【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生产线设备领域，特别是涉及一种混联机械手，以及一种机械手的轨迹规划方法。
技术介绍
1、在冲压生产线中，随着工业生产自动化程度的提高，为满足高端装备零部件的高质量高效的加工，集成在生产线上的工序越来越多，由于生产线布置，工件往往需要在多条并列的生产线之间转移，这便要求生产线之间采用较为高效的工件搬运设备。
2、在工件搬运设备中，在二维平面内运动的机械手相对多轴机械手在搬运速度上具有明显优势，因此通过将生产线平行布置，在相邻两条线之间通过二维机械手进行物料搬运能够极大的提高生产效率。
3、目前，二维平面机械手包括串连式机械手和并联式机械手两种形式，但是，串联机械手能够通过多杆串联实现较大的运动范围，但随着连杆数量的增加，机械手长度增大且重量大大增加，使串联式机械手的各个关节越靠近安装端所受到的转矩负载越大，虽然运动范围大但难以实现高速运行，同时，在运动过程中各关节位置的误差逐渐向机械手运动端积累，且串联机构刚性随长度增加而降低，导致机械手末端的运动精度较低；而并联结构的机械手，如专利文件cn112917458b所记载，通过两个运动链对机械手末端进行驱动，虽然其刚度优势、精度优势明显，但由于并联结构的特点，限制了其末端执行机构的运动范围，且并联机构运行空间较大，容易与生产线上的金属模具等的产生干涉；另外，部分搬运机械手的运动顺序导致其存在不能高速化运送工件，限制生产线生产节拍提高的问题。
技术实现思路
1、针对目前二维平面机械手受结构影响搬运效率低
2、为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为，一种混联机械手，包括连接架，连接架上安装有滑动摆杆机构和两个第一直线驱动机构，第一直线驱动机构对称设置在滑动摆杆机构的两侧，第一直线驱动机构包括固定部和运动部，固定部与连接架铰接，运动部与滑动摆杆机构铰接；滑动摆杆机构的摆动端安装有连杆机构，连杆机构包括至少两个通过转动副和/或移动副串联的杆体，连杆机构的一端与滑动摆杆机构的摆动端铰接，连杆机构的另一端安装有取料执行器。两个第一直线驱动机构形成对滑动摆杆机构的并联驱动，保证对机械手整体安装端的稳定支撑，提高机械手整体的承载力；在并联模块的末端设置连杆机构，作为串联模块，提高了机械手的运行范围；通过并联模块与串联模块中多个关节设置使机械手整体具有多个冗余自由度，使机械手运动更加灵活，便于对机械手轨迹进行优化，使机械手能够更高效的运行。
3、优选的，滑动摆杆机构包括摆杆主体和滑块，滑块滑动安装在摆杆主体上且能够沿摆杆主体自由移动，滑块铰接安装在连接架的中部，滑块与连接架之间的铰接轴垂直于摆杆主体的长度方向。
4、优选的，第一直线驱动机构包括驱动杆，驱动杆上安装有丝杠，两个丝杠的丝母座分别铰接在连接架的两端，丝母座与连接架之间的铰接轴垂直于驱动杆的长度方向。
5、第一直线驱动机构和滑动摆杆机构仅具有转动和移动两种运动形式，机构运行流畅，便于控制。
6、优选的，连杆机构包括第一杆体和第二杆体，第一杆体上安装有第一驱动电机，第一驱动电机的电机轴与滑动摆杆机构的摆动端固定连接，第二杆体的一端设置有第二驱动电机，第二驱动电机的电机轴与第一杆体的一端固定连接；取料执行器设置在第二杆体的另一端。
7、优选的，连杆机构包括安装板和第三杆体，滑动摆杆机构的摆动端设置有第三驱动电机，安装板固定安装在第三驱动电机的电机轴上，安装板上设置有第二直线驱动机构，第三杆体的一端铰接安装在第二直线驱动机构的运动部上，取料执行器设置在第三杆体的另一端。
8、连杆机构具有多连杆和伸缩摆动式两种结构，可灵活选择使用，通过串连机构得到更大的灵活运动范围，同时具有多个冗余自由度，便于轨迹规划、优化负载。
9、优选的，取料执行器包括多个取料吸盘，多个取料吸盘呈阵列分布，多个取料吸盘共同组成抓取面，抓取面垂直于机械手的运动平面。便于冲压线上板状工件的搬运。
10、优选的，多个取料吸盘平均设置在机械手的运动平面两侧。使机械手负载以运动平面趋近于对称，降低机械手受到的弯矩，提高机械手的稳定性和运动精度。
11、优选的，连杆机构的端部安装有贯通电机，取料执行器还包括两个吸盘安装架，多个取料吸盘平均设置在两个吸盘安装架上，两个吸盘安装架分别安装在贯通电机的两端。通过转动副安装取料执行器，增加了机械手的自由度，使抓取平面能够时刻保持水平状态，便于机械手的轨迹优化。
12、另一方面，本专利技术还提供一种上述混联机械手的轨迹规划方法，包括以下步骤：
13、s1.确定机械手末端需要经过的k个关键点pn，n=1、2、3、……、k，pn的坐标为（xn，yn），各关键点位于同一平面内，对多个关键点坐标插值获得机械手末端的末端路径；
14、s2.对末端路径等距提取末端路径点，通过末端路径点得到各关节的关节路径点；
15、s3.通过关节路径点插值得到各关节的关节路径，将关节路径发送至控制器，对机械手各关节进行运动控制。
16、进一步的，在步骤s1中，末端路径的表达式为：
17、
18、进一步的，步骤s2包括：
19、s2-1.以一定时间间隔对进行提取，获得个末端路径点序列，m>k；
20、s2-2.将机器人末端路径点的笛卡尔空间坐标转换为关节空间坐标，得到关节路径点序列，其中，为关节个数，，为第个末端路径点逆解对应的第个关节的关节路径点。
21、进一步的，步骤s2-2包括：
22、s2-2-1.取步骤s1中各关键点位置处小臂与水平面的夹角序列和时间序列，通过b样条曲线进行插值，得到插值后与m个末端路径点时间间隔对应的夹角序列，，得到，机械手末端转动关节的角度；
23、s2-2-2.已知夹角值并对串联移动关节进行赋值后，通过逆运动学模型精确求解其余关节的关节路径点。
24、进一步的，在步骤s2-2-2中，使当前位置各关节的角度值与上一位置各关节的角度值之差绝对值的和最小，对串联移动关节值进行迭代优化，获得最优的串联移动关节值和其余非冗余各关节值，优化目标为：
25、
26、式中，为当前位置关节角度值；为上一位置关节角度值；为机械手工作周期内运行至最远端时，各关节位置最大值；为不同关节的权重。
27、进一步的，在步骤s3中，满足周期时间、各关节速度、加速度、以及驱动能力的约束下，以时间序列(其中)为优化变量，利用5次b样条曲线对各关节的个关节路径点分别进行插值，以各关节最大冲击之和最小为目标，通过粒子群优化算法进行轨迹优化，得到各关节运行轨迹。
28、通过以上技术方案可以看出，本专利技术的优点为：本机械手采用并联模块和串联模块结合的形式，在安装端采用并联驱动保证承载力和刚度的同时，利用连杆机构大大提高了运动范围，连杆机构具有多种本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种混联机械手，包括连接架（1），其特征在于，连接架（1）上安装有滑动摆杆机构（3）和两个第一直线驱动机构（2），第一直线驱动机构（2）对称设置在滑动摆杆机构（3）的两侧，第一直线驱动机构（2）包括固定部和运动部，固定部与连接架（1）铰接，运动部与滑动摆杆机构（3）铰接；
2.根据权利要求1所述的混联机械手，其特征在于，滑动摆杆机构包括摆杆主体（3-1）和滑块（3-2），滑块（3-2）滑动安装在摆杆主体（3-1）上且能够沿摆杆主体（3-1）自由移动，滑块（3-2）铰接安装在连接架（1）的中部，滑块（3-2）与连接架（1）之间的铰接轴垂直于摆杆主体（3-1）的长度方向。
3.根据权利要求1所述的混联机械手，其特征在于，第一直线驱动机构包括驱动杆（2-1），驱动杆（2-1）上安装有丝杠（2-2），两个丝杠（2-2）的丝母座分别铰接在连接架（1）的两端，丝母座与连接架之间的铰接轴垂直于驱动杆（2-1）的长度方向。
4.根据权利要求1所述的混联机械手，其特征在于，连杆机构包括第一杆体（4-1）和第二杆体（4-2），第一杆体（4-1）上安装有第一驱动
5.根据权利要求1所述的混联机械手，其特征在于，连杆机构包括安装板（4-4）和第三杆体（4-3），滑动摆杆机构（3）的摆动端设置有第三驱动电机（5-3），安装板（4-4）固定安装在第三驱动电机（5-3）的电机轴上，安装板（4-4）上设置有第二直线驱动机构（4-5），第三杆体（4-3）的一端铰接安装在第二直线驱动机构（4-5）的运动部上，取料执行器设置在第三杆体（4-3）的另一端。
6.根据权利要求1所述的混联机械手，其特征在于，取料执行器（6）包括多个取料吸盘（6-1），多个取料吸盘（6-1）呈阵列分布，多个取料吸盘（6-1）共同组成抓取面，抓取面垂直于机械手的运动平面。
7.根据权利要求6所述的混联机械手，其特征在于，多个取料吸盘平均设置在机械手的运动平面两侧。
8.根据权利要求6所述的混联机械手，其特征在于，连杆机构的端部安装有贯通电机（7），取料执行器（6）还包括两个吸盘安装架（6-2），多个取料吸盘（6-1）平均设置在两个吸盘安装架（6-2）上，两个吸盘安装架（6-2）分别安装在贯通电机（7）的两端。
9.一种权利要求1-8任一所述的混联机械手的轨迹规划方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求所述的机械手轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S1中，末端路径的表达式为：
11.根据权利要求10所述的机械手轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
12.根据权利要求11所述的机械手轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S2-2包括：
13.根据权利要求12所述的机械手轨迹规划方法，其特征在于，所述步骤S2-2-2中，使当前位置各关节的角度值与上一位置各关节的角度值之差绝对值的和最小，对串联移动关节值进行迭代优化，获得最优的串联移动关节值和其余非冗余各关节值，优化目标为：
14.根据权利要求13所述的机械手轨迹规划方法，其特征在于，在步骤S3中，满足周期时间、各关节速度、加速度、以及驱动能力的约束下，以时间序列，其中为优化变量，利用5次B样条曲线对各关节的个关节路径点分别进行插值，以各关节最大冲击之和最小为目标，通过粒子群优化算法进行轨迹优化，得到各关节运行轨迹。
...【技术特征摘要】
1.一种混联机械手，包括连接架（1），其特征在于，连接架（1）上安装有滑动摆杆机构（3）和两个第一直线驱动机构（2），第一直线驱动机构（2）对称设置在滑动摆杆机构（3）的两侧，第一直线驱动机构（2）包括固定部和运动部，固定部与连接架（1）铰接，运动部与滑动摆杆机构（3）铰接；
2.根据权利要求1所述的混联机械手，其特征在于，滑动摆杆机构包括摆杆主体（3-1）和滑块（3-2），滑块（3-2）滑动安装在摆杆主体（3-1）上且能够沿摆杆主体（3-1）自由移动，滑块（3-2）铰接安装在连接架（1）的中部，滑块（3-2）与连接架（1）之间的铰接轴垂直于摆杆主体（3-1）的长度方向。
3.根据权利要求1所述的混联机械手，其特征在于，第一直线驱动机构包括驱动杆（2-1），驱动杆（2-1）上安装有丝杠（2-2），两个丝杠（2-2）的丝母座分别铰接在连接架（1）的两端，丝母座与连接架之间的铰接轴垂直于驱动杆（2-1）的长度方向。
4.根据权利要求1所述的混联机械手，其特征在于，连杆机构包括第一杆体（4-1）和第二杆体（4-2），第一杆体（4-1）上安装有第一驱动电机（5-1），第一驱动电机（5-1）的电机轴与滑动摆杆机构的摆动端固定连接，第二杆体（4-2）的一端设置有第二驱动电机（5-2），第二驱动电机（5-2）的电机轴与第一杆体（4-1）的一端固定连接；取料执行器设置在第二杆体（4-2）的另一端。
5.根据权利要求1所述的混联机械手，其特征在于，连杆机构包括安装板（4-4）和第三杆体（4-3），滑动摆杆机构（3）的摆动端设置有第三驱动电机（5-3），安装板（4-4）固定安装在第三驱动电机（5-3）的电机轴上，安装板（4-4）上设置有第二直线驱动机构（4-5），第三杆体（4-3）的一端铰接安装在第二直线驱动机构（4-5）的运动...
【专利技术属性】
技术研发人员：王传英，罗庆，孙涛，陈凯旋，王冬，赵兵，
申请(专利权)人：济南二机床集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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