[发明专利]基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械手定位系统及其方法，特别是涉及一种基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统及其方法。

背景技术

随着科学技术的发展，图书ATM机或智能书库系统得到了快速的发展，其中图书ATM机或智能书库系统最关键的技术是机械手的精确定位。由于机械手的精确定位是一个二维的运动，现有的图书ATM机或智能书库系统中图书抓取机械手的定位系统，为了保证达到一定精度的定位，一般利用运动轨迹计算在X与Y方向采用插补的方法同时进行定位，这种方法对机械系统和控制系统的设计要求非常高，成本也非常高，而且无法克服系统在运行过程中由于结构变形和磨损所引起的误差；有些系统为了降低成本，利用相应算法把二维运动分解为一维运动，如先走Y方向，后走X方向运动，但是这种方法所需要的时间较长。本申请人曾提出授权公告号为“CN 104924307 B”的“图书ATM机中图书抓取机械手二次定位系统及其方法”，该专利可实现快速定位，但由于该专利需在图书抓取车的水平滑台上设置横向二次运动组件，通过该横向二次运动组件带动图书抓取机械手实现二次定位，不仅结构复杂，而且控制系统需要分别控制机械手竖向运动驱动电机、机械手横向运动驱动电机、横向二次运动组件，操作比较不方便；此外在该专利的方法中，二次定位是通过开环控制，即是通过在每层书架层板上均匀设置的三条校准光栅，由校准激光传感器对该三条校准光栅的位置数据进行扫描采样，得到校准光栅的位置数据，再将校准光栅的位置数据通过线性或二次插值运算，得出每层每个架位的二次定位脉冲数据后，再开环驱动横向二次运动组件完成二次定位。由于二次定位脉冲数据是通过插值运算计算出来的，难免有误差，且各个架位存在不一定是线性或二次规律的加工误差，另外，系统在运行过程中也难免会出现结构变形和装配松动的现象，因而其定位精度不够理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单、操作方便、定位精度高的基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统及其方法。

解决上述技术问题的技术方案是：一种基于双光栅的图书抓取机械手二次精确定位系统，包括书架、图书抓取车、车架、控制系统，所述的书架包括多层书架层板，所述的图书抓取车上分别安装有图书抓取机械手、机械手竖向运动驱动电机、机械手竖向运动传动装置、机械手横向运动驱动电机、机械手横向运动传动装置、水平滑台、一次定位激光传感器，水平滑台上安装有机械手前后运动组件；图书抓取机械手上还安装有二次定位激光传感器；最底层书架层板的下方设置有安装在书架上的一次定位光栅，每层书架层板上的每个架位均设置有二次定位光栅；所述的图书抓取机械手的底部直接横跨连接在机械手前后运动组件上。

本发明的进一步技术方案是：所述的机械手前后运动组件包括前后运动导轨、前后运动丝杆、前后驱动电机，所述的前后运动导轨、前后运动丝杆、前后驱动电机分别固定在水平滑台上，前后驱动电机的输出轴直接与前后运动丝杆连接，所述的图书抓取机械手的底部通过滑块套接在前后运动导轨上，且图书抓取机械手还通过前后运动丝杆螺母与前后运动丝杆相连接。

本发明的再进一步技术方案是：所述的机械手竖向运动驱动电机、机械手横向运动驱动电机以及机械手前后运动驱动电机为步进电机或伺服电机。

本发明的再进一步技术方案是：一次定位光栅和二次定位光栅按相同规律均匀设置或根据不同书厚非均匀设置。

本发明的再进一步技术方案是：所述的二次定位光栅略超前于一次定位光栅一定距离错位设置。

本发明的再进一步技术方案是：所述的步骤S1系统初始化包括如下内容：

S11、采样横向位置数据：

通过一次定位激光传感器扫描最底层书架层板下方的一次定位光栅，对书架横向每一个光栅位置数据进行采样并存储，采样的横向位置数据包含光学数据和驱动机械手横向运动驱动电机的脉冲数据，每一个采样的横向位置数据与书架横向的每一个架位相对应，根据该采样的横向位置数据构造驱动机械手横向运动驱动电机变频器加速、匀速和减速的梯形运行模式，从而保证图书抓取机械手横向运行平稳，该横向位置数据作为机械手一次横向定位的依据；

S12、采样竖向位置数据：