基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置与控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置与控制方法，包括隔振台和轨迹控制单元，底座的顶部固定连接有驱动电机并且驱动电机转动连接机械臂I一端，机械臂I的另一端转动连接有机械臂II的一端，机械臂II的另一端安装有若干加速度传感器和反射器，将预期轨迹离散成点坐标序列以及对应的时间序列；建立机械臂转角与末端位置的映射关系，得到机械臂角度序列、角速度速序列和角加速度序列；将各组序列输入伺服驱动器和控制卡，得到电流时变信号和脉冲时变信号；控制机械臂转动以此获得机器人实际位置坐标序列，基于机械臂转角与末端位置的映射关系，得出机械臂状态数据，以轨迹跟踪误差为优化目标，完成预期轨迹。完成预期轨迹。完成预期轨迹。

【技术实现步骤摘要】
基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置与控制方法


[0001]本专利技术涉及高速旋转SCARA机器人
，具体为基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置与控制方法。

技术介绍

[0002]SCARA机器人是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人，包含多个轴线相互平行的转动副和末端移动副，转动副负责进行平面定位和定向，移动副完成末端件垂直运动。SCARA机器人结构轻便合理，性价比高，响应速度是普通关节式机器人的数倍。SCARA机器人的特殊结构决定了它在工作面上具备极大的灵活性，在工作面的法线方向上具备极大的刚度。前者使得SCARA机器人几乎不存在运动死角，可以在受限的狭小空间内完成作业；后者使得SCARA机器人受重力等因素影响较小，运动稳定性较高。这些特性决定了SCARA机器人完美适配流水线如装配，搬运等工作场合，被广泛应用在工业生产生活中，如塑料工业、药品工业和食品工业等领域。为了提高工业生产力、节约能源，现代机械不断地向轻量化、低能耗和高效率等方向发展，高速高精度的360
°
旋转SCARA机器人开始得到许多研究者和工程师的关注。但受设计、加工和装配误差等因素的影响，旋转SCARA机器人在高速运动时，会在惯性力等因素的影响下出现构件弹性变形、碰撞等情况，这会影响到末端轨迹的定位精度。
[0003]为了保证SCARA机器人的定位精度和稳定性，需要检测出定位误差，而现有技术中的接触式传感器定位精度差且受运动影响会出现较大的测量噪声。另外，受间隙、磨损等不确定性因素干扰，理论机械臂运动模型与实际工况会出现较大的偏差。因此研究并设计一种定位精度高、稳定性强且可实时控制的高速高精度360
°
旋转的SCARA机器人具有重要的研究意义和实用价值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置与控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置，包括隔振台和轨迹控制单元，所述隔振台的顶部固定连接有底座，所述底座的顶部固定连接有驱动电机并且驱动电机转动连接机械臂I一端，所述机械臂I的另一端转动连接有机械臂II的一端，所述机械臂II和机械臂I连接端的顶部连接有电机，所述电机电性连接有电滑环，所述电滑环连接在铝型材支架的顶部中央，所述铝型材支架设在隔振台的四周；
[0006]所述机械臂II的另一端安装有若干加速度传感器和反射器。
[0007]优选的，所述电机和驱动电机均连接有减速器，所述轨迹控制单元包括两组伺服驱动器、开关电源、控制卡以及PC，所述伺服驱动器分别电性连接电机、驱动电机和控制卡，所述控制卡电性连接伺服驱动器以及开关电源的同时与PC连接。
[0008]优选的，所述机械臂I远离底座的一端设有若干加速度传感器，所述隔振台的两侧
安装有激光探测头，所述激光探测头配合反射器组成两组激光跟踪仪，两个所述反射器并排安装在机械臂II末端顶部。
[0009]优选的，所述加速度传感器共六个，其中四个分别平行安装在机械臂I和机械臂II的末端两侧，其余两个安装在机械臂I和机械臂II的末端径向外侧。
[0010]本专利技术还提供了基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置的控制方法，包括如下步骤：
[0011]S1、以特定方法对预期轨迹进行离散化，将预期轨迹离散成点坐标序列以及对应的时间序列；
[0012]S2、根据所述点坐标序列、对应的时间序列和机械臂系统的运动学方程，建立基于运动学逆解的机械臂转角与末端位置的映射关系，求出理论上对应的机械臂角度序列、角速度速序列和角加速度序列；
[0013]S3、根据所述机械臂角度序列、角速度速序列和角加速度序列，输入伺服驱动器和控制卡，得到控制电机的电流时变信号和脉冲时变信号；
[0014]S4、根据所述输入电机的电流时变信号和脉冲时变信号，控制机械臂转动，经加速度传感器和激光跟踪仪得机器人实际位置坐标序列，加速度序列以及对应的时间序列并传输给PC；
[0015]S5、根据所述机器人实际位置坐标序列，加速度序列以及对应的时间序列，基于机械臂转角与末端位置的映射关系，求出实际的机械臂角度序列、角速度速序列和角加速度序列；
[0016]S6、根据所述实际角度序列、角速度速序列和角加速度序列以及理论角度序列、角速度速序列和角加速度序列，以轨迹跟踪误差为优化目标，设计一种基于蚁群优化和迭代学习的控制器，得到最优的角度补偿序列以及相应的速度、加速度补偿序列；
[0017]S7、根据所述的角度、速度和加速度补偿序列，输入控制卡和伺服驱动器，驱动电机按照预期速率完成预期轨迹。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用激光跟踪仪以及加速度传感器对机器人末端运动参数进行实时测量和传输，测量精度高，且属于非接触式测量，不增加结构附加质量，不改变结构特征，具有测量精度高、采样频率高、动态响应快的优点；控制该方法利用激光跟踪仪和加速度传感器采集机器人末端运动参数，实时传输给PC端，并采用基于蚁群优化和迭代学习的思想设计控制器，对轨迹误差进行补偿控制，使机器人末端以预期速率沿预期轨迹运动。
附图说明
[0019]图1为本专利技术结构示意图；
[0020]图2为本专利技术俯视图；
[0021]图3为本专利技术正视图；
[0022]图4为本专利技术中蚁群优化控制器控制流程图；
[0023]图5为本专利技术中迭代学习流程图；
[0024]图6为本专利技术在预期轨迹为圆轨迹时每轮迭代的误差均值和方差结果；
[0025]图7为本专利技术在预期轨迹为圆轨迹时第1轮和第20轮各位置点误差结果；
[0026]图8为本专利技术中控制线路图。
[0027]图中：电滑环1、铝型材支架2、电机3、机械臂I4、机械臂II5、底座6、反射器7、加速度传感器8、隔振台9。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]实施例1
[0030]参照图1
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8，为本专利技术第一个实施例，该实施例提供了基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置，包括隔振台9和轨迹控制单元，隔振台9呈方形，隔振台9的顶部使用螺栓固定连接有底座6，以螺栓连接的方式对机器人起到一个固定作用和支撑作用，同时有减震效果，以免对他人造成影响，底座6的顶部固定连接有驱动电机并且驱动电机转动连接机械臂I4一端，机械臂I4的另一端转动连接有机械臂II5的一端，机械臂II5和机械臂I4连接端的顶部连接有电机3，电机3电性连接有电滑环1，电滑环1连接在铝型材支架2的顶部中央，便于对旋转的电机3提供电力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置，包括隔振台(9)和轨迹控制单元，其特征在于：所述隔振台(9)的顶部固定连接有底座(6)，所述底座(6)的顶部固定连接有驱动电机并且驱动电机转动连接机械臂I(4)一端，所述机械臂I(4)的另一端转动连接有机械臂II(5)的一端，所述机械臂II(5)和机械臂I(4)连接端的顶部连接有电机(3)，所述电机(3)电性连接有电滑环(1)，所述电滑环(1)连接在铝型材支架(2)的顶部中央，所述铝型材支架(2)设在隔振台(9)的四周；所述机械臂II(5)的另一端安装有若干加速度传感器(8)和反射器(7)。2.根据权利要求1所述的基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置，其特征在于：所述电机(3)和驱动电机均连接有减速器，所述轨迹控制单元包括两组伺服驱动器、开关电源、控制卡以及PC，所述伺服驱动器分别电性连接电机(3)、驱动电机和控制卡，所述控制卡电性连接伺服驱动器以及开关电源的同时与PC连接。3.根据权利要求1所述的基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置，其特征在于：所述机械臂I(4)远离底座(6)的一端设有若干加速度传感器(8)，所述隔振台(9)的两侧安装有激光探测头，所述激光探测头配合反射器(7)组成两组激光跟踪仪，两个所述反射器(7)并排安装在机械臂II(5)末端顶部。4.根据权利要求1所述的基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置，其特征在于：所述加速度传感器(8)共六个，其中四个分别平行安装在机械臂I(4)和机...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋勉，王新培，谢凌波，卢清华，何宽芳，陈勇，柴牧，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：