[发明专利]机器人轨迹控制系统

摘要

本发明公开了一种机器人轨迹控制系统，由四个反光片、两个反射式红外或激光传感器、两个测距传感器、一个同步电机、移动式焊接设备、焊后冲击机器人、标杆、两个微型同步电机组成。本发明提供了一种实时记录移动式焊接设备以及焊后冲击机器人移动轨迹的方式，并将其应用于焊后冲击机器人轨迹跟踪测控系统中，使焊后冲击机器人能够准确跟踪焊接喷嘴轨迹，沿着已焊焊缝实施冲击，提高焊后冲击的效率，增强焊接质量。

主权项

1.一种机器人轨迹控制系统，其特征是：由第一、第二、第三、第四四个反光片(1)、(2)、(3)、(4)、第一、第二两个反射式红外或激光传感器(5)和(6)、第一、第二两个测距传感器(7)和(8)、一个同步电机(9)、移动式焊接设备(10)、焊后冲击机器人(11)、标杆(12)、第一、第二两个微型同步电机(13)和(14)组成；四个反光片的位置分别标记为点A、B、D、E，两个反射式红外或激光传感器的位置分别标记为点C和F；所述的焊后冲击机器人(11)在移动式焊接设备(10)的后方，位于移动式焊接设备(10)所焊焊缝轨迹上，用于焊后焊缝跟踪及焊后冲击；焊后冲击机器人(11)含电子罗盘；同步电机(9)位于焊缝轨迹侧边，间隔一段距离，所述的同步电机(9)上有一恒速同步转轴，同步电机作为参考点；两个反射式红外或激光传感器(5)和(6)分别固定于同步电机(9)上方的同步转轴上，与电机轴转速相同，分别用于检测移动式焊接设备(10)和焊后冲击机器人(11)相对于同步电机(9)与标杆(12)连线形成的初始位置线之间的角度，分别记作∠DFE、∠ACB；两个反射式红外或激光传感器不在同一水平线上；标杆(12)立置于焊接初始点处，第二、第四两个反光片(2)和(4)分别贴于标杆上，第二、第四两个反光片不在同一水平线上；第二反光片(2)与同步电机(9)轴上的反射式红外或激光传感器(5)在同一水平线上，第四反光片(4)与同步电机(9)轴上的反射式红外或激光传感器(6)在同一水平线上；移动式焊接设备(10)和焊后冲击机器人(11)上各有一根立轴，第一反光片(1)贴于移动式焊接设备(10)上方的轴上，与同步电机(9)上的第一反射式红外或激光传感器(5)以及标杆(12)上的第二反光片(2)在同一水平面上，三者可在同一水平面上组成三角形，标记为ΔABC；第三反光片(3)贴于焊后冲击机器人(11)上方的轴上，与同步电机(9)上的第二反射式红外或激光传感器(6)以及标杆(12)上的第四反光片(4)在同一水平面上，三者可在同一水平面上组成三角形，标记为ΔDEF；测距传感器(7)固定于移动式焊接设备(10)上方的轴上，与标杆(12)上的第二反光片(2)在同一水平线上，用于检测移动式焊接设备(10)与焊接初始点处的水平距离，该水平距离可以用同一水平线上的移动焊接机器人(10)的轴上的第一反光片(1)和标杆(12)上的第二反光片(2)之间的距离表示，记作线段AB；测距传感器(8)固定于焊后冲击机器人(11)上方的轴上，与标杆(12)上的第四反光片(4)在同一水平线上，用于检测焊后冲击机器人(11)与焊接初始点处的水平距离，该水平距离可以用同一水平线上的焊后冲击机器人(11)的轴上的第三反光片(3)和标杆(12)上的第四反光片(4)之间的距离表示，记作线段DE；第一测距传感器(7)和第二测距传感器(8)都装上微型同步电机，不断旋转，转一圈测一次；反光片通过安装在不同高度来避免相互干扰，并采用不同调制频率的激光或红外光来避免干扰；焊后冲击机器人由控制器(21)、双直流伺服电机及驱动(22)、移动机器人本体(23)、双超声波电机及驱动(24)、十字滑块(25)、焊后冲击机器人作业端(26)组成；焊后冲击机器人控制器与测控轨迹跟踪测控系统中的传感器及接口电路(27)相连，包括所述的两个测距传感器、两个反射式红外或激光传感器、同步电机以及微型同步电机；双直流伺服电机及驱动(22)、双超声波电机及驱动(24)与控制器(21)相连，双直流伺服电机及驱动(22)与移动机器人本体相连，双超声波电机及驱动(24)与十字滑块(25)相连，十字滑块(25)与焊后冲击机器人作业端(26)相连；所述的移动机器人本体(23)为轮式移动机器人，通过双轮差动实现机器人位置粗定位；十字滑块(25)作为焊后冲击机器人作业端(26)的定位驱动机构，实现焊后冲击机器人作业端(26)的精密定位；焊后冲击机器人作业端(26)与十字滑块(25)固定连接，双超声波电机及驱动(24)使得十字滑块(25)带动焊后冲击机器人作业端(26)达到精密定位；第一反射式红外或激光传感器(5)的位置标记为C；1(A)0、1(A)1、1(A)2、1(A)3代表移动式焊接设备移动焊接中的四个点，简称为焊接点，位置标记为A0、A1、A2、A3；L0、L1、L2、L3是待求的同步电机与焊接点的距离；2(B)为焊接初始位置；α0、α1、α2、α3为初始位置、同步电机与焊接点构成的角度；第一反射式红外或激光传感器(5)与同步电机(9)的同步转轴固定，恒速旋转；电机每转一圈，第一反射式红外或激光传感器(5)与第二反光片(2)相对一次，此时控制器输出一个高电平脉冲；由于第一反射式红外或激光传感器(5)转速均匀，因此高电平脉冲频率不变；采用高频脉冲插值方法，在输出脉冲间填充高频脉冲，其频率恒定，填充的脉冲数量记为N；第一反射式红外或激光传感器(5)与第一反光片相对时，通过控制器可输出一个高电平脉冲；随着焊接喷嘴不断移动，距离AC及角度α均在不断变化，通过高频脉冲数N来表征角度α的变化；设同步电机(9)带动第一反射式红外或激光传感器顺时针旋转，移动点A沿逆时针方向运动；所述移动点初始位置为A0，焊接设备沿焊缝移动过程中，第一反射式红外或激光传感器不断高速旋转扫描；第一反射式红外或激光传感器发射的光经过点A0和点B时，通过接口电路输出两个高电平脉冲；设初始时，焊接喷嘴静止于A0处，初始相位角∠BCA0记为α0；光线经过A点时启动高频脉冲计数，到达B点时停止计数；设电机转速恒定，且转动一圈可填充的高频脉冲数为N；控制器可通过接口电路读取A0与B之间夹角所代表的高频脉冲数N0，则计算可得：同理可测得∠BCA1、∠BCA2……；因此可以实时记录下焊接喷嘴相对于参考位置的角度变化轨迹(∠BCA0、∠BCA1、∠BCA2……)；同步电机(9)轴上的位置C处第一反射式红外或激光传感器(5)、移动点A处测距传感器(1)、标杆(12)上位置B处的第二反光片(2)可以在同一水平面组成三角形，记作A0BC；线段BC的长度可以直接用标尺测得，线段A0B可由测距传感器1实时测得，则根据公式(2)计算可得焊接喷嘴相对于参考位置的距离：A0B2＝BC2+A0C2‑2BC*A0C*cosα0                  (2)式(2)可整理为式(3)：A0C2‑2BC*cosα0*A0C+BC2‑A0B2＝0                          (3)当满足BC2(cos2α0‑1)+A0B2≥0时，取A0C≥0；L0＝A0C；同理可求得L1、L2、L3......实时记录下焊接喷嘴相对于参考位置的距离变化轨迹L0、L1、L2、L3......和角度变化轨迹∠BCA0、∠BCA1、∠BCA2……，通过拟合得到焊缝中心的轨迹。