一種工業多軸機械臂的運動再現方法
【專利摘要】本發明提供一種工業多軸機械臂的運動再現方法，所述方法需提供多軸機械臂、機械臂控制器、上位機以及工控機；利用工控機和以太網實現了上位機與機械臂控制器之間的數據通信；當多軸機械臂運行時，根據設置好的采樣周期，實時采集多軸機械臂運動過程中的運動參數，并將運動參數存儲到上位機中；當需要再現運動軌跡時，將記錄的運動參數根據記錄的順序和設置的數據復現周期，依次發送給機械臂控制器，控制完整再現整個作業過程。本發明解決現有工業多軸機械臂的運動再現方法對用戶專業要求高，不能精確再現示教中的運動軌跡、再現程序修改困難以及故障查找不方便的技術問題。
【專利說明】
-種工業多軸機械臂的運動再現方法
技術領域
[0001] 本發明屬于工業機械臂運動控制技術領域，尤其設及一種工業多軸機械臂的運動 再現方法。
【背景技術】
[0002] 基于機械臂示教編程器的示教再現是實現多軸機械臂運動再現最常用的方法?，F 在工業中應用的多軸機械臂大都具有示教再現功能，可重復再現通過示教編程存儲起來的 作業程序。多軸機械臂系統的編程能力極大的決定了多軸機械臂使用功能的靈活性和智能 程度。
[0003] 上述示教再現方法中，常見的問題有：（1)運動再現程序必須預先編制或示教，對 多軸機械臂的操作者的專業知識要求比較高，為多軸機械臂應用領域的拓寬帶來阻礙；（2) 當要更改再現程序時，用戶需要對作業程序進行修改甚至是重新編寫，運就要求用戶具備 一定的編程知識，花費大量時間去學習編寫程序；（3)在示教過程中，往往需要采用特定的 算法，根據記錄的示教點數據計算得到相應的運動軌跡，再發送給機械臂控制其運動，運只 能保證所記錄示教點位姿的精度，卻無法精確復現示教點之間的運動軌跡，適用于點到點 和不需要很精確路徑控制的場合；（4)在運動再現過程中，無法實時記錄機械臂運行的相關 參數，不利于在故障排查時進行故障分析。
[0004] 現有技術中公開了 "一種工業機器人示教再現方法"，見公開號為：103778843A，公 開日為:2014-05-07的中國專利，該方法包括W下步驟:1、示教:2、再現:其中再現分為Ξ種 方式:2.1、當工業機器人末端運動為關節運動時：2.2、工業機器人末端運動為直線運動時： 2.3、工業機器人末端運動為圓弧運動時分別說明，該發明提供了一種示教過程簡單、精確 的示教再現方式。示教過程包括對示教點的記錄、機器人工作的附加信息和到每一示教點 的相應操作的記錄。本機型機器人的指令包括運動指令、邏輯指令、運算指令、工作指令和 輔助指令。運些指令綜合起來可W完成預期的工作。該發明提供了 Ξ種機器人運動軌跡算 法，并結合機器人示教點A和示教點B的運動參數(各軸轉動角度、各軸的位移W及機器人末 端位姿），通過分析計算得到Ξ種不同的運動軌跡，再利用得到的運動軌跡控制機器人實現 運動再現。該方法雖然能保證機器人示教點A和示教點B的位姿精度，但機器人運動過程的 運動軌跡是由算法計算而成的，無法精確再現示教中的運動軌跡。而且該方法也不能對機 器人運動再現過程中的運動參數進行實時記錄，故障復現難度大。

【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題，在于提供一種工業多軸機械臂的運動再現方法，解決 現有工業多軸機械臂的運動再現方法對用戶專業要求高，不能精確再現示教中的運動軌 跡、再現程序修改困難W及故障查找不方便的技術問題。
[0006] 本發明是運樣實現的：一種工業多軸機械臂的運動再現方法，所述方法需提供多 軸機械臂、機械臂控制器、上位機W及工控機;利用工控機和W太網實現了上位機與機械臂 控制器之間的數據通信；
[0007] 當多軸機械臂運行時，根據設置好的采樣周期，實時采集多軸機械臂運動過程中 的運動參數，并將運動參數存儲到上位機中；當需要再現運動軌跡時，將記錄的運動參數根 據記錄的順序和設置的數據復現周期，依次發送給機械臂控制器，控制完整再現整個作業 過程。
[0008] 進一步的，所述方法進一步包括：當多軸機械臂作業中發生故障后，將存儲在上位 機中的所述運動參數依次發送給多軸機械臂，使其再現整個作業過程，便于用戶排查故障。
[0009] 進一步的，在多軸機械臂所有運動過程中，都能實時采集和保存多軸機械臂運動 過程中的運動參數，所述運動參數包括:機械臂旋轉角度、末端位置數據、各軸角位移及角 速度。
[0010] 進一步的，所述在多軸機械臂所有運動過程中，都能實時采集和保存多軸機械臂 運動過程中的運動參數，具體為：
[0011] 在多軸機械臂運動過程中，根據設置的采樣周期，上位機通過組態軟件實時采集 多軸機械臂，包括機械臂旋轉角度、末端位置數據、各軸角位移及角速度在內的運動參數， 并將運動參數對應到相應的時間單元，依次存儲在上位機中；
[0012] 在多軸機械臂進行運動再現的過程中，也會根據設置的采樣周期，將機械臂的旋 轉角度、末端位置數據和各軸角位移及角速度依次記錄并存儲至上位機中。
[0013] 進一步的，所述方法進一步包括:能在任意時間、任意狀態下，利用記錄在上位機 中的歷史數據，快速再現機械臂任意時間段的Ξ維運動過程，所再現的機械臂的初始狀態、 最終狀態W及過程運動軌跡與再現機械臂任意時間段的Ξ維運動過程的完全一致，具體實 施步驟如下：
[0014] 在機械臂完成某一組動作后，上位機讀取上位機中存儲的相關運動參數，按照時 間區域內時間單元的排列順序，依次將對應的機械臂轉動角度、末端位置、各軸角位移及角 速度參數發送至機械臂控制器，控制機械臂各軸運動，從而完整再現機械臂完成某一組動 作的運動過程，重復定位精度高；
[0015] 用戶也能僅選取該組動作所隸屬時間區域內的某個時間段，W控制機械臂再現該 組動作中的某一個動作或多個動作，從而實現運動再現的靈活變化。
[0016] 進一步的，在運動再現時，通過調節數據復原刷新周期來實現運動歷史過程的加 減速再現;具體實施步驟如下：
[0017] 當需要實現機器人某段運動歷史過程的加速或減速再現時，對數據復現周期進行 更改，上位機將根據數據復現周期與采樣周期的比值，分別對數據傳輸的時間間隔和所記 錄的各軸角速度進行等比例的放大和縮??；
[0018] 上位機按照變更后的數據傳輸時間間隔，依次將機械臂轉動角度、末端位置、各軸 角位移及縮放后的角速度發送至機械臂控制器，控制機械臂各軸運動，從而實現運動歷史 過程的加減速再現。
[0019] 進一步的，當多軸機械臂出現故障需要復現時，把存儲在上位機中的故障時間區 域內的所述運動參數作為機械臂控制參數發送給機械臂控制器，控制機械臂再現整個故障 過程;其具體步驟如下：
[0020] 步驟1、根據故障發生時間，選定需要進行運動再現的時間區域；
[0021] 步驟2、上位機將上位機中所存儲的所述故障時間區域內的運動參數，按照時間單 元的排序依次發送給機械臂控制器；
[0022] 步驟3、機械臂控制器根據接收到的控制和運動參數，驅動機械臂再現作業過程， 從而實現故障再現。
[0023] 本發明具有如下優點：1、本發明可W將多軸機械臂運動過程中的機械臂旋轉角 度、末端位置數據、各軸角位移及角速度記錄下來，并存儲在上位機中，為研究多軸機械臂 運動過程提供極大便利。
[0024] 2、本發明可W實現在任意時間、任意狀態下，完整再現多軸機械臂任意時間區域 內的Ξ維運動過程，且可確保再現精度。而且用戶無需具有編程基礎也能操作機械臂實現 運動再現，操作過程簡單，工作效率高，從而有利于機器人在實際生產中的應用與推廣。
[0025] 3、在運動再現時，可W通過調節數據復原刷新周期來實現運動歷史過程的加減速 復現，實現運動再現的多樣性，擴大機器人在實際生產中的運用范圍。
[0026] 4、在多軸機械臂發送故障后，可W調用故障發生時刻所屬時間區域的記錄數據， 實現故障的完整復現，便于用戶進行故障診斷、修復和分析。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明方法流程示意圖。
[0028] 圖2為本發明設及硬件的架構圖。
[0029] 圖3為本發明運動參數存儲流程圖。
[0030] 圖4為本發明運動再現流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 請參閱圖1至圖4所示，本發明的一種工業多軸機械臂的運動再現方法，所述方法 需提供多軸機械臂、機械臂控制器、上位機W及工控機;利用工控機和W太網實現了上位機 與機械臂控制器之間的數據通信；
[0032] 當多軸機械臂運行時，根據設置好的采樣周期，實時采集多軸機械臂運動過程中 的運動參數，并將運動參數存儲到上位機中；
[0033] 當需要再現運動軌跡時，將記錄的運動參數根據記錄的順序和設置的數據復現周 期，依次發送給機械臂控制器，控制完整再現整個作業過程，可實現既定軌跡的精確復現。
[0034] 當多軸機械臂作業中發生故障后，將存儲在上位機中的所述運動參數依次發送給 多軸機械臂，使其再現整個作業過程，便于用戶排查故障。
[0035] 如圖2所示，本發明的整個系統構架由多軸機械臂、機械臂其控制器、上位機和工 控機組成，系統利用工控機和W太網實現了上位機與多軸機械臂控制器之間的數據通信， 使上位機能夠實時采集當前正在動作的多軸機械臂的運動參數，并將其保存在上位機中。 所述運動參數包括機械臂旋轉角度、末端位置數據、各軸角位移及角速度。除此之外，還可 W定時發送控制和運動參數數據給多軸機械臂實現對機械臂的運動控制。
[0036] 在多軸機械臂所有運動過程中，都能實時采集和保存多軸機械臂運動過程中的運 動參數，所述運動參數包括:機械臂旋轉角度、末端位置數據、各軸角位移及角速度。
[0037] 具體實施步驟如下：
[0038] 1)在多軸機械臂運動過程中，根據設置的采樣周期，上位機通過組態軟件實時采 集機械臂包括機械臂旋轉角度、末端位置數據、各軸角位移及角速度在內的運動參數，并將 其對應到相應的時間單元，依次存儲在上位機中；
[0039] 2)在多軸機械臂進行運動再現的過程中，也會根據設置的采樣周期，將機械臂的 旋轉角度、末端位置數據和各軸角位移及角速度依次記錄并存儲至上位機中。
[0040] 例1，運動參數的記錄和存儲方式示例。參見表1:機械臂運動參數存儲示例。
[0041] 表 1
[0042]
[0043] 另外，本發明可在任意時間、任意狀態下，利用記錄在上位機中的歷史數據，快速 再現機械臂任意時間段的Ξ維運動過程，所再現的機械臂的初始狀態、最終狀態W及過程 運動軌跡與再現機械臂任意時間段的Ξ維運動過程的完全一致，可實現整個運動過程的精 確復現。
[0044] 具體實施步驟如下：
[0045] 1)在機械臂完成某一組動作后，上位機讀取上位機中存儲的相關運動參數，按照 時間區域內時間單元的排列順序，依次將對應的機械臂轉動角度、末端位置、各軸角位移及 角速度參數發送至機械臂控制器，控制機械臂各軸運動，從而完整再現機械臂完成某一組 動作的運動過程，重復定位精度高。
[0046] 2)用戶也可W僅選取該組動作所隸屬時間區域內的某個時間段，W控制機械臂再 現該組動作中的某一個動作或多個動作，從而實現運動再現的靈活變化。
[0047] 本發明的一種工業多軸機械臂的運動再現方法，在運動再現時，可W通過調節數 據復原刷新周期來實現運動歷史過程的加減速再現。
[004引具體實施步驟如下：
[0049] 1)當需要實現機器人某段運動歷史過程的加速或減速再現時，可W對數據復現周 期進行更改，上位機將根據數據復現周期與采樣周期的比值，分別對數據傳輸的時間間隔 和所記錄的各軸角速度進行等比例的放大和縮小。
[0050] 2)上位機按照變更后的數據傳輸時間間隔，依次將機械臂轉動角度、末端位置、各 軸角位移及縮放后的角速度發送至機械臂控制器，控制機械臂各軸運動，從而實現運動歷 史過程的加減速再現。
[0051] 運里需要說明的是:本發明在多軸機械臂發生故障后，可W調用該時間段的記錄 數據，實現故障復現，便于用戶進行故障排查。
[0052] 當多軸機械臂出現故障需要復現時，可W把存儲在上位機中的故障時間區域內的 所述運動參數作為機械臂控制參數發送給機械臂控制器，控制機械臂再現整個故障過程。
[0053] 其具體步驟如下：
[0054] 步驟1、根據故障發生時間，選定需要進行運動再現的時間區域；
[0055] 步驟2、上位機將上位機中所存儲的所述故障時間區域內的運動參數，按照時間單 元的排序依次發送給機械臂的控制器；
[0056] 步驟3、控制器根據接收到的控制和運動參數，驅動機械臂再現作業過程，從而實 現故障再現。
[0057] 總之，本發明用于解決現有工業多軸機械臂的運動再現方法對用戶專業要求高， 不能精確再現示教中的運動軌跡、再現程序修改困難W及故障查找不方便的技術問題。
[0058] W上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與 修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【主權項】
1. 一種工業多軸機械臂的運動再現方法，其特征在于:所述方法需提供多軸機械臂、機 械臂控制器、上位機以及工控機;利用工控機和以太網實現了上位機與機械臂控制器之間 的數據通信； 當多軸機械臂運行時，根據設置好的采樣周期，實時采集多軸機械臂運動過程中的運 動參數，并將運動參數存儲到上位機中；當需要再現運動軌跡時，將記錄的運動參數根據記 錄的順序和設置的數據復現周期，依次發送給機械臂控制器，控制完整再現整個作業過程。2. 根據權利要求1所述的一種工業多軸機械臂的運動再現方法，其特征在于:所述方法 進一步包括：當多軸機械臂作業中發生故障后，將存儲在上位機中的所述運動參數依次發 送給多軸機械臂，使其再現整個作業過程，便于用戶排查故障。3. 根據權利要求1所述的一種工業多軸機械臂的運動再現方法，其特征在于:在多軸機 械臂所有運動過程中，都能實時采集和保存多軸機械臂運動過程中的運動參數，所述運動 參數包括:機械臂旋轉角度、末端位置數據、各軸角位移及角速度。4. 根據權利要求3所述的一種工業多軸機械臂的運動再現方法，其特征在于:所述在多 軸機械臂所有運動過程中，都能實時采集和保存多軸機械臂運動過程中的運動參數，具體 為： 在多軸機械臂運動過程中，根據設置的采樣周期，上位機通過組態軟件實時采集多軸 機械臂，包括機械臂旋轉角度、末端位置數據、各軸角位移及角速度在內的運動參數，并將 運動參數對應到相應的時間單元，依次存儲在上位機中； 在多軸機械臂進行運動再現的過程中，也會根據設置的采樣周期，將機械臂的旋轉角 度、末端位置數據和各軸角位移及角速度依次記錄并存儲至上位機中。5. 根據權利要求1所述的一種工業多軸機械臂的運動再現方法，其特征在于:所述方法 進一步包括:能在任意時間、任意狀態下，利用記錄在上位機中的歷史數據，快速再現機械 臂任意時間段的三維運動過程，所再現的機械臂的初始狀態、最終狀態以及過程運動軌跡 與再現機械臂任意時間段的三維運動過程的完全一致，具體實施步驟如下： 在機械臂完成某一組動作后，上位機讀取上位機中存儲的相關運動參數，按照時間區 域內時間單元的排列順序，依次將對應的機械臂轉動角度、末端位置、各軸角位移及角速度 參數發送至機械臂控制器，控制機械臂各軸運動，從而完整再現機械臂完成某一組動作的 運動過程，重復定位精度高； 用戶也能僅選取該組動作所隸屬時間區域內的某個時間段，以控制機械臂再現該組動 作中的某一個動作或多個動作，從而實現運動再現的靈活變化。6. 根據權利要求1所述的一種工業多軸機械臂的運動再現方法，其特征在于:在運動再 現時，通過調節數據復原刷新周期來實現運動歷史過程的加減速再現;具體實施步驟如下： 當需要實現機器人某段運動歷史過程的加速或減速再現時，對數據復現周期進行更 改，上位機將根據數據復現周期與采樣周期的比值，分別對數據傳輸的時間間隔和所記錄 的各軸角速度進行等比例的放大和縮小； 上位機按照變更后的數據傳輸時間間隔，依次將機械臂轉動角度、末端位置、各軸角位 移及縮放后的角速度發送至機械臂控制器，控制機械臂各軸運動，從而實現運動歷史過程 的加減速再現。7. 根據權利要求1所述的一種工業多軸機械臂的運動再現方法，其特征在于： 當多軸機械臂出現故障需要復現時，把存儲在上位機中的故障時間區域內的所述運動 參數作為機械臂控制參數發送給機械臂控制器，控制機械臂再現整個故障過程;其具體步 驟如下： 步驟1、根據故障發生時間，選定需要進行運動再現的時間區域； 步驟2、上位機將上位機中所存儲的所述故障時間區域內的運動參數，按照時間單元的 排序依次發送給機械臂控制器； 步驟3、機械臂控制器根據接收到的控制和運動參數，驅動機械臂再現作業過程，從而 實現故障再現。
【文檔編號】B25J9/22GK105965512SQ201610557110
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月15日
【發明人】鄭松, 曾其鋆, 李真真, 何俊欣, 何偉東, 張望, 王亮亮
【申請人】愛普（福建）科技有限公司