本發(fā)明涉及工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種可重構(gòu)模塊化設(shè)計的六軸輕載工業(yè)機(jī)器人控制方法，及實施該方法的裝置。

背景技術(shù)：

從21世紀(jì)初開始，受技術(shù)快速發(fā)展、人力成本不斷上升、生產(chǎn)效率要求進(jìn)一步提高等因素影響，全球工業(yè)機(jī)器人將迎來更為廣闊的發(fā)展空間和更高的發(fā)展速度。對工業(yè)機(jī)器人的需求，已從汽車及汽車周邊行業(yè)擴(kuò)展到電子、醫(yī)療、食品、服務(wù)等眾多行業(yè)。在區(qū)域分布上，隨著亞洲地區(qū)制造業(yè)的發(fā)展，各項產(chǎn)業(yè)對于工業(yè)機(jī)器人的需求量增加，使得工業(yè)機(jī)器人市場需求逐漸由歐美地區(qū)轉(zhuǎn)移到亞洲地區(qū)。我國工業(yè)機(jī)器人市場已呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。從2010年開始我國工業(yè)機(jī)器人需求量激增，但目前我國新增工業(yè)機(jī)器人中超過70％依賴國外進(jìn)口。外資品牌占據(jù)了國內(nèi)絕對的市場份額，像發(fā)那科、安川、ABB、庫卡等外資品牌在中國的市場占有率高達(dá)90％！

這樣的背景之下，對于我國工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)而言，可以說是既有機(jī)遇又有困難。就目前情況看來，國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人廠商需要面對以下問題：控制精度差，長時間使用后運(yùn)行精度降低，不能有效的進(jìn)行補(bǔ)償。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可重構(gòu)模塊化設(shè)計的六軸輕載工業(yè)機(jī)器人控制方法，及實施該方法的裝置，解決現(xiàn)有六軸工業(yè)機(jī)械手定位精度差，使用壽命短的問題。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

一種六軸輕載工業(yè)機(jī)器人的控制方法，其包括以下步驟：

(1)設(shè)置底座，于底座上設(shè)置六軸連動機(jī)構(gòu)；所述六軸連動機(jī)構(gòu)包括第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸和第六軸，其中所述第一軸設(shè)于底座上，第二軸通過第一連接件固定在第一軸上，所述第三軸與第二軸通過第一連桿相互連接，所述第四軸通過拐角連桿固定于第三軸上，所述第五軸和第六軸依次設(shè)于第四軸前部；

(2)設(shè)置與六軸連動機(jī)構(gòu)電連接的控制箱，于控制箱內(nèi)設(shè)置控制卡板；

(3)于控制卡板上設(shè)置人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、中央處理模塊和執(zhí)行模塊；

(4)于所述中央處理模塊內(nèi)嵌入有控制算法，所述控制算法包括：

其中：L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆分別為第一軸至第六軸尺寸，K_p為系統(tǒng)比例增益，K_i為積分項系數(shù)，K_d＝K_p*T_d，T_d為微分時間，u(t)為控制輸出量；

(5)上電工作，各個模塊進(jìn)行初始化，所述人機(jī)交互模塊，接收人工輸入控制參數(shù)，數(shù)據(jù)采集模塊采集各個電機(jī)轉(zhuǎn)速信息，各軸的旋轉(zhuǎn)及擺動角度，并將采集到的信號傳輸至中央處理模塊，由中央處理模塊中所嵌入的控制算法，對各軸的運(yùn)動軌跡進(jìn)行規(guī)劃，然后由執(zhí)行模塊輸出電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，數(shù)據(jù)采集模塊同時采集各個電機(jī)的實時運(yùn)行狀態(tài)，中央處理模塊通過對比預(yù)先設(shè)定的軌跡，實時做出插值調(diào)整，從而實現(xiàn)對六軸工業(yè)機(jī)器人的控制。

所述第一軸為中空圓柱體結(jié)構(gòu)，于該中空圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有第一軸伺服電機(jī)。

所述第一連桿兩端設(shè)有圓形通槽，且下端圓形通槽直徑大于上端圓形通槽直徑，所述第二軸設(shè)于下端圓形通槽內(nèi)，所述第三軸設(shè)于上端圓形通槽內(nèi)；第一連桿中部設(shè)有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。

所述拐角連桿呈“7”型結(jié)構(gòu)，于拐角連桿下部設(shè)有弧形拐角，所述第三軸固定于該弧形拐角內(nèi)，所述弧形拐角上部中空，所述第四軸設(shè)于該中空內(nèi)。

所述第二軸為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其包括基座，于基座上部設(shè)有第二軸上外殼，第二軸下外殼，第二軸伺服電機(jī)和第二軸諧波減速機(jī)，其中所述第二軸下外殼與第二軸上外殼形成空腔，所述第二軸諧波減速機(jī)設(shè)于該空腔內(nèi)，并與所述第二軸伺服電機(jī)相連接。

所述第四軸為移動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其包括第四軸上外殼，第四軸下外殼，第四軸伺服電機(jī)和第四軸諧波減速機(jī)，其中所述第四軸下外殼與第四軸上外殼形成空腔，所述第四軸伺服電機(jī)和第四軸諧波減速機(jī)設(shè)于該空腔內(nèi)，且第四軸伺服電機(jī)與第四軸諧波減速機(jī)相互連接；將電機(jī)的轉(zhuǎn)動用螺旋副轉(zhuǎn)化為沿其自身軸線的往復(fù)移動。

所述第六軸為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其呈圓柱體結(jié)構(gòu)，其包括第六軸上外殼，第六軸下外殼，第六軸伺服電機(jī)和第六軸諧波減速機(jī)，其中所述第六軸下外殼與第六軸上外殼形成空腔，所述第六軸伺服電機(jī)和第六軸諧波減速機(jī)設(shè)于該空腔內(nèi)，且第六軸伺服電機(jī)與第六軸諧波減速機(jī)相互連接。

一種實施所述控制方法的裝置，其包括底座，設(shè)于底座上的六軸連動機(jī)構(gòu)，以及控制六軸連動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的控制箱，所述六軸連動機(jī)構(gòu)包括第一軸、第二軸、第三軸、第四軸、第五軸和第六軸，其中所述第一軸設(shè)于底座上，第二軸通過第一連接件固定在第一軸上，所述第三軸與第二軸通過第一連桿相互連接，所述第四軸通過拐角連桿固定于第三軸上，所述第五軸和第六軸依次設(shè)于第四軸前部；所述控制箱設(shè)有控制卡板，于卡板上設(shè)有工業(yè)機(jī)器人控制模塊，該控制模塊包括人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、中央處理模塊和執(zhí)行模塊，所述中央處理模塊內(nèi)嵌入有控制算法，該控制算法包括：

其中：L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆分別為第一軸至第六軸尺寸，K_p為系統(tǒng)比例增益，K_i為積分項系數(shù)，K_d＝K_p*T_d，T_d為微分時間，u(t)為控制輸出量。

所述第一軸為中空圓柱體結(jié)構(gòu)，于該中空圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有第一軸伺服電機(jī)；所述第一連桿兩端設(shè)有圓形通槽，且下端圓形通槽直徑大于上端圓形通槽直徑，所述第二軸設(shè)于下端圓形通槽內(nèi)，所述第三軸設(shè)于上端圓形通槽內(nèi)；第一連桿中部設(shè)有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)；所述拐角連桿呈“7”型結(jié)構(gòu)，于拐角連桿下部設(shè)有弧形拐角，所述第三軸固定于該弧形拐角內(nèi)，所述弧形拐角上部中空，所述第四軸設(shè)于該中空內(nèi)。

所述第二軸為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其包括基座，于基座上部設(shè)有第二軸上外殼，第二軸下外殼，第二軸伺服電機(jī)和第二軸諧波減速機(jī)，其中所述第二軸下外殼與第二軸上外殼形成空腔，所述第二軸諧波減速機(jī)設(shè)于該空腔內(nèi)，并與所述第二軸伺服電機(jī)相連接；所述第四軸為移動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其包括第四軸上外殼，第四軸下外殼，第四軸伺服電機(jī)和第四軸諧波減速機(jī)，其中所述第四軸下外殼與第四軸上外殼形成空腔，所述第四軸伺服電機(jī)和第四軸諧波減速機(jī)設(shè)于該空腔內(nèi)，且第四軸伺服電機(jī)與第四軸諧波減速機(jī)相互連接；將電機(jī)的轉(zhuǎn)動用螺旋副轉(zhuǎn)化為沿其自身軸線的往復(fù)移動；所述第六軸為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其呈圓柱體結(jié)構(gòu)，其包括第六軸上外殼，第六軸下外殼，第六軸伺服電機(jī)和第六軸諧波減速機(jī)，其中所述第六軸下外殼與第六軸上外殼形成空腔，所述第六軸伺服電機(jī)和第六軸諧波減速機(jī)設(shè)于該空腔內(nèi)，且第六軸伺服電機(jī)與第六軸諧波減速機(jī)相互連接。

本發(fā)明的有益效果是：通過可重構(gòu)模塊化精良的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，使得結(jié)構(gòu)緊湊簡單，并保證了足夠的剛性，達(dá)到5㎏的負(fù)載能力。主要零件選用了優(yōu)質(zhì)的鋁合金材料，其關(guān)鍵零件都有設(shè)計開模，形成模組化設(shè)計，使得定位精度更高。在第六軸采用長方體倒圓角結(jié)構(gòu)，在旋轉(zhuǎn)摩擦處增加了其剛性；采用第一連桿連接第二軸和第三軸，采取開模且中間加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，既保證剛度穩(wěn)定，同時也降低了成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為第二軸剖視圖；

圖3為第四軸剖視圖；

圖4為第六軸剖視圖；

圖5為拐角連桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為第一連桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明電機(jī)驅(qū)動電路圖。

圖中：1.底座 2.第一軸 3.第二軸 4.第三軸 5.第四軸

6.第五軸 7.第六軸 8.第一連接件 9.第一連桿

10.拐角連桿 11.圓形通槽 12.弧形拐角 13.基座

14.第二軸上外殼 15.第二軸下外殼

16.第二軸伺服電機(jī) 17.第二軸諧波減速機(jī)

18.第四軸上外殼 19.第四軸下外殼

20.第四軸伺服電機(jī) 21.第四軸諧波減速機(jī)

22.第六軸上外殼 23.第六軸下外殼

24.第六軸伺服電機(jī) 25.第六軸諧波減速機(jī)

具體實施方式

實施例：參見圖1至圖6，本實施例提供一種六軸輕載工業(yè)機(jī)器人的控制方法，其包括以下步驟：

(1)設(shè)置底座1，于底座1上設(shè)置六軸連動機(jī)構(gòu)；所述六軸連動機(jī)構(gòu)包括第一軸2、第二軸3、第三軸4、第四軸5、第五軸6和第六軸7，其中所述第一軸2設(shè)于底座1上，第二軸3通過第一連接件8固定在第一軸2上，所述第三軸4與第二軸3通過第一連桿9相互連接，所述第四軸5通過拐角連桿10固定于第三軸4上，所述第五軸6和第六軸7依次設(shè)于第四軸5前部；

(2)設(shè)置與六軸連動機(jī)構(gòu)電連接的控制箱，于控制箱內(nèi)設(shè)置控制卡板；

(3)于控制卡板上設(shè)置人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、中央處理模塊和執(zhí)行模塊；

(4)于所述中央處理模塊內(nèi)嵌入有控制算法，所述控制算法包括：

其中：L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆分別為第一軸至第六軸尺寸，K_p為系統(tǒng)比例增益，K_i為積分項系數(shù)，K_d＝K_p*T_d，T_d為微分時間，u(t)為控制輸出量；

(5)上電工作，各個模塊進(jìn)行初始化，所述人機(jī)交互模塊，接收人工輸入控制參數(shù)，數(shù)據(jù)采集模塊采集各個電機(jī)轉(zhuǎn)速信息，各軸的旋轉(zhuǎn)及擺動角度，并將采集到的信號傳輸至中央處理模塊，由中央處理模塊中所嵌入的控制算法，對各軸的運(yùn)動軌跡進(jìn)行規(guī)劃，然后由執(zhí)行模塊輸出電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，數(shù)據(jù)采集模塊同時采集各個電機(jī)的實時運(yùn)行狀態(tài)，中央處理模塊通過對比預(yù)先設(shè)定的軌跡，實時做出插值調(diào)整，從而實現(xiàn)對六軸工業(yè)機(jī)器人的控制。

所述第一軸2為中空圓柱體結(jié)構(gòu)，于該中空圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有第一軸伺服電機(jī)。

所述第一連桿9兩端設(shè)有圓形通槽11，且下端圓形通槽直徑大于上端圓形通槽直徑，所述第二軸3設(shè)于下端圓形通槽內(nèi)，所述第三軸4設(shè)于上端圓形通槽內(nèi)；第一連桿9中部設(shè)有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。

所述拐角連桿10呈“7”型結(jié)構(gòu)，于拐角連桿10下部設(shè)有弧形拐角12，所述第三軸4固定于該弧形拐角12內(nèi)，所述弧形拐角12上部中空，所述第四軸5設(shè)于該中空內(nèi)。

所述第二軸3為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其包括基座13，于基座13上部設(shè)有第二軸上外殼14，第二軸下外殼15，第二軸伺服電機(jī)16和第二軸諧波減速機(jī)17，其中所述第二軸下外殼15與第二軸上外殼14形成空腔，所述第二軸諧波減速機(jī)17設(shè)于該空腔內(nèi)，并與所述第二軸伺服電機(jī)16相連接。

所述第四軸5為移動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其包括第四軸上外殼18，第四軸下外殼19，第四軸伺服電機(jī)20和第四軸諧波減速機(jī)21，其中所述第四軸下外殼19與第四軸上外殼18形成空腔，所述第四軸伺服電機(jī)20和第四軸諧波減速機(jī)21設(shè)于該空腔內(nèi)，且第四軸伺服電機(jī)20與第四軸諧波減速機(jī)21相互連接；將電機(jī)的轉(zhuǎn)動用螺旋副轉(zhuǎn)化為沿其自身軸線的往復(fù)移動。

所述第六軸7為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其呈圓柱體結(jié)構(gòu)，其包括第六軸上外殼22，第六軸下外殼23，第六軸伺服電機(jī)24和第六軸諧波減速機(jī)25，其中所述第六軸下外殼23與第六軸上外殼22形成空腔，所述第六軸伺服電機(jī)23和第六軸諧波減速機(jī)24設(shè)于該空腔內(nèi)，且第六軸伺服電機(jī)24與第六軸諧波減速機(jī)25相互連接。

一種實施所述控制方法的裝置，其包括底座1，設(shè)于底座1上的六軸連動機(jī)構(gòu)，以及控制六軸連動機(jī)構(gòu)運(yùn)動的控制箱，所述六軸連動機(jī)構(gòu)包括第一軸2、第二軸3、第三軸4、第四軸5、第五軸6和第六軸7，其中所述第一軸2設(shè)于底座1上，第二軸3通過第一連接件8固定在第一軸2上，所述第三軸4與第二軸3通過第一連桿9相互連接，所述第四軸5通過拐角連桿10固定于第三軸4上，所述第五軸6和第六軸7依次設(shè)于第四軸5前部；所述控制箱設(shè)有控制卡板，于卡板上設(shè)有工業(yè)機(jī)器人控制模塊，該控制模塊包括人機(jī)交互模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、中央處理模塊和執(zhí)行模塊，所述中央處理模塊內(nèi)嵌入有控制算法，該控制算法包括：

其中：L₁、L₂、L₃、L₄、L₅、L₆分別為第一軸至第六軸尺寸，K_p為系統(tǒng)比例增益，K_i為積分項系數(shù)，K_d＝K_p*T_d，T_d為微分時間，u(t)為控制輸出量。

所述第一軸2為中空圓柱體結(jié)構(gòu)，于該中空圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)有第一軸伺服電機(jī)；所述第一連桿9兩端設(shè)有圓形通槽11，且下端圓形通槽直徑大于上端圓形通槽直徑，所述第二軸3設(shè)于下端圓形通槽內(nèi)，所述第三軸4設(shè)于上端圓形通槽內(nèi)；第一連桿9中部設(shè)有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)；所述拐角連桿10呈“7”型結(jié)構(gòu)，于拐角連桿10下部設(shè)有弧形拐角12，所述第三軸4固定于該弧形拐角12內(nèi)，所述弧形拐角12上部中空，所述第四軸5設(shè)于該中空內(nèi)。

所述第二軸3為旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其包括基座13，于基座13上部設(shè)有第二軸上外殼14，第二軸下外殼15，第二軸伺服電機(jī)16和第二軸諧波減速機(jī)17，其中所述第二軸下外殼15與第二軸上外殼14形成空腔，所述第二軸諧波減速機(jī)17設(shè)于該空腔內(nèi)，并與所述第二軸伺服電機(jī)16相連接。所述第四軸5為移動關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其包括第四軸上外殼18，第四軸下外殼19，第四軸伺服電機(jī)20和第四軸諧波減速機(jī)21，其中所述第四軸下外殼19與第四軸上外殼18形成空腔，所述第四軸伺服電機(jī)20和第四軸諧波減速機(jī)21設(shè)于該空腔內(nèi)，且第四軸伺服電機(jī)20與第四軸諧波減速機(jī)21相互連接；將電機(jī)的轉(zhuǎn)動用螺旋副轉(zhuǎn)化為沿其自身軸線的往復(fù)移動。所述第六軸7為回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，其呈圓柱體結(jié)構(gòu)，其包括第六軸上外殼22，第六軸下外殼23，第六軸伺服電機(jī)24和第六軸諧波減速機(jī)25，其中所述第六軸下外殼23與第六軸上外殼22形成空腔，所述第六軸伺服電機(jī)23和第六軸諧波減速機(jī)24設(shè)于該空腔內(nèi)，且第六軸伺服電機(jī)24與第六軸諧波減速機(jī)25相互連接。

參見圖7，于伺服電機(jī)處設(shè)有電機(jī)驅(qū)動電路，該電路電機(jī)驅(qū)動電路包括驅(qū)動芯片，與驅(qū)動芯片連接的二極管D2～D9，電阻R7和電阻R8，電容C13和電容C14，兩個非門和兩個插件M1和M2。該電機(jī)驅(qū)動芯片具有較強(qiáng)的抗干擾性能，從而大大提高伺服電機(jī)的行走精度。

以上所述，僅為本發(fā)明的較佳可行實施例，并非用以局限本發(fā)明的專利范圍，故凡運(yùn)用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的方法步驟及等效結(jié)構(gòu)變化，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍。