[發明專利]面向大曲面高精度處理的機器人自動示教控制系統及方法

有效

• 申請號: 201911135040.6
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110788862B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 全旭松;葉亞云;葉朗;張盡力;劉長春;羅歡;陳海平;周海;蔣曉東;易聰之
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J9/00
• 代理公司: 重慶為信知識產權代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 王海榮

1.一種面向大曲面高精度處理的機器人自動示教控制系統，包括控制器(1)，所述控制器(1)與機械臂(2)連接，其特征在于：在所述機械臂(2)輸出端上安裝有搭載塊(3)，在該搭載塊(3)搭載面上設置有伸縮機構(4)、第三CCD圖像傳感器(9)和激光圓點發生器(10)；

所述伸縮機構(4)的伸縮桿頂端設置有位移傳感器(4a)，該伸縮桿的伸縮端與搭載塊(3)搭載面固定連接，所述伸縮桿的示教連接端經第一球鉸(11)與示教塊(5)示教面鉸接，在該示教塊(5)示教面上還設置有第一CCD圖像傳感器(7)和第二CCD圖像傳感器(8)，所述第一CCD圖像傳感器(7)和第二CCD圖像傳感器(8)采集端均朝向所述伸縮機構(4)的示教連接端且所述第一CCD圖像傳感器(7)和第二CCD圖像傳感器(8)的采集方向相互垂直；

所述第三CCD圖像傳感器(9)的采集方向與所述伸縮機構(4)的伸縮桿伸縮方向平行，且所述第三CCD圖像傳感器(9)的采集方向垂直于所述搭載塊(3)搭載面；

所述激光圓點發生器(10)與所述搭載塊(3)經精密旋轉軸(12)鉸接；

所述控制器(1)的第一圖像采集端與所述第一CCD圖像傳感器(7)連接，所述控制器(1)的第二圖像采集端與所述第二CCD圖像傳感器(8)連接，所述控制器(1)的第三圖像采集端與所述第三CCD圖像傳感器(9)連接，所述控制器(1)的示教連接端與所述伸縮機構(4)連接，所述控制器(1)的位移檢測端與所述位移傳感器(4a)連接；所述控制器(1)的示教角度控制端與所述第一球鉸(11)連接，所述控制器(1)的定位激光控制端與精密旋轉軸(12)連接，所述控制器(1)的激光定位端與所述激光圓點發生器(10)連接。

2.根據權利要求1所述的面向大曲面高精度處理的機器人自動示教控制系統，其特征在于：所述伸縮機構(4)或為帶光柵的電缸伸縮機構，所述控制器(1)的示教連接端與電缸伸縮機構的電缸連接；

所述伸縮機構(4)或為絲桿螺母結構，在所述控制器(1)的示教連接端與所述絲桿螺母結構的絲桿驅動電機連接。

3.一種基于權利要求1所述的面向大曲面高精度處理的機器人自動示教控制系統的控制方法，其特征在于包括：

用于確定施工位置并進行初始化設置的步驟；

假設以示教連接端作為施工位置O；

其中，初始化設置的具體內容為：

根據施工位置O，獲取該施工位置O的實際施工距離lz；

測量得到激光圓點發生器(10)與第三CCD圖像傳感器(9)之間的相對距離為|AM|；

根據實際施工距離lz和相對距離|AM|，結合直角三角形夾角與邊長的關系，求取激光圓點發生器(10)的偏轉角度θ；

用于控制器(1)控制第一球鉸(11)轉動，使伸縮機構(4)伸縮桿垂直于所述示教塊(5)的示教面的步驟；

用于控制器(1)控制機械臂(2)、伸縮機構(4)和精密旋轉軸(12)，使伸縮桿的示教連接端與伸縮端之間的距離等于施工距離lz的步驟。

4.根據權利要求3所述的控制方法，其特征在于用于控制器(1)控制第一球鉸(11)轉動，使伸縮機構(4)伸縮桿垂直于所述示教塊(5)的示教面的步驟具體為：

S11：控制器(1)獲取施工位置O所在切面角度，并控制第一球鉸(11)轉動，使施工位置O所在切面與示教塊(5)的示教面重合；

S12：控制器(1)通過第一CCD圖像傳感器(7)，獲取伸縮桿與示教面在第一CCD圖像傳感器(7)采集方向上的形成的第一投影夾角α；

控制器(1)通過第二CCD圖像傳感器(8)，獲取伸縮桿與示教面在第二CCD圖像傳感器(8)采集方向上的形成的第二投影夾角β；

S13：控制器(1)控制第一球鉸(11)轉動，直至第一夾角α等于90°；

S14：控制器(1)控制第一球鉸(11)繞第二CCD圖像傳感器(8)的采集延長線上轉動，直至第二投影夾角β等于90°；

S14：控制器(1)記錄當前垂直狀態時，第一球鉸(11)和機械臂(2)的狀態參數。

5.根據權利要求3所述的控制方法，其特征在于用于控制器(1)控制機械臂(2)、伸縮機構(4)和精密旋轉軸(12)，使伸縮桿的示教連接端與伸縮端之間的距離等于施工距離lz的步驟具體為：

S21：控制器(1)控制精密旋轉軸(12)轉動，使激光圓點發生器(10)與搭載塊(3)搭載面的夾角等于所述偏轉角度θ；并使所述激光圓點發生器(10)的激光光線與所述第三CCD圖像傳感器(9)采集延長線發生交叉；

S22：控制器(1)通過第三CCD圖像傳感器(9)獲取激光圓點發生器(10)的激光投射在所述示教塊(5)示教面上的激光投射點的位置；

若激光投射點與采集投射點重合，則控制器(1)結束控制操作，并記錄當前施工位置O對應機械臂(2)、伸縮機構(4)和精密旋轉軸(12)的狀態參數；

若激光投射點在采集投射點與定點投影點之間，進入步驟S23；

若激光投射點在定點投影點與采集投射點的延長線上，進入步驟S24；

其中，采集投射點為當伸縮桿垂直于示教面時，所述第三CCD圖像傳感器(9)的采集延長線在示教塊(5)示教面的交點；

其中，定點投影點為當伸縮桿垂直于示教面時，激光圓點發生器(10)在所述示教塊(5)示教面的正投影點；

S23：控制器(1)控制機械臂(2)上升、伸縮機構(4)伸長微調距離，并返回步驟S22；其中微調距離預先設置；

S24：控制器(1)控制機械臂(2)下降、伸縮機構(4)縮短微調距離后返回步驟S22。