用于机器人末端的伺服系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术的实施例提供了一种安装于机器人末端的伺服系统及其控制方法，其中耦接在机器人末端关节与工艺工具之间的末端伺服模块将通过其激光传感器采集的数据发送至末端伺服控制器；末端伺服控制器根据激光传感器采集的数据计算轨迹补偿参数，并根据轨迹补偿参数生成并发送相应伺服控制信号至末端伺服模块中的伺服电机，以使其将相应工艺工具按指定的速度移动到指定的位置。该机器人末端伺服系统可独立或辅助精确控制机器人末端执行机构的运行轨迹，可以满足高速或/与高精度的工业应用的需求。的需求。的需求。

【技术实现步骤摘要】
用于机器人末端的伺服系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及工业机器人的应用领域，尤其涉及机器人的末端执行器在高速运行中的精确伺服传感控制。

技术介绍

[0002]工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，其通过对各个关节或自由度的联动伺服控制及协同，可以使机器人末端执行器沿着给定的轨迹，按照一定的速度和姿态运动以完成一定的动作。根据不同的应用需求，可以在机器人末端关节上安装不同的末端执行器，例如，诸如焊枪、抓手、吸盘、喷嘴等工艺工具。通过对机器人各个关节的联动伺服控制使工艺工具以某种位姿沿给定的轨迹运动至另一位姿，从而完成相应的工艺加工或制造过程。在高精尖制造领域的制造、加工、装配过程中，产品的加工精度至关重要，这就对机器人的末端的绝对定位精度和路径精度都提出了很高的要求。目前工业机器人的重复定位精度高而绝对定位精度低，这是由机器人的机械结构及各关节的伺服精度所制约的。尤其是在高精度和高速度的高端应用领域，很难对机器人末端执行器实现精确的轨迹跟踪和控制。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术实施例的目的在于提供一种安装于机器人末端的伺服系统及其控制方法，可独立或辅助精确控制机器人末端执行机构的运行轨迹，以满足机器人在高速、高精度的工业应用的需求。
[0004]上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0005]根据本专利技术实施例的第一方面，提供了一种用于机器人末端的伺服系统，包括可耦接至机器人末端的末端伺服模块和与该末端伺服模块可通信地耦合的末端伺服控制器，其中：所述末端伺服模块包括第一激光传感器、通信模块和伺服电机及其机械联动机构，所述机械联动机构的末端连接进行加工所用的工艺工具，所述末端伺服模块经由通信模块向所述末端伺服控制器发送第一激光传感器采集的数据并从所述末端伺服控制器接收对所述伺服电机的控制信号；所述伺服控制器根据所述第一激光传感器采集的数据计算轨迹补偿参数，并根据轨迹补偿参数生成对伺服电机的控制信号以指示伺服电机到达指定的位置。
[0006]在本专利技术的一些实施例中，所述第一激光传感器可设置在所述末端伺服模块连接工艺工具的一侧且能捕获机器人末端行进前方图像的位置。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述伺服控制器可根据所述第一激光传感器采集的数据检测待加工的工艺轨迹点。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述伺服控制器还可包括存储单元，所述存储单元用于保存经由第一激光传感器检测到的工艺轨迹点，以及用于保存预先确定的机器人末端工具中心点的标定轨迹点。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述末端伺服控制器可通过将在机器人进行工艺加工过程中检测到的工艺轨迹点与所述标定轨迹点进行比较来确定轨迹补偿参数，并根据轨迹补偿参数生成对伺服电机的控制信号。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述末端伺服控制器可在末端伺服处于零位的情况下通过以下步骤预先确定机器人末端工具中心点的标定轨迹点：在开始工艺加工过程之前，启动机器人执行与机器人的示教路径对应的加工程序若干次；在每次运行过程中，实时跟踪测量末端伺服模块的运行轨迹，所述运行轨迹以一系列轨迹点的位置数据及相对应的时间序列进行表示；通过对所测量的多条运行轨迹拟合成该末端伺服模块的标定运行轨迹，并同时将该标定运行轨迹上的每个轨迹点转换成对应的机器人末端工具中心点的标定轨迹点。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述实时跟踪测量末端伺服模块的运行轨迹可以是通过设置在外部环境中的激光跟踪器进行的。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述末端伺服模块还可包括第二激光传感器，其在所述末端伺服模块连接工艺工具的一侧与所述第一激光传感器相对设置。
[0013]根据本专利技术实施例的第二方面，提供了一种用于根据本专利技术实施例的第一方面所述的伺服系统的控制方法，在机器人加工工程中，利用安装在末端伺服模块的第一激光传感器实时采集机器人末端行进前方的图像并发送至与该末端伺服模块可通信地耦合的末端伺服控制器；由所述末端伺服控制器基于第一激光传感器采集的图像检测待加工的工艺轨迹点；由所述末端伺服控制器将检测到的工艺轨迹点与预先确定的机器人末端工具中心点的标定轨迹点进行比较来确定轨迹补偿参数，并根据轨迹补偿参数生成对末端伺服模块中的伺服电机的控制信号；以及由所述末端伺服模块基于来自末端伺服控制器的控制信号，指示伺服电机到达指定的位置。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，还可以包括通过以下步骤预先确定机器人末端工具中心点的标定轨迹点：在开始工艺加工过程之前，启动机器人执行与机器人的示教路径对应的加工程序若干次；在每次运行过程中，实时跟踪测量末端伺服模块的运行轨迹，所述运行轨迹以一系列轨迹点的位置数据进行表示；以及通过对所测量的多条运行轨迹拟合成该末端伺服模块的标定运行轨迹，并同时将该标定运行轨迹上的每个轨迹点转换成对应的机器人末端工具中心点的标定轨迹点。在上述过程中，末端伺服处于零位。
[0015]根据本专利技术实施例的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被执行时实现如上述实施例第二方面所述的方法。
[0016]在本专利技术实施例中提供的用于机器人末端的伺服系统及控制方法，集传感控制、伺服控制和轨迹规划于一体，能对机器人末端执行器的位置进行实时的精确跟踪和校正，从而有效提高了机器人末端执行机构的运行轨迹精度，可以满足高速应用或/与高精度应用的需求，例如3D打印，激光焊接、喷涂、涂胶、高精度复合运动(如小圆切割)等。
[0017]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。
附图说明
[0018]以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中：
[0019]图1示出了根据本专利技术一个实施例的用于机器人末端的伺服系统的结构示意图。
[0020]图2示出了根据本专利技术一个实施例的末端伺服模块的外观侧面的简单示意图。
[0021]图3示出了根据本专利技术一个实施例的用于机器人末端的伺服系统的工作场景意图。
[0022]图4示出了根据本专利技术一个实施例的伺服系统所涉及的坐标系示意图。
[0023]图5示出了根据本专利技术一个实施例的伺服系统的在线操作的流程示意图。
[0024]图6示出了根据本专利技术一个实施例的伺服系统的轨迹跟踪的示意图。
[0025]图7示出了根据本专利技术一个实施例的末端伺服控制器的硬件架构示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动下获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本专利技术的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于机器人末端的伺服系统，包括可耦接至机器人末端的末端伺服模块和与该末端伺服模块可通信地耦合的末端伺服控制器，其中：所述末端伺服模块包括第一激光传感器、通信模块和伺服电机及其机械联动机构，所述机械联动机构的末端连接进行加工所用的工艺工具，所述末端伺服模块经由通信模块向所述末端伺服控制器发送第一激光传感器采集的数据并从所述末端伺服控制器接收对所述伺服电机的控制信号；所述伺服控制器根据所述第一激光传感器采集的数据计算轨迹补偿参数，并根据轨迹补偿参数生成对伺服电机的控制信号以指示伺服电机到达指定的位置。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一激光传感器设置在所述末端伺服模块连接工艺工具的一侧且能捕获机器人末端行进前方图像的位置。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述伺服控制器根据所述第一激光传感器采集的数据检测待加工的工艺轨迹点。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述伺服控制器还包括存储单元，所述存储单元用于保存经由第一激光传感器检测到的工艺轨迹点，以及用于保存预先确定的机器人末端工具中心点的标定轨迹点。5.根据权利要求4所述的系统，其中所述末端伺服控制器通过将在机器人进行工艺加工过程中检测到的工艺轨迹点与所述标定轨迹点进行比较来确定轨迹补偿参数，并根据轨迹补偿参数生成对伺服电机的控制信号。6.根据权利要求4或5所述的系统，其中所述末端伺服控制器通过以下步骤预先确定机器人末端工具中心点的标定轨迹点：在开始工艺加工过程之前，启动机器人执行与机器人的示教路径对应的加工程序若干次；在每次运行过程中，实时跟踪测量末端伺服模块的运行轨迹，所述运行轨迹以一系列轨迹点的位置数据及相对应的时间序列进行表示；通过对所测量的多条运行轨迹拟合成该末端伺服模块的标定运行轨...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶建明，陶乐明，
申请(专利权)人：陶乐明，
类型：发明
国别省市：