CN111817612A - 一种螺丝锁付装配工艺控制装置及方法 - Google Patents
一种螺丝锁付装配工艺控制装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例涉及自动装配技术领域,公开了一种螺丝锁付装配工艺控制装置及方法,该装置包括:平面定位模块、下压力控制模块、行为决策模块和速度控制模块,其中,所述下压力控制模块包括:下压力检测子模块以及下压力控制子模块,所述速度控制模块包括速度控制子模块,本发明,采用了下压力检测子模块以及下压力控制子模块实现了在不需要对机器人进行外部改装的情况下,精确地控制Z轴的位置和下压力,可有效提高螺丝锁付的良率,且成本低;对第四电动机的旋转速度进行反馈控制,可提高螺丝锁付过程的稳定性,也可以通过旋转速度的变化来估计螺丝锁付的阶段,进而达到精确控制的目的。
Description
技术领域
本发明实施例涉及自动装配技术领域,特别是涉及一种螺丝锁付装配工艺控制装置及方法。
背景技术
水平多关节机器人擅长在平面区域工作,同时又具备Z轴上下运动的能力,适合水平面上的螺丝装配工作。传统的工业机器人刚性过强,如果直接用于装配容易导致机器人和外部环境发生碰撞,会损坏机器人本体。传统的做法是在进行螺丝装配工作时添加外部传感器和缓冲机构,或者直接在机器人本体上加装伺服电批进行改造。
中国专利申请CN201820473851.1公开了一种自动化螺丝装配设备,通过将传统的水平四关节机器人的第三第四关节改装成伺服电批来满足螺丝装配过程中对下压力和旋转速度的要求。该方法需要在传统的水平机器人上进行改装,丧失了传统机器人的通用性,且加入的伺服电批提高了自动化设备的机构成本。
中国专利申请CN201810177801.3则公开了一种螺丝锁付装置,通过在水平四轴机器人末端外挂装置中的压紧弹簧来控制机器人锁付时的下压力。以上的方法通过弹簧来提供锁付时的下压力,但是这种方法提供的下压力无法准确检测也无法精确控制,影响到螺丝锁付的良率。
综上所述,亟需一种可精确控制、通行性好且成本低的螺丝锁付装配工艺控制装置。
发明内容
本发明实施例主要解决的技术问题是提供一种螺丝锁付装配工艺控制装置及方法,能够解决现有螺丝锁付装配工艺控制装置或通用性差且成本高、或无法精确控制装配下压力的问题。
为解决上述技术问题,第一方面,本发明实施例采用的一个技术方案是:提供一种螺丝锁付装配工艺控制装置,所述装置包括:平面定位模块、下压力控制模块和行为决策模块,其中,所述平面定位模块包括:
通过关节连接于基台上的第一臂,并由第一电动机驱动所述第一臂进行旋转;
第一位置测量子模块,用于测量所述第一电动机的当前旋转角度;
第一位置控制子模块,用于根据所述第一电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第一电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置;
连接于所述第一臂末端的第二臂,并由第二电动机的驱动所述第二臂进行旋转;
第二位置测量子模块,用于测量所述第二电动机的当前旋转角度;
第二位置控制子模块,用于根据所述第二电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第二电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置;
所述下压力控制模块包括:
第一轴,由安装于所述第二臂上的第三电动机和安装于所述第二臂末端的滚珠丝杆构成,通过所述第三电动机驱动使滚珠丝杆做Z轴的上下运动;
第三位置测量子模块,用于测量所述第三电动机的当前旋转角度;
第三位置控制子模块,用于根据所述第三电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第三电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置;
下压力检测子模块,用于根据采集到得第三电动机的电流信号来检测所述第一轴中的滚珠丝杆下压力;
下压力控制子模块,用于根据所述下压力进行反馈控制,以使第一轴滚珠丝杆的所述下压力跟随期望下压力。
进一步地,所述装置还包括:速度控制模块,其中,所述速度控制模块包括:
第二轴,由安装于所述第二臂上的第四电动机和所述的滚珠丝杆构成,通过所述第四电动机的驱动使滚珠丝杆做围绕Z轴的旋转运动;
速度测量子模块,用于测量所述第四电动机的当前旋转速度;
速度控制子模块,用于根据所述第四电动机的当前旋转速度进行反馈控制,以使第四电动机的反馈速度跟随行为决策模块下发的期望速度。
进一步地,所述装置还包括设置于第三电动机上的霍尔电流传感器,其中,下压力检测子模块具体用于通过霍尔电流传感器反馈的电流,结合第一轴动力学模型,获得下压力检测值;
所述下压力控制子模块具体用于通过所述第三电动机位置检测模块的位置检测值与位置指令值的偏差计算出下压力指令值,并通过计算所述下压力指令值和所述下压力检测值的偏差来计算出电动机的电流指令值。
进一步地,所述速度检测子模块具体用于通过将反馈位置信号进行差分得到第四电动机的当前旋转速度。
所述转速控制子模块具体用于根据当前旋转速度与速度指令值的偏差对电动机进行控制,使得第四电动机的实际速度跟随速度指令值。
进一步地,所述装置包括水平多关节机器人。
为解决上述技术问题,第二方面,本发明实施例采用的另一个技术方案是:提供一种螺丝锁付装配工艺控制方法,所述方法包括:
第一轴通过第三电动机驱动使滚珠丝杆做Z轴的上下运动,第二轴通过第四电动机驱动使滚珠丝杆做围绕Z轴的旋转运动;
测量使滚珠丝杆上下运动的第三电动机电流,并以第三电动机电流计算滚珠丝杆的下压力;
通过所述下压力对第三电动机进行下压力反馈控制,以使滚珠丝杆的下压力跟随行为决策模块的下压力指令值;
测量使滚珠丝杆上下运动的第三电动机旋转角度,根据所述第三电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第三电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置。
进一步地,所述方法还包括:
测量使滚珠丝杆旋转运动的第四电动机的旋转速度,根据所述第四电动机的当前旋转速度进行反馈控制,以使第四电动机的反馈速度跟随行为决策模块下发的期望速度。
本发明实施例的有益效果是:区别于现有技术的情况,采用了下压力检测子模块以及下压力控制子模块实现了在不需要对机器人进行外部改装的情况下,精确地控制Z轴的位置和下压力,可有效提高螺丝锁付的良率,且成本低;对第四电动机的旋转速度进行反馈控制,可提高螺丝锁付过程的稳定性,也可以通过旋转速度的变化来估计螺丝锁付的阶段,进而达到精确控制的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地,下面所描述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获得其他的附图。
图1是应用于本发明实施例的一螺丝锁付装配工艺控制装置的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的一螺丝锁付装配工艺控制方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需要说明的是,如果不冲突,本发明实施例中的各个特征可以相互结合,均在本发明的保护范围之内。另外,虽然在装置示意图中进行了功能模块划分,在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于装置中的模块划分,或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
除非另有定义,本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
具体地,下面结合附图,对本发明实施例作进一步阐述。
本发明实施例提供了一种螺丝锁付装配工艺控制装置,该装置适用于多关节机器人,如水平多关节机器人,以下实施例仅以水平多关节机器人为例进行说明,请参见图1,其示出了所述螺丝锁付装配工艺控制装置的结构示意图,该装置包括但不限于:平面定位模块、下压力控制模块和行为决策模块,其中,所述平面定位模块包括:
通过关节连接于基台上的第一臂,并由第一电动机驱动所述第一臂进行旋转;
第一位置测量子模块,用于测量所述第一电动机的当前旋转角度;
第一位置控制子模块,用于根据所述第一电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第一电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置;其中,行为决策模块用于根据各个电动机的当前旋转角度或速度的进行反馈控制平面定位模块、下压力控制模块及速度控制模块,是水平多关节机器人的控制模块,期望位置是水平多关节机器人预设位置。
连接于所述第一臂末端的第二臂,并由第二电动机的驱动所述第二臂进行旋转;
第二位置测量子模块,用于测量所述第二电动机的当前旋转角度;
第二位置控制子模块,用于根据所述第二电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第二电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置;
所述下压力控制模块包括:
第一轴,由安装于所述第二臂上的第三电动机和安装于所述第二臂末端的滚珠丝杆构成,通过所述第三电动机驱动使滚珠丝杆做Z轴的上下运动;
第三位置测量子模块,用于测量所述第三电动机的当前旋转角度;
第三位置控制子模块,用于根据所述第三电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第三电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置;
下压力检测子模块,用于根据采集到得第三电动机的电流信号来检测所述第一轴中的滚珠丝杆下压力;
下压力控制子模块,用于根据所述下压力进行反馈控制,以使第一轴滚珠丝杆的所述下压力跟随期望下压力。
具体的,所述装置还包括设置于第三电动机上的霍尔电流传感器,其中,下压力检测子模块具体用于通过霍尔电流传感器反馈的电流,结合第一轴动力学模型,获得下压力检测值;
所述下压力控制子模块具体用于通过所述第三电动机位置检测模块的位置检测值与位置指令值的偏差计算出下压力指令值,并通过计算所述下压力指令值和所述下压力检测值的偏差来计算出电动机的电流指令值。
本发明实施例中,下压力检测值为通过第一轴动力学模型计算获得实际下压力值。下压力指令值是水平多关节机器人根据当前实际位置检测与预定位置的偏差计算出来的调整下压力指令。采用了下压力检测子模块以及下压力控制子模块实现了在不需要对机器人进行外部改装的情况下,精确地控制Z轴的位置和下压力,可有效提高螺丝锁付的良率。
进一步地,所述装置还包括:速度控制模块,其中,所述速度控制模块包括:
第二轴,由安装于所述第二臂上的第四电动机和所述的滚珠丝杆构成,通过所述第四电动机的驱动使滚珠丝杆做围绕Z轴的旋转运动;
速度测量子模块,用于测量所述第四电动机的当前旋转速度;
速度控制子模块,用于根据所述第四电动机的当前旋转速度进行反馈控制,以使第四电动机的反馈速度跟随行为决策模块下发的期望速度。
具体的,所述速度检测子模块具体用于通过将反馈位置信号进行差分得到第四电动机的当前旋转速度。
所述转速控制子模块具体用于根据当前旋转速度与速度指令值的偏差对电动机进行控制,使得第四电动机的实际速度跟随速度指令值。
本发明实施例中,对第四电动机的旋转速度进行反馈控制,可提高螺丝锁付过程的稳定性,也可以通过旋转速度的变化来估计螺丝锁付的阶段,进而达到精确控制的目的。
本发明实施例提供了一种螺丝锁付装配工艺控制装置,采用了下压力检测子模块以及下压力控制子模块实现了在不需要对机器人进行外部改装的情况下,精确地控制Z轴的位置和下压力,可有效提高螺丝锁付的良率,且成本低;对第四电动机的旋转速度进行反馈控制,可提高螺丝锁付过程的稳定性,也可以通过旋转速度的变化来估计螺丝锁付的阶段,进而达到精确控制的目的。
本发明实施例提供了一种螺丝锁付装配工艺控制方法,该方法可被上述装置执行,请参见图2,其示出了一种螺丝锁付装配工艺控制方法的流程图,该方法包括但不限于以下步骤:
步骤201:第一轴通过第三电动机驱动使滚珠丝杆做Z轴的上下运动,第二轴通过第四电动机驱动使滚珠丝杆做围绕Z轴的旋转运动。
步骤202:测量使滚珠丝杆上下运动的第三电动机电流,并以第三电动机电流计算滚珠丝杆的下压力;
步骤203:通过所述下压力对第三电动机进行下压力反馈控制,以使滚珠丝杆的下压力跟随行为决策模块的下压力指令值;
步骤204:测量使滚珠丝杆上下运动的第三电动机旋转角度,根据所述第三电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第三电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置。
进一步地,所述方法还包括:
步骤205:测量使滚珠丝杆旋转运动的第四电动机的旋转速度,根据所述第四电动机的当前旋转速度进行反馈控制,以使第四电动机的反馈速度跟随行为决策模块下发的期望速度。
在本发明实施例,对第一电动机和第二电动机的旋转位置进行反馈控制,可以快速高精度地移动螺丝的XY坐标,提高螺丝锁付的节拍和良率,采用了下压力检测以及下压力控制实现了在不需要对机器人进行外部改装的情况下,精确地控制Z轴的位置和下压力,可有效提高螺丝锁付的良率,且成本低;对第四电动机的旋转速度进行反馈控制,可提高螺丝锁付过程的稳定性,也可以通过旋转速度的变化来估计螺丝锁付的阶段,进而达到精确控制的目的。
上述方法可实施本申请实施例所提供的装置,未在本实施例中详尽描述的技术细节,可参见本申请实施例所提供的装置。
需要说明的是,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;在本发明的思路下,以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合,步骤可以以任意顺序实现,并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化,为了简明,它们没有在细节中提供;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种螺丝锁付装配工艺控制装置,其特征在于,所述装置包括:平面定位模块、下压力控制模块和行为决策模块,其中,所述平面定位模块包括:
通过关节连接于基台上的第一臂,并由第一电动机驱动所述第一臂进行旋转;
第一位置测量子模块,用于测量所述第一电动机的当前旋转角度;
第一位置控制子模块,用于根据所述第一电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第一电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置;
连接于所述第一臂末端的第二臂,并由第二电动机的驱动所述第二臂进行旋转;
第二位置测量子模块,用于测量所述第二电动机的当前旋转角度;
第二位置控制子模块,用于根据所述第二电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第二电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置;
所述下压力控制模块包括:
第一轴,由安装于所述第二臂上的第三电动机和安装于所述第二臂末端的滚珠丝杆构成,通过所述第三电动机驱动使滚珠丝杆做Z轴的上下运动;
第三位置测量子模块,用于测量所述第三电动机的当前旋转角度;
第三位置控制子模块,用于根据所述第三电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第三电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置;
下压力检测子模块,用于根据采集到得第三电动机的电流信号来检测所述第一轴中的滚珠丝杆下压力;
下压力控制子模块,用于根据所述下压力进行反馈控制,以使第一轴滚珠丝杆的所述下压力跟随期望下压力。
2.根据权利要求1所述的螺丝锁付装配工艺控制装置,其特征在于,所述装置还包括:速度控制模块,其中,所述速度控制模块包括:
第二轴,由安装于所述第二臂上的第四电动机和所述的滚珠丝杆构成,通过所述第四电动机的驱动使滚珠丝杆做围绕Z轴的旋转运动;
速度测量子模块,用于测量所述第四电动机的当前旋转速度;
速度控制子模块,用于根据所述第四电动机的当前旋转速度进行反馈控制,以使第四电动机的反馈速度跟随行为决策模块下发的期望速度。
3.根据权利要求2所述的螺丝锁付装配工艺控制装置,其特征在于,所述速度检测子模块具体用于通过将反馈位置信号进行差分得到第四电动机的当前旋转速度。
所述转速控制子模块具体用于根据当前旋转速度与速度指令值的偏差对电动机进行控制,使得第四电动机的实际速度跟随速度指令值。
4.根据权利要求1所述的螺丝锁付装配工艺控制装置,其特征在于,所述装置还包括设置于第三电动机上的霍尔电流传感器,其中,下压力检测子模块具体用于通过霍尔电流传感器反馈的电流,结合第一轴动力学模型,获得下压力检测值;
所述下压力控制子模块具体用于通过所述第三电动机位置检测模块的位置检测值与位置指令值的偏差计算出下压力指令值,并通过计算所述下压力指令值和所述下压力检测值的偏差来计算出电动机的电流指令值。
5.根据权利要求1所述的螺丝锁付装配工艺控制装置,其特征在于,所述装置包括水平多关节机器人。
6.一种螺丝锁付装配工艺控制方法,其特征在于,所述方法包括:
第一轴通过第三电动机驱动使滚珠丝杆做Z轴的上下运动,第二轴通过第四电动机驱动使滚珠丝杆做围绕Z轴的旋转运动;
测量使滚珠丝杆上下运动的第三电动机电流,并以第三电动机电流计算滚珠丝杆的下压力;
通过所述下压力对第三电动机进行下压力反馈控制,以使滚珠丝杆的下压力跟随行为决策模块的下压力指令值;
测量使滚珠丝杆上下运动的第三电动机旋转角度,根据所述第三电动机的当前旋转角度进行反馈控制,以使第三电动机的实际位置跟随所述行为决策模块下发的期望位置。
7.根据权利要求6所述螺丝锁付装配工艺控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
测量使滚珠丝杆旋转运动的第四电动机的旋转速度,根据所述第四电动机的当前旋转速度进行反馈控制,以使第四电动机的反馈速度跟随行为决策模块下发的期望速度。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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