[发明专利]机械手臂的运动控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种运动控制系统及方法，尤其涉及一种机械手臂的运动控制系统及方法。

背景技术

机械手臂是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，其能精确地定位到三维(或二维)空间上的某一点进行作业。机械手臂根据结构形式的不同分为多关节机械手臂，直角坐标系机械手臂，球坐标系机械手臂，极坐标机械手臂，柱坐标机械手臂等。

在传统技术中，极坐标机械手臂分为多种运动控制型态的机械手臂，如三轴直线型(LLL)、LLL-R型等，其中，LLL-R型机械手臂是目前产业最常用且非常精确的三轴直线运动控制形态的XYZ平台式的机械手臂，并于可在Z轴进行上下运动的工件工具的固定且平行于XY平面上，新增一组旋转臂半径为R的极坐标型旋转(R)运动控制子系统，两者组合形成LLL-R型态机械手臂。由于此类机械手臂的运动范围有限，常无法进行自由的旋转运作，因此其工作范围受限。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种机械手臂的运动控制系统，其在保证机械手臂的运动精确度的同时，可使得机械手臂的工作范围加大，且可以有条件的对工具工件、探测工件等进行角度与方向的功能性调整。

鉴于以上内容，还有必要提供一种机械手臂的运动控制方法，其在保证机械手臂的运动精确度的同时，可使得机械手臂的工作范围加大，且可以有条件的对工具工件、探测工件等进行角度与方向的功能性调整。

一种机械手臂的运动控制系统，运行于主控电脑中，该主控电脑通过马达运动控制卡控制一个三轴机械手臂运动，该三轴机械手臂包括X轴手臂、Y轴手臂和Z轴手臂。所述运动控制系统包括：设置模块，用于设置运动控制参数并预设一个根部与Z轴手臂相连的旋转臂要到达的空间坐标位置，其中，该Z轴手臂上有一个马达，其轴心与所述旋转臂相连，所述运动控制参数包括该马达的步进角，所述空间坐标位置包括第一目标位置点和第二目标位置点；计算模块，用于在以Z轴手臂为旋转轴，以旋转臂的根部移动到所述第一目标位置点处为旋转轴心的极坐标系里，计算旋转臂的末端若要到达所述第二目标位置点时旋转臂所旋转的理论角度，并计算X、Y轴手臂的移动量；所述计算模块，还用于根据旋转臂旋转的理论角度和X、Y轴手臂的移动量计算所述旋转轴心的偏移修正向量，利用该偏移修正向量修正所述X、Y轴手臂的移动量，并以一个离散型倍数的步进角取代所述理论角度；及输出模块，用于输出上述运动控制参数给所述三轴机械手臂，以控制该三轴机械手臂根据修正后的X、Y轴手臂的移动量进行移动，并根据所述离散型倍数的步进角输出一个脉冲数，控制所述旋转臂旋转。

一种机械手臂的运动控制方法，应用于主控电脑中，该主控电脑通过马达运动控制卡控制一个三轴机械手臂运动，该三轴机械手臂包括X轴手臂、Y轴手臂和Z轴手臂。该方法包括如下步骤：设置运动控制参数并预设一个根部与Z轴手臂相连的旋转臂要到达的空间坐标位置，其中，该Z轴手臂上有一个马达，其轴心与所述旋转臂相连，所述运动控制参数包括该马达的步进角，所述空间坐标位置包括第一目标位置点和第二目标位置点；在以Z轴手臂为旋转轴，以旋转臂的根部移动到所述第一目标位置点处为旋转轴心的极坐标系里，计算旋转臂的末端若要到达所述第二目标位置点时旋转臂所旋转的理论角度，并计算X、Y轴手臂的移动量；根据旋转臂旋转的理论角度和X、Y轴手臂的移动量计算该旋转轴心的偏移修正向量，利用该偏移修正向量修正所述X、Y轴手臂的移动量，并以一个离散型倍数的步进角取代所述理论角度；及输出上述运动控制参数给所述三轴机械手臂，以控制该三轴机械手臂根据修正后的X、Y轴手臂的移动量进行移动，并根据所述离散型倍数的步进角输出一个脉冲数，控制所述旋转臂旋转。

相较于现有技术，所述的机械手臂的运动控制系统及方法，通过市面上价格较便宜的马达带动一根单自由度旋转臂进行旋转运动，就可以在保证机械手臂的运动精确度的同时，使得机械手臂的工作范围加大，有条件的对工具工件、探测工件等进行角度与方向的功能性调整。

附图说明

图1是本发明机械手臂的运动控制系统较佳实施例的应用环境图。

图2是图1中的运动控制系统较佳实施例的功能模块图。

图3是本发明机械手臂的运动控制方法较佳实施例的作业流程图。

图4举例说明本发明旋转臂于极坐标系下的旋转角度示意图。

图5是本发明旋转轴心于XY平面上偏移修正向量的计算示意图。

主要元件符号说明