[发明专利]串并联机器人联合加工系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业加工用双机器人协作系统及其软件控制方法，尤其涉及一种串并联机器人联合加工系统及其软件控制方法。

背景技术

近年来，将机器人应用于工业加工生产线已成为国内外加工业的主流趋势之一。此类机器人的数量迅速增长，新类型不断涌现，相应的软件控制方法也逐渐多样化。工业加工用机器人通常由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成，有3～6个运动自由度。驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号并进行控制。

此类机器人按臂部的运动形式分为四种：直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。按执行机构运动的控制机能分为：点位型，只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等简单作业；连续轨迹型，可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。若配备触觉、力觉或简单视觉传感器，即能在较为复杂的环境下工作；若具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型机器人。

现有技术中的机器人加工系统大多是单机器人，且是简单的串联机械手，待加工件支承体或为固定不动的支承台或为仅能在水平面内作圆周转动的简单平台。此类系统的主要不足是：结构简单，仅能实现单一的几种运动形式；工作空间小，承载能力有限；串联机械手存在关节累计误差，使末端执行器的重复定位精度降低；灵活性和适应性较差，通常不具有冗余容错功能；绝大部分的作业负担集中在串联机械手上，设备的任务分配不均衡，影响系统整体寿命；仅串联机械手全程运动完成主要任务，致使生产效率不高。

系统的软件控制方法大多为简单的离线示教编程方法，仅能为机器人提供有限的单一化的运动指令，限制了机器人的工作方式和运动的灵活性；必须离线设定好所有的运动指令，一旦机器人开始工作，无法再实时更改指令，致使机器人没有应对现场环境变化和突发状况的能力。

发明内容

本发明提供一种承载能力强、工作空间大、生产效率高、灵活性适应性强、自动化程度高、具有一定智能性和冗余容错可靠性的高精度串并联机器人联合加工系统及其软件控制方法。

本发明串并联机器人联合加工系统，包括串联机器人、并联机器人、控制器，还可以包括台架、待加工件和末端执行器。所述串联机器人包括基座、大臂、小臂、具有多个自由度的手腕；所述并联机器人包括静平台、动平台、伸缩杆和外筒组合成的缸筒；所述串联机器人固联于所述台架；所述末端执行器固联于所述串联机器人手腕末端；所述待加工件固联于所述并联机器人动平台；所述控制器包括工业计算机、显示器及鼠标键盘等外围输入输出设备。

本发明串并联机器人联合加工系统的控制方法，采用分层控制的体系结构，上层为控制器，进行串并联机器人的任务分析、位姿描述、坐标变换、任务分配和优化评估等解算，根据任务执行的情况实时产生和更新机器人本体的运动指令，指导串并联机器人进行协调合作；下层为串并联机器人，接收控制器下达的指令，依据指令进行机器人自身运动学逆解，产生期望关节变量，并结合关节驱动装置完成机器人本体的任务执行，实现预期的任务目标。

本发明的串并联机器人联合加工系统及其控制方法，有机结合了串并联机器人各自在结构上的优点，提高了系统的自动化程度，使系统整体的工作空间、承载能力得到拓展，增强了系统对不同待加工件和加工条件的适应性和灵活性，系统整体的生产效率、重复定位精度、容错可靠性得到很大的提高，同时具有一定的实时规划、实时监控、实时调整更新的智能性。

附图说明

图1为本发明的串并联机器人联合加工系统的整体硬件结构示意图；

图2为本发明中的并联机器人的硬件结构及坐标系分布示意图；

图3为本发明中的串联机器人的硬件结构及坐标系分布示意图；

图4为本发明中的台架的结构示意图；

图5为本发明中末端执行器与待加工件表面在加工中维持法向间距的示意图；

图6为本发明中生成期望工作点的示意图；

图7为本发明中期望工作点在动坐标系中的位姿描述的方法示意图；

图8为本发明中的控制器进行串并联机器人任务分配的方法示意图；

图9为本发明中的串并联机器人联合加工系统控制方法的流程示意图。