一种五轴数控机械手臂的制备方法及五轴数控机械手臂

摘要

本发明公开了一种五轴数控机械手臂的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：(1)设置一机械手臂本体，在该机械手臂本体上设有X轴手臂、Y轴手臂和Z轴手臂，分别在X轴、Y轴和Z轴上，通过伺服电机带动平移工作；(2)在机械手臂本体上分别设置控制装置和机械手臂运行反馈装置，并通过CAN控制总线彼此连接；(3)在所述Z轴手臂末端，设置一B、C轴运动机构，该B、C轴运动机构，通过伺服电机带动在B轴上旋转180°，在C轴上旋转360°；(4)在所述控制装置中设置依次连接的控制模块、数据运算模块、记忆存储模块和信号处理模块。本发明还公开了一种实施该方法的五轴数控机械手臂。

主权项

一种五轴数控机械手臂的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)设置一机械手臂本体，在该机械手臂本体上设有X轴手臂、Y轴手臂和Z轴手臂，分别在X轴、Y轴和Z轴上，通过伺服电机带动平移工作；(2)在机械手臂本体上分别设置控制装置和机械手臂本体运行反馈装置，并通过CAN控制总线彼此连接；所述的机械手臂本体运行反馈装置，包括光电编码器和故障检测模块；光电编码器将机械手臂本体运行情况进行实时反馈，将反馈信号传输至控制装置中的信号处理模块进行处理，经信号处理模块处理完后，传输至数据处理模块进行计算，然后通过SCI通信模块将计算结果传输至中央控制模块，最后由中央控制模块对机械手臂本体进行调整控制；所述故障检测模块自动侦测故障并记忆故障编号，通过微调所运行时轴位置及自动累算运转次数实现自动报警功能，并跳出死循环运转状态，保障系统安全；(3)在所述Z轴手臂末端，设置一B、C轴运动机构，该B、C轴运动机构，包括伺服电机B和伺服电机C，所述伺服电机C，经过皮带传动机构，带动锥形齿，通过两个锥形齿传动，使运动机构在C轴做360°旋转；所述伺服电机B，经过两级皮带传动机构，使运动机构在B轴做180°旋转；(4)在所述控制装置中设置依次连接的中央控制模块、数据运算模块、记忆存储模块和信号处理模块；其中所述中央控制模块和数据运算模块，通过SCI通信模块连接；在所述记忆存储模块中存有机械手臂本体运动最佳位置坐标；(5)在步骤(4)所述中央控制模块中，嵌入控制算法公式：${\theta }_L\left(\delta \right)=\frac{K_m(K_p+{\mathrm{\delta K}}_v)\theta \tau \left(\delta \right)-{\mathrm{nR}}_{m}D\left(\delta \right)}{{\delta }^2{R}_m{J}_{off}+\delta (R_m{f}_{off}+{{}^{1}K}_m{K}_b+K_m{K}_v)+K_m{K}_p}$其中：δ为拉普拉斯算子，R_m为伺服电机电阻，θL为负载轴的角位移，θτ为指令角位移，J_off有效惯性矩，f_off有效粘滞摩擦系数，n齿数比，K_m为力矩比常数，K_b为比例常数，K_p为位置反馈增益，K_v为误差微分反馈增益，D为扰动力矩；(6)在所述数据运算模块中，嵌入高精度、高效数据运算算法，首先采用增量型PID算法，对数据进行预处理，然后采用逆运动学方程，对机械手臂本体的运动轨迹进行数学建模，再依次采用三次多项式插值算法、空间直线插补算法和空间圆弧插补算法，对机械手臂本体实时运动轨迹进行计算，得出计算结果；(7)步骤(6)所得计算结果，通过SCI通信模块传输至中央控制模块，中央控制模块通过调用记忆存储模块中预先设定的最佳坐标，与计算结果数值对比，对机械手臂本体的运动进行实时调整控制。