一种拧螺丝平衡臂及其拧螺丝的位置控制方法技术

本发明专利技术公开了一种拧螺丝平衡臂及其拧螺丝的位置控制方法，其中拧螺丝平衡臂，包括建立在基准平面上的平衡臂，平衡臂包括底座，以及设置在底座上的调整臂组，调整臂组上设置有能相对基准平面上的待操作的点位动作的螺丝枪；调整臂组包括设置在底座上的升降座，升降座上驱动设置有升降部件，升降部件通过角度调整座一驱动设置在底座上，升降部件上驱动连接有调整臂一，调整臂一通过角度调整座一与调整臂二驱动连接，调整臂二上驱动设置有螺丝枪

【技术实现步骤摘要】
一种拧螺丝平衡臂及其拧螺丝的位置控制方法


[0001]本专利技术涉及自动控制
，尤其涉及一种拧螺丝平衡臂及其拧螺丝的位置控制方法
。

技术介绍

[0002]拧螺丝是目前工业生产制造过程中不可或缺的一道工艺，随着技术的发展已经从最开始的手动螺丝枪演变成自动螺丝枪
。
在一些自动化程度高的装配线体中，将螺丝枪安装在机器人的模组上，由机器人执行拧螺丝的任务
。
一些不能完全自动化或者需要人工安装组件或者配件的装配线体中，不便于使用机器人拧螺丝，可将螺丝枪安装在平衡臂上，由人员手动触发螺丝枪运行
。
[0003]为了保证螺丝被拧紧在正确的位置，通常会在平衡臂上安装编码器来进行位置控制，当位置正确时，允许拧螺丝
。
现有的做法通常是采集两个编码器的角度，与提前示教好的角度进行比对，采用这种方法时在特定的角度微小的角度变化就会产生较大的位置变化，产生的误差比较大
。
另一种方法是结合平衡臂的臂长和编码器的角度，采用极坐标的方式进行位置计算与控制，采用此种方式时臂长的具体数值由于机械安装容易产生误差，相应的计算的位置也有一定的误差
。
另外上述两种方式在臂长发生变化或者更换编码器时，原有的位置参数或者编码器角度不再准确，所有的位置都需要重新示教
。
此外对于相同的设备，其位置数据也因臂长
、
角度不一致无法统一
。

技术实现思路

[0004]本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种拧螺丝平衡臂及其拧螺丝的位置控制方法，具有方便快捷，定位准确，一致性高的特点
。
通过两个已知的校准点，计算出两个调整臂一和调整臂二的臂长和编码器一和编码器二的角度补偿值，减少人员测量臂长的时间，提高了工作效率
。
消除了调整臂一和调整臂二的长度以及编码器一和编码器二的初始角度差异所引起的误差
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种拧螺丝平衡臂，包括建立在基准平面上的平衡臂，所述平衡臂包括底座，以及驱动设置在所述底座上的调整臂组，所述调整臂组上驱动设置有能相对所述基准平面上的待操作的点位动作的螺丝枪；所述调整臂组包括驱动设置在所述底座上的升降座，所述升降座上驱动设置有升降部件，所述升降部件还通过角度调整座一驱动设置在所述底座上，所述升降部件上驱动连接有调整臂一，所述调整臂一通过角度调整座一与调整臂二驱动连接，所述调整臂二上驱动设置有所述螺丝枪
。
[0006]本专利技术一个较佳方案中，调整臂一的一端与所述升降部件连接，所述调整臂一的另一端与所述调整臂二的一端驱动连接，所述调整臂二的另一端与所述螺丝枪驱动连接，且所述调整臂一和调整臂二之间通过角度调整座二驱动连接，所述角度调整座一和角度调整座二上分别设置有编码器一和编码器二
。
[0007]本专利技术一个较佳方案中，螺丝枪的旋转轴心与所述调整臂一和所述调整臂二的摆动轨迹异面垂直
。
[0008]本专利技术一个较佳方案中，一种拧螺丝平衡臂的拧螺丝的位置控制方法，包括以下步骤：步骤
S1
，校准平衡臂，校准平衡臂包括：根据平衡臂校准方法在平面坐标系中校准平衡臂，获取平衡臂参数；所述平面坐标系是根据基准平面
、
底座
、
升降座建立的；步骤
S2
，示教螺丝，并获取螺丝的位置作为位置配方数据；步骤
S3
，加载示教完成的螺丝的位置配方数据；步骤
S4
，获取编码器的角度并根据角度以及所述平衡臂参数计算螺丝枪当前位置；根据螺丝枪当前位置获取平衡臂的位置数据，并得到平衡臂的端部上驱动设置的螺丝枪在平面坐标系中的位置；步骤
S5
，螺丝枪在平面坐标系中的位置和对应的位置配方数据中拧螺丝的配方数据比对得到相对位置偏差；其中，螺丝枪在平面坐标系中的位置包括将螺丝枪的位置投射入根据步骤
S4
中的平面坐标系中的螺丝枪的位置；对应的位置配方数据包括经过示教后的螺丝的位置配方数据中的示教点位；步骤
S6
，步骤
S5
中获得的相对位置偏差在预设的误差范围内，则允许螺丝枪动作进行拧螺丝操作；相对位置偏差不在预设的误差范围内，则跳转至步骤
S4
，获取编码器的角度并计算螺丝枪当前位置获取平衡臂的位置数据；然后根据相对位置偏差调整方法调整螺丝枪的位置，依次循环，直至相对位置偏差在预设的误差范围内
。
[0009]本专利技术一个较佳方案中，所述螺丝枪在平面坐标系中的位置是根据调整臂组中的编码器一以及编码器二的编码器角度数据得到的
。
[0010]示教时，螺丝枪移动至每一个需要打螺丝的位置，根据编码器一和编码器二的角度数据计算出螺丝枪相对于底座的平面坐标位置并记录
。
示教后的数据具体指每一个需要拧螺丝位置相对于底座的平面坐标位置
。
所有需要拧螺丝的位置都需要示教
。
[0011]本专利技术一个较佳方案中，步骤
S6
中驱动螺丝枪在指定位置拧螺丝后，获取拧紧状态；拧紧状态合格，判断是否要进行下一个螺丝的拧紧操作，当需要进行下一个螺丝拧紧操作时，跳转到步骤
S4
，并按序进行步骤
S4、
步骤
S5、
步骤
S6
的操作步骤；不需要进行下一个螺丝的拧紧操作则流程结束；拧紧状态不合格，拆卸下不合格的螺丝，重新进行此次螺丝的拧紧操作，跳转回到步骤
S4
，并按序进行步骤
S4、
步骤
S5、
步骤
S6
的操作步骤
。
[0012]本专利技术一个较佳方案中，平衡臂校准方法包括：将平衡臂的机构转化成数学模型：设定校准点一
,
校准点二，
O
为底座的基准点位即平衡臂的原点；校准点一
,
校准点二设置在经过底座的
X
轴直线上，轨迹一为平衡臂在校准点一位置处的姿态，其中
OA
对应此时的调整臂一，
AB
对应此时的调整臂二；轨迹二为平衡臂在校准点二位置处的姿态，
OD
对应此时的调整臂一，
DE
对应此时的调整臂二；调整臂一长度记为
L1
，调整臂二长度记为
L2
，编码器一分别在轨迹一和轨迹二中的角度的差值记为
α
，
编码器二分别在轨迹一和轨迹二中的角度的差值为
β
，其中轨迹一中的
OB
长度为
a
，轨迹二中的
OE
长度为
b
；由三角函数可得，；；；由余弦定理可得，；；；；再由余弦定理得出
:
；
。
[0013]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种拧螺丝平衡臂，其特征在于：包括建立调整臂二在基准平面（1）上的平衡臂，所述平衡臂包括底座（2），以及驱动设置在所述底座（2）上的调整臂组（3），所述调整臂组（3）上驱动设置有能相对所述基准平面（1）上的待操作的点位动作的螺丝枪（4）；所述调整臂组（3）包括驱动设置在所述底座（2）上的升降座（
31
），所述升降座（
31
）上驱动设置有升降部件（
311
），所述升降部件（
311
）还通过角度调整座一（
312
）驱动设置在所述底座（2）上，所述升降部件（
311
）上驱动连接有调整臂一（
32
），所述调整臂一（
32
）通过角度调整座一（
312
）与调整臂二（
33
）驱动连接，所述调整臂二（
33
）上驱动设置有所述螺丝枪（4）
。2.
根据权利要求1所述的一种拧螺丝平衡臂，其特征在于：所述调整臂一（
32
）的一端与所述升降部件（
311
）连接，所述调整臂一（
32
）的另一端与所述调整臂二（
33
）的一端驱动连接，所述调整臂二（
33
）的另一端与所述螺丝枪（4）驱动连接，且所述调整臂一（
32
）和调整臂二（
33
）之间通过角度调整座二（
34
）驱动连接，所述角度调整座一（
312
）和角度调整座二（
34
）上分别设置有编码器一（
51
）和编码器二（
52
）
。3.
根据权利要求2所述的一种拧螺丝平衡臂，其特征在于：所述螺丝枪（4）的旋转轴心与所述调整臂一（
32
）和所述调整臂二（
33
）的摆动轨迹异面垂直
。4.
一种拧螺丝平衡臂的拧螺丝的位置控制方法，采用如权利要求
1~3
中任一项所述的一种拧螺丝平衡臂实现的拧螺丝的位置控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤
S1
，校准平衡臂，校准平衡臂包括：根据平衡臂校准方法在平面坐标系（6）中校准平衡臂，获取平衡臂参数；所述平面坐标系（6）是根据基准平面（1）
、
底座（2）
、
升降座（
31
）建立的；步骤
S2
，示教螺丝，并获取螺丝的位置作为位置配方数据；步骤
S3
，加载示教完成的螺丝的位置配方数据；步骤
S4
，获取编码器的角度并根据角度以及所述平衡臂参数计算螺丝枪（4）当前位置；根据螺丝枪（4）当前位置获取平衡臂的位置数据，并得到平衡臂的端部上驱动设置的螺丝枪（4）在平面坐标系（6）中的位置；步骤
S5
，螺丝枪（4）在平面坐标系（6）中的位置和对应的位置配方数据中拧螺丝的配方数据比对得到相对位置偏差；其中，螺丝枪（4）在平面坐标系（6）中的位置包括将螺丝枪（4）的位置投射入根据步骤
S4
中的平面坐标系（6）中的螺丝枪（4）的位置；对应的位置配方数据包括经过示教后的螺丝的位置配方数据中的示教点位；步骤
S6
，步骤
S5
中获得的相对位置偏差在预设的误差范围内，则允许螺丝枪（4）动作进行拧螺丝操作；相对位置偏差不在预设的误差范围内，则跳转至步骤
S4
，获取编码器的角度并计算螺丝枪（4）当前位置获取平衡臂的位置数据；然后根据相对位置偏差调整方法调整螺丝枪（4）的位置，依次循环，直至相对位置偏差在预设的误差范围内
。5.
根据权利要求4所述的一种拧螺丝平衡臂的拧螺丝的位置控制方法，其特征在于：所述螺丝枪（4）在平面坐标系（6）中的位置是根据调整臂组（3）中的编码器一（
51
）以及编码器二（
52
）的编码器角度数据获得
。6.
根据权利要求5所述的一种拧螺丝平衡臂的拧螺丝的位置控制方法，其特征在于：所
述步骤
S6
中，驱动螺丝枪（4）在指定位置拧螺丝后，获取拧紧状态；拧紧状态合格，判断是否要进行下一个螺丝的拧紧操作，需要进行下一个螺丝拧紧操作时，跳转到步骤
S4
，并按序进行步骤
S4、
步骤
S5、
步骤
S6
的操作步骤；不需要进行下一个螺丝的拧紧操作时，则流程结束；拧紧状态不合格，拆卸下不合格的螺丝，重新进行此次螺丝的拧紧操作，跳转回到步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞国亮，吴新坤，孙文杰，田宇飞，
申请(专利权)人：苏州工业园区耐斯达自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：