[发明专利]面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统及方法有效

专利信息
申请号: 201911135040.6 申请日: 2019-11-19
公开(公告)号: CN110788862B 公开(公告)日: 2020-12-15
发明(设计)人: 全旭松;叶亚云;叶朗;张尽力;刘长春;罗欢;陈海平;周海;蒋晓东;易聪之 申请(专利权)人: 中国工程物理研究院激光聚变研究中心
主分类号: B25J9/16 分类号: B25J9/16;B25J9/00
代理公司: 重庆为信知识产权代理事务所(普通合伙) 50216 代理人: 王海荣
地址: 621900 四*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 面向 曲面 高精度 处理 机器人 自动 控制系统 方法
【权利要求书】:

1.一种面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统,包括控制器(1),所述控制器(1)与机械臂(2)连接,其特征在于:在所述机械臂(2)输出端上安装有搭载块(3),在该搭载块(3)搭载面上设置有伸缩机构(4)、第三CCD图像传感器(9)和激光圆点发生器(10);

所述伸缩机构(4)的伸缩杆顶端设置有位移传感器(4a),该伸缩杆的伸缩端与搭载块(3)搭载面固定连接,所述伸缩杆的示教连接端经第一球铰(11)与示教块(5)示教面铰接,在该示教块(5)示教面上还设置有第一CCD图像传感器(7)和第二CCD图像传感器(8),所述第一CCD图像传感器(7)和第二CCD图像传感器(8)采集端均朝向所述伸缩机构(4)的示教连接端且所述第一CCD图像传感器(7)和第二CCD图像传感器(8)的采集方向相互垂直;

所述第三CCD图像传感器(9)的采集方向与所述伸缩机构(4)的伸缩杆伸缩方向平行,且所述第三CCD图像传感器(9)的采集方向垂直于所述搭载块(3)搭载面;

所述激光圆点发生器(10)与所述搭载块(3)经精密旋转轴(12)铰接;

所述控制器(1)的第一图像采集端与所述第一CCD图像传感器(7)连接,所述控制器(1)的第二图像采集端与所述第二CCD图像传感器(8)连接,所述控制器(1)的第三图像采集端与所述第三CCD图像传感器(9)连接,所述控制器(1)的示教连接端与所述伸缩机构(4)连接,所述控制器(1)的位移检测端与所述位移传感器(4a)连接;所述控制器(1)的示教角度控制端与所述第一球铰(11)连接,所述控制器(1)的定位激光控制端与精密旋转轴(12)连接,所述控制器(1)的激光定位端与所述激光圆点发生器(10)连接。

2.根据权利要求1所述的面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统,其特征在于:所述伸缩机构(4)或为带光栅的电缸伸缩机构,所述控制器(1)的示教连接端与电缸伸缩机构的电缸连接;

所述伸缩机构(4)或为丝杆螺母结构,在所述控制器(1)的示教连接端与所述丝杆螺母结构的丝杆驱动电机连接。

3.一种基于权利要求1所述的面向大曲面高精度处理的机器人自动示教控制系统的控制方法,其特征在于包括:

用于确定施工位置并进行初始化设置的步骤;

假设以示教连接端作为施工位置O;

其中,初始化设置的具体内容为:

根据施工位置O,获取该施工位置O的实际施工距离lz;

测量得到激光圆点发生器(10)与第三CCD图像传感器(9)之间的相对距离为|AM|;

根据实际施工距离lz和相对距离|AM|,结合直角三角形夹角与边长的关系,求取激光圆点发生器(10)的偏转角度θ;

用于控制器(1)控制第一球铰(11)转动,使伸缩机构(4)伸缩杆垂直于所述示教块(5)的示教面的步骤;

用于控制器(1)控制机械臂(2)、伸缩机构(4)和精密旋转轴(12),使伸缩杆的示教连接端与伸缩端之间的距离等于施工距离lz的步骤。

4.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于用于控制器(1)控制第一球铰(11)转动,使伸缩机构(4)伸缩杆垂直于所述示教块(5)的示教面的步骤具体为:

S11:控制器(1)获取施工位置O所在切面角度,并控制第一球铰(11)转动,使施工位置O所在切面与示教块(5)的示教面重合;

S12:控制器(1)通过第一CCD图像传感器(7),获取伸缩杆与示教面在第一CCD图像传感器(7)采集方向上的形成的第一投影夹角α;

控制器(1)通过第二CCD图像传感器(8),获取伸缩杆与示教面在第二CCD图像传感器(8)采集方向上的形成的第二投影夹角β;

S13:控制器(1)控制第一球铰(11)转动,直至第一夹角α等于90°;

S14:控制器(1)控制第一球铰(11)绕第二CCD图像传感器(8)的采集延长线上转动,直至第二投影夹角β等于90°;

S14:控制器(1)记录当前垂直状态时,第一球铰(11)和机械臂(2)的状态参数。

5.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于用于控制器(1)控制机械臂(2)、伸缩机构(4)和精密旋转轴(12),使伸缩杆的示教连接端与伸缩端之间的距离等于施工距离lz的步骤具体为:

S21:控制器(1)控制精密旋转轴(12)转动,使激光圆点发生器(10)与搭载块(3)搭载面的夹角等于所述偏转角度θ;并使所述激光圆点发生器(10)的激光光线与所述第三CCD图像传感器(9)采集延长线发生交叉;

S22:控制器(1)通过第三CCD图像传感器(9)获取激光圆点发生器(10)的激光投射在所述示教块(5)示教面上的激光投射点的位置;

若激光投射点与采集投射点重合,则控制器(1)结束控制操作,并记录当前施工位置O对应机械臂(2)、伸缩机构(4)和精密旋转轴(12)的状态参数;

若激光投射点在采集投射点与定点投影点之间,进入步骤S23;

若激光投射点在定点投影点与采集投射点的延长线上,进入步骤S24;

其中,采集投射点为当伸缩杆垂直于示教面时,所述第三CCD图像传感器(9)的采集延长线在示教块(5)示教面的交点;

其中,定点投影点为当伸缩杆垂直于示教面时,激光圆点发生器(10)在所述示教块(5)示教面的正投影点;

S23:控制器(1)控制机械臂(2)上升、伸缩机构(4)伸长微调距离,并返回步骤S22;其中微调距离预先设置;

S24:控制器(1)控制机械臂(2)下降、伸缩机构(4)缩短微调距离后返回步骤S22。

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