(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210451275.1 (22)申请日 2022.04.26 (71)申请人 佛山科学技术学院 地址 528225 广东省佛山市南海区狮山 镇 广云路33号 (72)发明人 蒋勉　王新培　谢凌波　卢清华　 何宽芳　陈勇　柴牧　 (74)专利代理 机构 深圳市创富知识产权代理有 限公司 4 4367 专利代理师 高冰 (51)Int.Cl. B25J 13/08(2006.01) B25J 9/16(2006.01) B25J 18/00(2006.01) (54)发明名称 基于蚁群优化的SCARA 机器人实验装置与控 制方法 (57)摘要 本发明公开了基于蚁群优化的SCARA机器人 实验装置与控制方法， 包括隔振台和轨迹控制单 元， 底座的顶部固定连接有驱动电机并且驱动电 机转动连接机械臂I一端， 机械臂I的另一端 转动 连接有机械臂II的一端， 机械臂II的另一端安装 有若干加速度传感器和反射器， 将预期轨迹离散 成点坐标序列以及对应的时间序列； 建立机械臂 转角与末端位置的映射关系， 得到机械臂角度序 列、 角速度速序列和角加速度序列； 将各组序列 输入伺服 驱动器和控制卡， 得到电流时变信号和 脉冲时变信号； 控制机械臂转动以此获得机器人 实际位置坐标序列， 基于机械臂转角与末端位置 的映射关系， 得出机械臂状态数据， 以轨迹跟踪 误差为优化目标， 完成预期轨 迹。 权利要求书1页 说明书6页 附图6页 CN 114888828 A 2022.08.12 CN 114888828 A 1.基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置， 包括隔振台(9)和轨迹控制单元， 其特征在 于： 所述隔振台(9)的顶部固定连接有底座(6)， 所述底 座(6)的顶部固定连接有驱动电机并 且驱动电机转动连接机械臂I(4)一端， 所述机械臂I(4)的另一端转动连接有机械臂II(5) 的一端， 所述机械臂II(5)和机械臂I(4)连接端的顶部连接有电机(3)， 所述电机(3)电性连 接有电滑环(1)， 所述电滑环(1)连接在铝型材支架(2)的顶部中央， 所述铝型材支架(2)设 在隔振台(9)的四周； 所述机械臂II(5)的另一端安装有 若干加速度传感器(8)和反射器(7)。 2.根据权利要求1所述的基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置， 其特征在于： 所述电 机(3)和驱动电机均连接有减速器， 所述轨迹控制单元包括两组伺服驱动器、 开关电源、 控 制卡以及PC， 所述伺服驱动器分别电性连接电机(3)、 驱动电机和控制卡， 所述控制卡电性 连接伺服驱动器以及开关电源的同时与PC连接 。 3.根据权利要求1所述的基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置， 其特征在于： 所述机 械臂I(4)远离底座(6)的一端设有若干加 速度传感器(8)， 所述隔振台(9)的两侧安装有激 光探测头， 所述激光探测 头配合反射器(7)组成两组激光跟踪仪， 两个所述反射器(7)并排 安装在机 械臂II(5)末端顶部 。 4.根据权利要求1所述的基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置， 其特征在于： 所述加 速度传感器(8)共六个， 其中四个分别平行安装在机械臂I(4)和机械臂II(5)的末端两侧， 其余两个安装在机 械臂I(4)和机 械臂II(5)的末端径向外侧。 5.根据权利 要求1‑4所述的基于蚁群优化的SCARA机器人实验装置的控制方法， 其特征 在于， 包括如下步骤： S1、 以特定方法对预期轨迹进行离散化， 将预期轨迹离散成点坐标序列以及对应的时 间序列； S2、 根据所述点坐标序列、 对应的时间序列和机械臂系统的运动学方程， 建立基于运动 学逆解的机械臂转角与末端位置的映射关系， 求出理论上对应的机械臂角度序列、 角速度 速序列和角加速度 序列； S3、 根据所述机械臂角度序列、 角速度速序列和角加速度序列， 输入伺服驱动器和控制 卡， 得到控制电机的电流时变信号和脉冲时变信号； S4、 根据所述输入电机的电流 时变信号和脉冲时变信号， 控制机械臂转动， 经加速度传 感器(8)和激光跟踪仪得机器人实际位置坐标序列， 加速度序列以及对应的时间序列并传 输给PC； S5、 根据所述机器人实际位置坐标序列， 加速度序列以及对应的时间序列， 基于机械臂 转角与末端位置的映射关系， 求出实际的机 械臂角度 序列、 角速度速序列和角加速度 序列； S6、 根据所述实际角度序列、 角速度速序列和角加速度序列以及理论角度序列、 角速度 速序列和角加速度序列， 以轨迹跟踪误差为优化 目标， 设计一种基于蚁群优化和迭代学习 的控制器， 得到最优的角度补偿序列以及相应的速度、 加速度补偿序列； S7、 根据所述的角度、 速度和加速度补偿序列， 输入控制卡和伺服驱动器， 驱动电机按 照预期速率完成预期轨 迹。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114888828 A 2基于蚁群优化的SCARA机 器人实验装 置与控制方 法 技术领域 [0001]本发明涉及高速旋转SCARA机器人技术领域， 具体为基于蚁群优化的SCARA机器人 实验装置与控制方法。 背景技术 [0002]SCARA机器人是一种圆柱坐标型的特殊类型的工业机器人， 包含多个轴线相互平 行的转动副和末端移动副， 转动副 负责进行平面定位和定向， 移动副完成末端件垂 直运动。 SCARA机器人结构轻便合理， 性价比高， 响应速度是普通关节式机器人的数倍。 SCARA机器人 的特殊结构决定了它在工作面上具备极大的灵活性， 在工作面的法线方向上具备极大的刚 度。 前者使得SCARA机器人几乎不存在运动死角， 可以在受限的狭小空间内完成作业； 后者 使得SCARA机器人受重力等因素影响较小， 运动稳定性较高。 这些特性决定了SCARA机器人 完美适配流水线如装配， 搬运等工作场合， 被广泛应用在工业生产生活中， 如塑料工业、 药 品工业和食品工业等领域。 为了提高工业生产力、 节约能源， 现代机械不断地向轻量化、 低 能耗和高效率等方向发展， 高速高精度的360 °旋转SCARA机器人开始得到许多研 究者和工 程师的关注。 但受设计、 加工和装配误差等因素的影响， 旋转S CARA机器人在高速运动时， 会 在惯性力等因素 的影响下出现构件弹性变形、 碰撞等情况， 这会影响到末端轨迹的定位精 度。 [0003]为了保证SCARA机器人的定位精度和稳定性， 需要检测出定位误差， 而现有技术中 的接触式传感器定位精度差且受运动影响会出现较大的测量噪声。 另外， 受间隙、 磨损等不 确定性因素干扰， 理论机械臂运动模型与实际工况会出现较大的偏差。 因此研究并设计一 种定位精度高、 稳定性强且可实时控制的高速高精度360 °旋转的SCARA机器人具有重要的 研究意义和实用价 值。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供基于蚁群优化 的SCARA机器人实验装置与控制 方法， 以解 决上述背景技 术中提出的问题。 [0005]为实现上述目的， 本 发明提供如下技术方案： 基于蚁群优化的SCARA机器人实验装 置， 包括隔振台和轨迹控制单元， 所述隔振台的顶部固定连接有底座， 所述底 座的顶部固定 连接有驱动电机并且驱动电机转动连接机械臂 I一端， 所述机械臂 I的另一端转动连接有机 械臂II的一端， 所述机械臂 II和机械臂 I连接端的顶部连接有电机， 所述电机电性连接有电 滑环， 所述电滑 环连接在 铝型材支架的顶部中央， 所述铝型 材支架设在隔振台的四周； [0006]所述机械臂II的另一端安装有 若干加速度传感器和反射器。 [0007]优选的， 所述电机和驱动电机均连接有减速器， 所述轨迹控制 单元包括两组伺服 驱动器、 开关电源、 控制卡以及P C， 所述伺服 驱动器分别电性连接电机、 驱动电机和控制卡， 所述控制卡电性连接伺服驱动器以及开关电源的同时与PC连接 。 [0008]优选的， 所述机械臂I远离底座的一端设有若干加速度传感器， 所述隔振台的两侧说　明　书 1/6 页 3 CN 114888828 A 3