计算，再根据准确的点位进行运动控制，可以达到精确控制的目的。由此，可以降低对五轴控制***的精度要求，从而降低五轴控制***的成本和开发时间。此外，可以通过标定和点位计算，将一台设备的点位赋值至另一外一台设备，具有更好的通用性。

Description

五轴运动控制方法、装置及点胶设备

技术领域

本发明涉及多轴运动控制技术领域，尤其涉及一种五轴运动控制方法、装置及点胶设备。

背景技术

在各种自动化设备中，通常需要配合多个轴的运动进而实现自动化作业，而多轴运动时，从一个位置运动至另一个位置，需要控制***进行准确的控制，才能确保能够从运动位置的准确。相关技术中，在五轴运动***中，U轴和R轴的旋转运动控制，通常需要用配置高精度五轴控制***，并需要独立开发软件和算法，对于用户而言，开发周期长，成本高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种五轴运动控制方法、装置及点胶设备。

为实现上述目的，一方面，根据本发明实施例的五轴运动控制方法，包括：

采集参考点的坐标数据；

根据所述坐标数据采用标定算法计算X轴、Y轴、Z轴、U轴及R轴的中心坐标及法向量，其中，X轴、Y轴及Z轴为平移轴，U轴和R轴为旋转轴；

根据所述中心坐标及法向量计算点位坐标；

根据所述点位坐标控制五轴运动。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述中心坐标及法向量计算点位坐标包括：

将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第一平移矩阵；

将旋转轴旋转至YOZ平面，得到第一X轴旋转矩阵；

将旋转轴旋转至与Z轴重合，得到第一Y轴旋转矩阵；

将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第二平移矩阵；

将旋转轴绕Z轴旋转，得到Z轴旋转矩阵；

执行“将旋转轴旋转至与Z轴重合”的逆过程，得到第二Y轴旋转矩阵；

执行“将旋转轴旋转至YOZ平面”的逆过程，得到第二X轴旋转矩阵；

执行“将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点”，得到第三平移矩阵；

根据所述第一X轴旋转矩阵、第一Y轴旋转矩阵、Z轴旋转矩阵、第二Y轴旋转矩阵及第二X轴旋转矩阵得到绕任意轴旋转的结果矩阵；

根据所述结果矩阵即可计算点位坐标。

根据本发明的一个实施例，所述将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第一平移矩阵包括：

将旋转轴V1V2平移至XYZ坐标系的原点，得到旋转轴OP，其中，V1点的坐标为(a1,b1,c1)，V2点的坐标为(a2,b2,c2)，O点的坐标为(0,0,0)，P点的坐标为(a,b,c)；

则得到第一平移矩阵T(x,y,z)：

根据本发明的一个实施例，所述将旋转轴旋转至YOZ平面，得到第一X轴旋转矩阵包括：

作p点在平面YOZ上的投影q点，再过q点作Z轴垂线，则得到r点是p点绕X轴旋转α角所得，r点的坐标为

则得到第一X轴旋转矩阵R_X(α)：

根据本发明的一个实施例，所述将旋转轴旋转至与Z轴重合，得到第一Y轴旋转矩阵包括：

将旋转轴or绕Y轴旋转β角至与Z轴重合，则有：

则得到第一Y轴旋转矩阵R_y(-β)：

根据本发明的一个实施例，所述将旋转轴绕Z轴旋转，得到Z轴旋转矩阵包括：

将旋转轴or绕Z轴旋转θ角后，则得到Z轴旋转矩阵R_z(θ)：

根据本发明的一个实施例，所述根据所述第一X轴旋转矩阵、第一Y轴旋转矩阵、Z轴旋转矩阵、第二Y轴旋转矩阵及第二X轴旋转矩阵得到绕任意轴旋转的结果矩阵包括：

将第一X轴旋转矩阵、第一Y轴旋转矩阵、Z轴旋转矩阵、第二Y轴旋转矩阵及第二X轴旋转矩阵相乘得到结果矩阵M：

另一方面，根据本发明实施例的五轴运动控制装置，包括：

采集单元，用于采集参考点的坐标数据；

标定单元，用于根据所述坐标数据采用标定算法计算X轴、Y轴、Z轴、U轴及R轴的中心坐标及法向量，其中，X轴、Y轴及Z轴为平移轴，U轴和R轴为旋转轴；

计算单元，用于根据所述中心坐标及法向量计算点位坐标；

控制单元，用于根据所述点位坐标控制五轴运动。

根据本发明的一个实施例，所述计算单元具体用于：

将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第一平移矩阵；

将旋转轴旋转至YOZ平面，得到第一X轴旋转矩阵；

将旋转轴旋转至与Z轴重合，得到第一Y轴旋转矩阵；

将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第二平移矩阵；

将旋转轴绕Z轴旋转，得到Z轴旋转矩阵；

根据所述结果矩阵即可计算点位坐标。

又一方面，根据本发明实施例的点胶设备，包括五轴运动控制设备，所述五轴运动控制设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的五轴运动控制方法。

根据本发明实施例提供的五轴运动控制方法、装置及点胶设备，通过采集参考点的坐标数据，根据所述坐标数据采用标定算法计算X轴、Y轴、Z轴、U轴及R轴的中心坐标及法向量，再根据所述中心坐标及法向量计算点位坐标，最后，根据所述点位坐标控制五轴运动，如此，可以对旋转轴进行点位空间标定，实现点位的准确计算，再根据准确的点位进行运动控制，可以达到精确控制的目的。由此，可以降低对五轴控制***的精度要求，从而降低五轴控制***的成本和开发时间。此外，可以通过标定和点位计算，将一台设备的点位赋值至另一外一台设备，具有更好的通用性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明五轴运动控制方法实施例的流程图；

图2是本发明五轴运动控制方法中部分步骤的过程图；

图3是本发明五轴运动控制方法中旋转轴旋转至YOZ平面的过程图；

图4是本发明五轴运动控制装置实施例的结构示意图；

图5是本发明点胶设备实施例的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1所示，图1示出了本发明实施例提供的五轴运动控制方法一个实施例的流程图，为了便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分。具体的，该五轴运动控制方法可以由具有五轴的自动化设备执行，该自动化设备可以但不限于点胶设备，该五轴运动控制方法具体包括：

S101、采集参考点的坐标数据。

具体地，治具平台可以绕U轴、R轴转动，可以在治具平台处于水平状态，以治具平台上的某一个点为参考点(x0、y0)，将治具平台沿R轴转动第一角度，得到参考点的位置坐标(x1、y1)，再将治具平台沿R轴转动第二角度，得到参考点的位置坐标(x2、y2)，接着，将治具平台沿U轴转动第三角度，得到参考点的位置坐标(x3、y3)，再将治具平台沿U轴转动第四角度，得到参考点的位置坐标(x4、y4)，以这些位置坐标作为坐标数据。

S102、根据所述坐标数据采用标定算法计算X轴、Y轴、Z轴、U轴及R轴的中心坐标及法向量，其中，X轴、Y轴及Z轴为平移轴，U轴和R轴为旋转轴。

S103、根据所述中心坐标及法向量计算点位坐标。具体地，该步骤S102可以包括：

步骤1、将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第一平移矩阵。

步骤2、将旋转轴旋转至YOZ平面，得到第一X轴旋转矩阵。

步骤3、将旋转轴旋转至与Z轴重合，得到第一Y轴旋转矩阵。

步骤4、将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第二平移矩阵。

步骤5、将旋转轴绕Z轴旋转，得到Z轴旋转矩阵。其中，步骤1至步骤5的过程可参见图2所示。

步骤6、执行“将旋转轴旋转至与Z轴重合”的逆过程，得到第二Y轴旋转矩阵。

步骤7、执行“将旋转轴旋转至YOZ平面”的逆过程，得到第二X轴旋转矩阵。

步骤8、执行“将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点”，得到第三平移矩阵。

步骤9、根据所述第一X轴旋转矩阵、第一Y轴旋转矩阵、Z轴旋转矩阵、第二Y轴旋转矩阵及第二X轴旋转矩阵得到绕任意轴旋转的结果矩阵。

步骤10、根据所述结果矩阵即可计算点位坐标。例如以一个点A为例，A点的原坐标(x_原、y_原、z_原)，在沿U轴旋转角度ω1，沿R轴旋转角度ω2之后，则可以根据结果矩阵计算出A点的新坐标(x_新、y_新、z_新)，或者根据A点的原坐标和新坐标可以计算出需要绕U轴旋转的角度ω1及沿R轴旋转的角度ω2。

S104、根据所述点位坐标控制五轴运动。

根据本发明实施例提供的五轴运动控制方法，通过采集参考点的坐标数据，根据所述坐标数据采用标定算法计算X轴、Y轴、Z轴、U轴及R轴的中心坐标及法向量，再根据所述中心坐标及法向量计算点位坐标，最后，根据所述点位坐标控制五轴运动，如此，可以对旋转轴进行点位空间标定，实现点位的准确计算，再根据准确的点位进行运动控制，可以达到精确控制的目的。由此，可以降低对五轴控制***的精度要求，从而降低五轴控制***的成本和开发时间。此外，可以通过标定和点位计算，将一台设备的点位赋值至另一外一台设备，具有更好的通用性。

在本发明的一个实施例中，所述将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第一平移矩阵包括：

则得到第一平移矩阵T(x,y,z)：

参照图3所示，在本发明的一个实施例中，所述将旋转轴旋转至YOZ平面，得到第一X轴旋转矩阵包括：

则得到第一X轴旋转矩阵R_X(α)：

在本发明的一个实施例中，所述将旋转轴旋转至与Z轴重合，得到第一Y轴旋转矩阵包括：

将旋转轴or绕Y轴旋转β角至与Z轴重合，则有：

则得到第一Y轴旋转矩阵R_y(-β)：

在本发明的一个实施例中，所述将旋转轴绕Z轴旋转，得到Z轴旋转矩阵包括：

将旋转轴or绕Z轴旋转θ角后，则得到Z轴旋转矩阵R_z(θ)：

在本发明的一个实施例中，所述根据所述第一X轴旋转矩阵、第一Y轴旋转矩阵、Z轴旋转矩阵、第二Y轴旋转矩阵及第二X轴旋转矩阵得到绕任意轴旋转的结果矩阵包括：

参照图4所示，图4示出了本发明实施例提供的五轴运动控制装置一个实施例的结构示意图，为了便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分。具体的，该五轴运动控制装置包括：

采集单元401，用于采集参考点的坐标数据。

标定单元402，用于根据所述坐标数据采用标定算法计算X轴、Y轴、Z轴、U轴及R轴的中心坐标及法向量，其中，X轴、Y轴及Z轴为平移轴，U轴和R轴为旋转轴。

计算单元403，用于根据所述中心坐标及法向量计算点位坐标。

在本发明的一个实施例中，所述计算单元具体用于：

将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第一平移矩阵。

将旋转轴旋转至YOZ平面，得到第一X轴旋转矩阵。

将旋转轴旋转至与Z轴重合，得到第一Y轴旋转矩阵。

将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点，得到第二平移矩阵。

将旋转轴绕Z轴旋转，得到Z轴旋转矩阵。

执行“将旋转轴旋转至与Z轴重合”的逆过程，得到第二Y轴旋转矩阵。

执行“将旋转轴旋转至YOZ平面”的逆过程，得到第二X轴旋转矩阵。

执行“将旋转轴平移至XYZ坐标系的原点”，得到第三平移矩阵。

根据所述第一X轴旋转矩阵、第一Y轴旋转矩阵、Z轴旋转矩阵、第二Y轴旋转矩阵及第二X轴旋转矩阵得到绕任意轴旋转的结果矩阵。

根据所述结果矩阵即可计算点位坐标。

控制单元404，用于根据所述点位坐标控制五轴运动。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置或***类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

根据本发明实施例提供的五轴运动控制装置，通过采集参考点的坐标数据，根据所述坐标数据采用标定算法计算X轴、Y轴、Z轴、U轴及R轴的中心坐标及法向量，再根据所述中心坐标及法向量计算点位坐标，最后，根据所述点位坐标控制五轴运动，如此，可以对旋转轴进行点位空间标定，实现点位的准确计算，再根据准确的点位进行运动控制，可以达到精确控制的目的。由此，可以降低对五轴控制***的精度要求，从而降低五轴控制***的成本和开发时间。此外，可以通过标定和点位计算，将一台设备的点位赋值至另一外一台设备，具有更好的通用性。

参照图5所示，本发明实施例还提供了一种点胶设备，包括五轴运动控制设备500，所述五轴运动控制设备500包括存储器502、处理器501以及存储在所述存储器502上并可在所述处理器501上运行的计算机程序5021，所述处理器501执行所述计算机程序5021时实现如上所述的五轴运动控制方法。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。