[發明專利]一種基于EtherCAT的六軸機械臂安全限位方法

在審

• 申請號: 201811332428.0
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109108987A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 林偉陽;李圣;劉雨;李湛;佟明斯;高會軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 劉冰

一種基于EtherCAT的六軸機械臂安全限位方法，屬于自動控制領域。現有的機械臂在不限制加速度的情況下自行停止時，存在對產生的抖動的控制效果差的問題。一種基于EtherCAT的六軸機械臂安全限位方法，設計基于EtherCAT的控制機械臂運作的主控算法；設計機械臂關節位姿超限判斷算法、機械臂末端位姿超限判斷算法、機械臂停止算法，且在主控算法的每個檢測并執行的周期內執行一次；機械臂主控算法的每一個循環周期內調用一次安全算法，檢查機械臂的運行情況，并判斷運行情況是否超限；若超限，則返回運行信息，并調用機械臂停止算法，控制機械臂減速。本發明可以安全、穩定地使機械臂停止，從而為機械臂的使用安全提供保障。

技術領域

本發明涉及一種自動控制方法，特別涉及一種基于EtherCAT的六軸機械臂安全限位方法。

背景技術

在機械臂進行運動作業時需要限制末端的位置不能超出給定的范圍，且應保證各關節的姿態、位置不相互沖突。一旦發生上述情況，需要機械臂停止運動。如果不限制機械臂的加速度，在停止時機械臂會產生很大的加速度，機身發生劇烈抖動。如果該問題不解決，會導致關節與電機負載過大，減少壽命。而抖動也可能引起機體重心大幅度移動，如果固定不夠牢固，甚至會使整臺機器傾倒，引發人身安全問題、財產損失。因此需要設計一種算法，使得機械臂在超出限制區域時以不超過上限的加速度減速直至完全停止。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的機械臂在不限制加速度的情況下自行停止時，存在對產生的抖動的控制效果差的問題，而提出一種基于EtherCAT的六軸機械臂安全限位方法。

一種基于EtherCAT的六軸機械臂安全限位方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一、設計基于EtherCAT的控制機械臂運作的主控算法；所述的主控算法實時循環任務，在每一個循環周期檢測一遍接收到的指令并進行指令的執行；

步驟二、設計安全判斷算法，且在主控算法的每個檢測并執行的周期內執行一次；其中，所述的安全判斷算法包括：

機械臂關節位姿超限判斷算法、機械臂末端位姿超限判斷算法、機械臂停止算法；

步驟三、機械臂主控算法的每一個循環周期內調用一次安全算法，檢查機械臂的運行情況，并判斷運行情況是否超限；

若超限，則返回運行信息，并調用機械臂停止算法，控制機械臂減速；

若未超限，不進行停機操作，機械臂主控算法繼續運行。

本發明的有益效果為：

本發明在機械臂控制過程中，額外設計安全算法限制機械臂運行加速度，保護算法包括機械臂關節位姿超限判斷算法、機械臂末端位姿超限判斷算法、機械臂停止算法；主控算法在機械臂每次循環周期的正常工作過程中調用安全算法，分別通過角位移上限、角位移下限、最大角速度、最大角加速度的量來實現機械臂關節位姿超限判斷算法，通過末端在以機器人基座建立的坐標系中x軸，y軸，z軸方向上的位置的范圍來實現量機械臂末端位姿超限判斷算法的判定，判斷出超限后再調用停止算法控制電機驅動器停止；即可保證機械臂在超出設定范圍時減速停機。本發明方法可以安全、穩定地使機械臂停止，從而為機械臂的使用安全提供保障。具體效果如圖3至圖6所示。圖3至圖6為操作單軸(實驗中為六軸機械臂的1軸)使機械臂末端超過所設范圍的實驗結果。其中，圖3為程序對機械臂關節電機發出的期望角速度指令，圖4為機械臂關節電機實際角速度，圖5為電機的實際角位移，圖6為機械臂末端在超出范圍之后停止過程中在x軸，y軸，z軸方向的位移情況。

機械臂1軸以常值角速度0.1rad/s持續運行，直至機械臂末端超出范圍，啟動安全算法。可以從結果中看到，在判斷超出范圍后，安全模塊控制機械臂以0.0008rad/s2的角加速度減速。實際角速度符合預期，可以在125ms內從0.1rad/s減至0，末端各方向的停止軌跡不超過3mm。并可以通過改變內設的加速度數值以改變實際停止時間。