一种六轴串联机器人手腕负载质心范围的计算方法技术

本发明专利技术涉及工业机器人领域，具体是一种六轴串联机器人手腕负载质心范围的计算方法，分别根据手腕允许负载惯量和手腕允许负载转矩得到两组机器人五、六轴载质心偏移极限，对这两组机器人五、六轴载质心偏移极限求交集就得到了最终的六轴串联机器人手腕负载质心范围，从而在手腕负载质心范围的计算中增加了关键影响因素手腕允许负载惯量的约束，减少计算手腕允许负载转矩过程中动力矩的干扰，使得出的手腕负载质心范围更加准确，增加了实用价值，有助于机器人使用方更加安全合理地使用机器人，提高了机器人的使用寿命，防止安全事故的发生。发生。发生。

【技术实现步骤摘要】
一种六轴串联机器人手腕负载质心范围的计算方法


[0001]本专利技术涉及工业机器人领域，具体是一种六轴串联机器人手腕负载质心范围的计算方法。

技术介绍

[0002]随着现代工业与机器人技术的飞速发展，适用于搬运、焊接等多种用途的六轴工业机器人越加广泛地用于多个领域，对六轴串联机器人的研究也更加的深入，尤其是在机器人极限领域的研究。
[0003]所谓六轴指的是具有六个自由度，所谓串联机器人指的是由一个开环运动链组成的机器人，每个连杆都能相对与前一个连杆进行姿态调节。
[0004]机器人手腕负载质心范围也是机器人负载质心的偏移极限，机器人工作过程中，若出现负载质心偏移超过其手腕负载质心范围的情况时，根据其超出距离的大小，轻则影响机器人的使用寿命，重则会使机器人前端滑落导致各种安全事故，因此能准确的计算工业机器人手腕负载质心的范围在维护生产安全及提高机器人寿命等方面具有重要的意义。
[0005]目前手腕负载质心范围的计算方法所考虑的因素不完善，因此得出的结果不准确且有局限，在实际操作过程中有一定风险。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术针对六轴工业机器人手腕负载质心范围计算方法不准确、不完善的技术问题，通过加入更多制约因素的考量来设计一个更加准确的六轴串联机器人手腕负载质心范围的计算方法，包括：
①
获取六轴串联机器人五轴、六轴的电机惯量比K，电机转动惯量j，减速比i；
②
根据五轴、六轴的电机惯量比K，电机转动惯量j，减速比i得到五轴、六轴的允许负载惯量J；
③
根据五轴、六轴的允许负载惯量J和五轴、六轴转动时的总质量m得出质心的X/Y轴偏移和Z轴偏移；
④
获取五轴、六轴的减速器加减速扭矩和电机最大转速时的输出扭矩；
⑤
根据五轴、六轴的减速器加减速扭矩和电机最大转速时的输出扭矩相比得到最小扭矩M；
⑥
根据最小扭矩M得到五轴、六轴的允许负载转矩N；
⑦
根据五轴、六轴的允许负载转矩N和五轴、六轴转动时的总质量m得出质心的X/Y轴偏移和Z轴偏移；
⑧
通过X/Y轴偏移、Z轴偏移、X/Y轴偏移和Z轴偏移得出X/Y轴偏移极限和Z轴偏移极限；
⑨
根据X/Y轴偏移极限和Z轴偏移极限确定六轴串联机器人手腕负载质心范围。
[0007]进一步地，在步骤
①
中，电机惯量比K、电机转动惯量j和减速比i分别由电机厂家、
减速器厂家提供。
[0008]进一步地，在步骤
②
中，式中，K为电机惯量比，j为电机转动惯量，i为减速比。
[0009]进一步地，在步骤
③
中，，式中，为五轴手腕允许负载惯量，单位：；为六轴手腕允许负载惯量，单位：；为五轴电机轴输出端负载质量，单位：kg；为六轴电机轴输出端负载质量，单位：kg。
[0010]进一步地，在步骤
⑥
中，式中，M为关节转动的总力矩，单位：；为关节转动时的转动惯量，单位：；α为加速度大小，单位：。
[0011]进一步地，在步骤
⑦
中，，式中，N5为五轴的允许负载转矩，N6为六轴的允许负载转矩；为五轴电机轴输出端负载质量，单位：kg；为六轴电机轴输出端负载质量，单位：kg。
[0012]进一步地，在步骤
⑨
中，六轴串联机器人手腕负载质心范围是：以五轴轴线为原点、Z轴偏移极限为的半径画圆，以X/Y轴偏移极限为起点作一条与Z轴平行的直线，直线下方与圆相交的区域即为六轴串联机器人手腕负载质心范围。
[0013]六轴串联机器人手腕负载质心范围指的是手腕负载质心在空间上允许的最大偏移，而影响手腕负载质心在空间上允许最大偏移的关键因素是五轴、六轴的静力矩和动力矩，静力矩指的是平衡状态下机器人关节处受到的力矩，动力矩指的是运动时受转动惯量影响的力矩，运动时的力矩是静力矩加动力矩的合力矩。与现有技术相比，本专利技术分别根据动力矩和静力矩得到机器人五轴、六轴负载质心范围，也就是分别根据手腕允许负载惯量和手腕允许负载转矩得到两组机器人五轴、六轴载质心偏移极限，取这两组五轴、六轴负载质心偏移极限的最小值就得到了最终的六轴串联机器人手腕负载质心范围，在手腕负载质心范围的计算中增加了关键影响因素手腕允许负载惯量的约束，减少计算手腕允许负载转矩过程中动力矩的干扰，使得出的手腕负载质心范围更加准确，增加了实用价值，有助于机器人使用方更加安全合理地使用机器人，提高了机器人的使用寿命，防止安全事故的发生。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的流程图。
[0015]图2是五轴和六轴的旋转轴线示意图。
[0016]图3是五轴和六轴的旋转平面示意图。
[0017]图4是六轴坐标系的示意图。
[0018]图5是本专利技术得到的六轴串联机器人手腕负载质心范围在五轴旋转平面上的投影。
[0019]图中标号：51
‑
五轴旋转轴线，61
‑
六轴旋转轴线，52
‑
五轴旋转平面，62
‑
六轴旋转
轴平面，100
‑
X/Y轴偏移极限，200
‑
Z轴偏移极限，300
‑
五轴旋转轴线到六轴旋转平面间的距离。
具体实施方式
[0020]请参阅图1，本专利技术的六轴串联机器人手腕质心范围的计算方法包括以下步骤：步骤
①
：分别获取六轴串联机器人五轴、六轴的电机惯量比K，电机转动惯量j，减速比i其中、电机转动惯量由电机厂家提供、减速比由减速器厂家提供。
[0021]步骤
②
：计算五轴、六轴手腕允许负载惯量J假设负载惯量换算到电机轴的转动惯量为，减速器转动惯量为，根据惯量比的计算公式可以得到：公式1公式2联立公式1、公式2可得：式中转动惯量的单位都是。
[0022]考虑到，大多数情况下减速器的质量要远远小于负载质量，这种情况下减速器的转动惯量可忽略不计，即，综上可得：步骤
③
：分别根据五轴、六轴手腕允许负载惯量J和五轴、六轴转动时的总质量M计算X/Y轴偏移、Z轴偏移假设五轴、六轴手腕允许负载惯量分别为，转动惯量的表达式为，由于机器人的负载是一个复杂的形状，因此转动惯量的值往往取，r为质心到旋转轴的距离，在五轴手腕允许负载惯量的计算中，r是Z轴偏移z_1；在六轴手腕允许负载惯量的计算中，r是X/Y轴偏移，本文的转动惯量取，因此：，式中为五轴手腕允许负载惯量，单位：；为六轴手腕允许负载惯量，单位：；为五轴电机轴输出端负载质量，单位：kg为六轴电机轴输出端负载质量，单位：kg；步骤
④
：分别获取六轴串联机器人五轴、六轴的减速器加减速扭矩和电机最大转速时的输出扭矩
步骤
⑤
：根据机器人五轴、六轴的减速器加减速扭矩和电机最大转速时的输出扭矩对比确定最小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六轴串联机器人手腕负载质心范围的计算方法，其特征在于，包括：
①
获取六轴串联机器人五轴、六轴的电机惯量比K，电机转动惯量j，减速比i；
②
根据五轴、六轴的电机惯量比K，电机转动惯量j，减速比i得到五轴、六轴的允许负载惯量J；
③
根据五轴、六轴的允许负载惯量J和五轴、六轴转动时的总质量m得出质心的X/Y轴偏移和Z轴偏移；
④
获取五轴、六轴的减速器加减速扭矩和电机最大转速时的输出扭矩；
⑤
根据五轴、六轴的减速器加减速扭矩和电机最大转速时的输出扭矩相比得到最小扭矩M；
⑥
根据最小扭矩M得到五轴、六轴的允许负载转矩N；
⑦
根据五轴、六轴的允许负载转矩N和五轴、六轴转动时的总质量m得出质心的X/Y轴偏移和Z轴偏移；
⑧
通过X/Y轴偏移、Z轴偏移、X/Y轴偏移和Z轴偏移得出X/Y轴偏移极限和Z轴偏移极限；
⑨
根据X/Y轴偏移极限和Z轴偏移极限确定六轴串联机器人手腕负载质心范围。2.根据权利要求1所述的一种六轴串联机器人手腕负载质心范围的计算方法，其特征在于，在步骤
①
中，电机惯量比K、电机转动惯量j和减速比i分别由电机厂家、减速器厂家提供。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆琼，
申请(专利权)人：烟台艾迪艾创机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：