位移裝置及機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種位移裝置及機器人，位移裝置包括：用于連接機器人的末端法蘭(9)且使所述末端法蘭(9)沿其線性運動的第一位移桿(8)；沿所述第一位移桿(8)作線性運動的第二位移桿(7)；沿所述第二位移桿(7)作線性運動，用于連接機器人主體的驅(qū)動末端的第三位移桿(6)；所述末端法蘭(9)相對于所述第一位移桿(8)的線性運動方向、所述第一位移桿(8)相對于所述第二位移桿(7)的線性運動方向及所述第二位移桿(7)相對于所述第三位移桿(6)的線性運動方向相互垂直。本實用新型提供的位移裝置，提高了機器人工作的精確度，并且，避免了機器人在奇異點處出現(xiàn)速度過快的問題。
【專利說明】
位移裝置及機器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種位移裝置及機器人。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)機器人是工業(yè)自動化系統(tǒng)中重要的部件之一。工業(yè)機器人奇異點的處理方法 就是機器人應(yīng)用技術(shù)中最主要的技術(shù)之一。奇異點問題是工業(yè)機器人必然遇到的技術(shù)點， 一旦機器人遇到奇異點的狀態(tài)，機器人就會發(fā)生關(guān)節(jié)運動速度驟然變大的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致 機器人停機甚至帶來生產(chǎn)安全問題，所以機器人的控制技術(shù)需要規(guī)避或處理奇異點。
[0003] 奇異點狀態(tài)不僅僅在奇異點位置上，在奇異點周圍區(qū)域都會產(chǎn)生關(guān)節(jié)運動速度過 大的問題。距離奇異點位置越近，關(guān)節(jié)運動速度越大。在機器人運行過程中，關(guān)節(jié)運動速度 過快的情況時，機器人需要做出減速動作，甚至需要停機處理，影響較大。
[0004]目前，常用的奇異點過渡方法為DLS(Damped least-squares，阻尼最小方差）方 法，在奇異點過渡過程中，不可避免的會帶來積累誤差，降低了機器人工作的精度。而申請 號為CN103802114A的專利文件，公布了一種工業(yè)機器人奇異點處理方法及裝置。但是，當機 器人運動到奇異點周圍區(qū)域而未運動至奇異點閾值時，仍然存在因速度過快而導(dǎo)致停機出 錯的問題。
[0005] 因此，如何提高精確度，避免在奇異點處出現(xiàn)速度過快的問題，是本技術(shù)領(lǐng)域人員 亟待解決的問題。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 有鑒于此，本實用新型提供了一種位移裝置，提高精確度，避免在奇異點處出現(xiàn)速 度過快的問題。本實用新型還公開了一種具有上述位移裝置的機器人。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案：
[0008] -種位移裝置，包括：用于連接機器人的末端法蘭且使所述末端法蘭沿其線性運 動的第一位移桿;沿所述第一位移桿作線性運動的第二位移桿;沿所述第二位移桿作線性 運動，用于連接機器人主體的驅(qū)動末端的第三位移桿；
[0009] 所述末端法蘭相對于所述第一位移桿的線性運動方向、所述第一位移桿相對于所 述第二位移桿的線性運動方向及所述第二位移桿相對于所述第三位移桿的線性運動方向 相互垂直。
[0010] 優(yōu)選地，上述位移裝置中，所述第三位移桿、所述第二位移桿及所述第一位移桿中 的兩個為滑軌，剩余一個為直線伸縮裝置。
[0011] 優(yōu)選地，上述位移裝置中，所述第三位移桿及所述第二位移桿為滑軌;所述第二位 移桿滑動設(shè)置于所述第三位移桿上；
[0012] 所述第一位移桿為直線伸縮裝置，其滑動設(shè)置于所述第二位移桿上，其驅(qū)動端與 所述末端法蘭連接。
[0013] 優(yōu)選地，上述位移裝置中，所述直線伸縮裝置為直線電機或氣缸。
[0014] 本實用新型還提供了一種機器人，包括機器人主體及末端法蘭，還包括如上述任 一項所述的位移裝置；
[0015] 所述末端法蘭與所述第一位移桿連接，所述機器人主體的驅(qū)動末端與所述第三位 移桿連接。
[0016] 優(yōu)選地，上述機器人中，所述機器人主體包括依次通過關(guān)節(jié)連接的基座、第一連 桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿及第五連桿；
[0017]所述第五連桿遠離所述第四連桿的一端為所述機器人主體的驅(qū)動末端。
[0018]優(yōu)選地，上述機器人中，所述末端法蘭上設(shè)置有用于安裝工具的多個安裝孔。
[0019]從上述的技術(shù)方案可以看出，本實用新型提供的位移裝置，通過設(shè)置第一位移桿、 第二位移桿及第三位移桿，使其具有三個相互垂直的線性運動方向，達到空間位移方式，以 便于達到對機器人在奇異點過渡過程中進行補償運動，提高了機器人工作的精確度，并且， 避免了機器人在奇異點處出現(xiàn)速度過快的問題。
[0020] 本實用新型還提供了一種機器人，具有與上述位移裝置同樣的技術(shù)效果，在此不 再詳細介紹。
【附圖說明】
[0021] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022] 圖1為本實用新型實施例提供的機器人的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2為本實用新型實施例提供的機器人奇異點處理方法的流程示意圖；
[0024] 圖3為本實用新型實施例提供的補償運動的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4為本實用新型實施例提供的補償運動的運動向量的分解示意圖；
[0026] 圖5為本實用新型實施例提供的位移裝置歸零運動的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 本實用新型公開了一種位移裝置，提高精確度，避免在奇異點處出現(xiàn)速度過快的 問題。本實用新型還公開了一種具有上述位移裝置的機器人。
[0028] 下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0029] 請參考圖1，圖1為本實用新型實施例提供的機器人的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030] 本實用新型實施例提供了一種位移裝置，包括:用于連接機器人的末端法蘭9且使 末端法蘭9沿其線性運動的第一位移桿8;沿第一位移桿8作線性運動的第二位移桿7;沿第 二位移桿7作線性運動，用于連接機器人主體的驅(qū)動末端的第三位移桿6;末端法蘭9相對于 第一位移桿8的線性運動方向、第一位移桿8相對于第二位移桿7的線性運動方向及第二位 移桿7相對于第三位移桿6的線性運動方向相互垂直。
[0031] 本實用新型實施例提供的位移裝置，通過設(shè)置第一位移桿8、第二位移桿7及第三 位移桿6,使其具有三個相互垂直的線性運動方向，達到空間位移方式，以便于達到對機器 人在奇異點過渡過程中進行補償運動，提高了機器人工作的精確度，并且，避免了機器人在 奇異點處出現(xiàn)速度過快的問題。
[0032] 在本實施例中，第三位移桿6、第二位移桿7及第一位移桿8中的兩個為滑軌，剩余 一個為直線伸縮裝置。通過上述設(shè)置，使得兩個滑軌運動方向與另一個直線伸縮裝置的伸 縮運動方向相互垂直，避免了三個方向的線向運動相互干涉。當然，也可以將第三位移桿6、 第二位移桿7及第一位移桿8均設(shè)置為滑軌;或，均設(shè)置為直線伸縮裝置;或，其中的兩個設(shè) 置為直線伸縮裝置，剩余的一個為滑軌。
[0033]第三位移桿6及第二位移桿7為滑軌；第二位移桿7滑動設(shè)置于第三位移桿6上；第 一位移桿8為直線伸縮裝置，其滑動設(shè)置于第二位移桿7上，其驅(qū)動端與末端法蘭9連接。即， 第二位移桿7可滑動的設(shè)置于第三位移桿6上，第一位移桿8可滑動的設(shè)置于第二位移桿7 上，末端法蘭9在第一位移桿8的帶動下沿第一位移桿8的延伸方向伸縮運動。通過上述設(shè) 置，進一步避免了第三位移桿6、第二位移桿7及第一位移桿8相互干涉的情況。也可以使第 二位移桿7及第一位移桿8設(shè)置為滑軌，而第三位移桿6設(shè)置為直線伸縮裝置;或者，第三位 移桿6及第一位移桿8設(shè)置為滑軌，而第二位移桿7設(shè)置為直線伸縮裝置。在此不再詳細介紹 且均在保護范圍之內(nèi)。
[0034]優(yōu)選地，直線伸縮裝置為直線電機或氣缸。通過上述設(shè)置，自動調(diào)節(jié)直線伸縮裝置 的伸縮運動，有效提高了自動化程度及方便程度。也可以設(shè)置為伸縮桿，通過外置驅(qū)動器實 現(xiàn)其伸縮，完成沿其延伸方向運動的效果。
[0035]本實用新型實施例還提供了一種機器人，包括機器人主體及末端法蘭9,還包括如 上述任一種位移裝置;末端法蘭9與第一位移桿8連接，機器人主體的驅(qū)動末端與第三位移 桿6連接。由于上述位移裝置具有上述技術(shù)效果，具有上述位移裝置的機器人也應(yīng)具有同樣 的技術(shù)效果，在此不再一一累述。
[0036]機器人主體包括依次通過關(guān)節(jié)連接的基座10、第一連桿1、第二連桿2、第三連桿3、 第四連桿4及第五連桿5;第五連桿5遠離第四連桿4的一端為機器人主體的驅(qū)動末端。即，本 實用新型實施例中的機器人，優(yōu)選為六軸機器人。
[0037]為了提高通用性，末端法蘭9上設(shè)置有用于安裝工具的多個安裝孔。
[0038] 如圖2、圖3和圖4所示，本實用新型實施例還提供了一種機器人奇異點處理方法， 應(yīng)用如任一種位移裝置，包括步驟：
[0039] S1:將機器人的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動至初始角度位置，開始運行機器人直線運動程序指令;通 過上述設(shè)置，使得機器人處于初始狀態(tài)后直線運動。在步驟S1之前，優(yōu)選將位移裝置歸零。
[0040] S2:判斷機器人是否進入奇異點區(qū)域，如果是，進入下一步;如果否，機器人繼續(xù)正 常運動；以六軸機器人為例，將關(guān)節(jié)5的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動角度0 5作為奇異點閾值判斷的參數(shù)。當05小 于閾值時，判斷機器人進入奇異點區(qū)域，進入下一步進行奇異點過渡流程；當大于或等于 閾值時，判斷機器人未進入奇異點區(qū)域，機器人繼續(xù)正常運動。
[0041] 在步驟S2之前，計算奇異點。
[0042] S3:在不考慮位移裝置的前提下，使用奇異點過渡算法計算機器人轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)下一 插補周期需要運動的角度：
[0043]求解得出機器人的末端由當前運動位置P1到預(yù)定位置口2之間的運動向量t其中， 奇異點過渡算法可以為DLS(Damped least-squares，阻尼最小方差)算法。當然，也可以采 用其他奇異點過渡算法，在此不再一一累述。
[0044] S4:計算機器人的末端從初始位置pi到運動目標位置P3需要進行直線運動的運動 向量4 ;計算補償運動的運動向量，補償運動的運動向量為4 =〖X;其中，g為使用奇異點過 渡算法計算得到的機器人轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度作用下的運動向量？與實際需要進行的運 動向量/：的差值，〖通過位移裝置完成運動，避免了？與C之間的誤差，提高了精度。
[0045] 將[分解為三個相互垂直的方向的運動距離= 可以理解的是，三個相 > 互垂直的方向與末端法蘭9相對于第一位移桿8的線性運動方向、第一位移桿8相對于第二 位移桿7的線性運動方向及第二位移桿7相對于第三位移桿6的線性運動方向一一對應(yīng)。
[0046] 控制位移裝置的第一位移桿8、第二位移桿7及第三位移桿6分別作線性運動，運動 距離分別為ch、d8、d 9;如圖3所示，ch的向量方向為Y軸，d8的向量方向為X軸，d9的向量方向為 Z軸。其中，末端法蘭9相對于第一位移桿8的線性運動方向、第一位移桿8相對于第二位移桿 7的線性運動方向及第二位移桿7相對于第三位移桿6的線性運動方向分別為X軸、Y軸和Z 軸。末端法蘭9相對于第一位移桿8的線性運動距離、第一位移桿8相對于第二位移桿7的線 性運動距離及第二位移桿7相對于第三位移桿6的線性運動距離分別為d 7、d8和d9。
[0047] 根據(jù)插補周期及插補算法進行軌跡規(guī)劃，并發(fā)送插補信號至執(zhí)行器進行運動；通 過軌跡規(guī)劃，使得機器人完成規(guī)定的任務(wù)。
[0048] S5:判斷機器人是否離開奇異點區(qū)域:如果沒有離開奇異點區(qū)域，則進入步驟S3; 如果離開奇異點區(qū)域，則進入下一步；
[0049] S6:結(jié)束奇異點處理。
[0050] 本實用新型實施例提供的機器人奇異點處理方法，結(jié)合位移裝置，達到空間位移 方式，以便于達到對機器人在奇異點過渡過程中進行補償運動，提高了機器人工作的精確 度，并且，避免了機器人在奇異點處出現(xiàn)速度過快的問題。
[0051] 為了便于位移裝置之后進行補償運動，步驟S5與步驟S6之間還包括步驟S56:在機 器人離開奇異點區(qū)域進行正常運動后，設(shè)置位移裝置上的移動距離歸零。
[0052]如圖5所示，進一步地，步驟S56中，位移裝置上的移動距離歸零方法為：
[0053] S561:根據(jù)第一位移桿8、第二位移桿7及第三位移桿6上直線導(dǎo)軌的運動距離$、奚 和奚計算f;其中，=之+奚+Z9 "
[0054] S562:從當前運動位置ps到運動目標位置P6的運動向量/4 ^在不考慮位移裝置的前 提下機器人的末端運動位置P4到目標位置P6的運動向量為〔 = 其中，/:為機器人的末端 的運動向量。
[0055] S563:根據(jù)插補周期及插補算法進行軌跡規(guī)劃，并發(fā)送插補信號至執(zhí)行器進行運 動，通過軌跡規(guī)劃，使得機器人的末端經(jīng)過后到達目標位置P6，位移裝置歸零。
[0056] 本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0057]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新 型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定 義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因 此，本實用新型將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理 和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種位移裝置，其特征在于，包括：用于連接機器人的末端法蘭(9)且使所述末端法 蘭（9)沿其線性運動的第一位移桿（8);沿所述第一位移桿（8)作線性運動的第二位移桿 (7);沿所述第二位移桿（7)作線性運動，用于連接機器人主體的驅(qū)動末端的第三位移桿 (6) ;所述末端法蘭(9)相對于所述第一位移桿(8)的線性運動方向、所述第一位移桿(8)相 對于所述第二位移桿(7)的線性運動方向及所述第二位移桿(7)相對于所述第三位移桿(6) 的線性運動方向相互垂直。2. 如權(quán)利要求1所述的位移裝置，其特征在于，所述第三位移桿（6)、所述第二位移桿 (7) 及所述第一位移桿(8)中的兩個為滑軌，剩余一個為直線伸縮裝置。3. 如權(quán)利要求2所述的位移裝置，其特征在于，所述第三位移桿(6)及所述第二位移桿 (7)為滑軌;所述第二位移桿(7)滑動設(shè)置于所述第三位移桿(6)上； 所述第一位移桿(8)為直線伸縮裝置，其滑動設(shè)置于所述第二位移桿(7)上，其驅(qū)動端 與所述末端法蘭(9)連接。4. 如權(quán)利要求2或3所述的位移裝置，其特征在于，所述直線伸縮裝置為直線電機或氣 缸。5. -種機器人，包括機器人主體及末端法蘭(9 )，其特征在于，還包括如權(quán)利要求1 -4任 一項所述的位移裝置； 所述末端法蘭(9)與所述第一位移桿(8)連接，所述機器人主體的驅(qū)動末端與所述第三 位移桿(6)連接。6. 如權(quán)利要求5所述的機器人，其特征在于，所述機器人主體包括依次通過關(guān)節(jié)連接的 基座(10)、第一連桿(1)、第二連桿(2)、第三連桿(3)、第四連桿(4)及第五連桿(5); 所述第五連桿(5)遠離所述第四連桿(4)的一端為所述機器人主體的驅(qū)動末端。7. 如權(quán)利要求5或6所述的機器人，其特征在于，所述末端法蘭(9)上設(shè)置有用于安裝工 具的多個安裝孔。
【文檔編號】B25J9/10GK205466200SQ201521098695
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月23日
【發(fā)明人】王業(yè)率, 趙天光
【申請人】珠海格力電器股份有限公司