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用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)和測量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)和測量方法。裝置包括工業(yè)機(jī)器人，測量組件包括測量適配器，拉線編碼器，數(shù)據(jù)采集卡和計算終端；所述測量適配器安裝在工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器上；四個所述拉線編碼器通過四條測試線纜連接測量適配器，四個拉線編碼器的基點處于同一個平面且四點不共線，四條測試線纜的延長線在空間上交于一點；所述拉線編碼器通過導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡連接計算終端。本方法能夠獲得工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置信息，在機(jī)器人移動時，可以實時描繪機(jī)器人的移動軌跡，計算實時的速度和加速度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，運動空間大，精度高。
【專利說明】用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)和測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)和測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)機(jī)器人，作為生產(chǎn)自動化的代表，被廣泛應(yīng)用與工業(yè)的各個領(lǐng)域，如汽車制造、化工等行業(yè)自動化生產(chǎn)線上的弧焊、點焊、搬運、包裝等作業(yè)中。工業(yè)機(jī)器人在自動化生產(chǎn)中代替人完成高質(zhì)量的工作，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，因此對工業(yè)機(jī)器人在運動時在空間上的準(zhǔn)確定位和速度、加速度的大小要有嚴(yán)格的要求。一般情況下，工業(yè)機(jī)器人出廠的時候都需要進(jìn)行定位精度的校準(zhǔn)，以及運動過程中速度和加速度的檢測。市場上現(xiàn)有的機(jī)器人校準(zhǔn)方式其一是采用攝像頭進(jìn)行跟蹤，采用手動編程，其精度低，且由于攝像光線等緣故對環(huán)境要求比較高；其二是采用激光干涉儀等跟蹤校準(zhǔn)，一般運用于機(jī)床上，其精度高，但空間檢測實現(xiàn)難度大，且價格昂貴。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決已有技術(shù)存在的問題，提供一種用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)和測量方法，其測量精度高，可靠性好，運動空間范圍大，而且對環(huán)境要求低，適用于工業(yè)現(xiàn)場。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:
利用拉線編碼器拉出的四條測試線纜，勾住機(jī)器人末端執(zhí)行器上安裝的測量適配器，使得四條測試線纜在延伸方向交于一點，根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡反映的測試線纜的長度變化，以及測試線纜和測量桿的空間幾何關(guān)系，換算出機(jī)器人末端執(zhí)行器上的坐標(biāo)位置，并根據(jù)機(jī)器人連續(xù)移動時的坐標(biāo)位置描繪出實時運動軌跡，計算出機(jī)器人末端執(zhí)行器的速度和加速度。
[0005]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)，包括工業(yè)機(jī)器人，測量組件包括測量適配器，拉線編碼器，數(shù)據(jù)采集卡和計算終端；所述測量適配器安裝在工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器上；四個所述拉線編碼器通過四條測試線纜連接測量適配器，四個拉線編碼器的基點處于同一個平面且四點不共線，四條測試線纜的延長線在空間上交于一點；所述拉線編碼器通過導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)采集卡連接計算終端。
[0006]所述計算終端為臺式計算機(jī)或便攜式計算機(jī)。本系統(tǒng)還包括兩根測量桿，四個所述拉線編碼器分別安裝在測量桿的兩端上。
[0007]—種用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量方法，具體步驟如下:
a.任意選取兩個拉線編碼器，通過數(shù)據(jù)采集卡反饋給計算終端兩條測試線纜的長度值，測量這兩個拉線編碼器的距離，得到由這三條邊構(gòu)成的三角形；
b.通過迭代法計算得到測試線纜與底邊兩個拉線編碼器基點連線的夾角；
C.通過三角形的空間幾何關(guān)系解得工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器上的點的空間坐標(biāo)初值；
d.重復(fù)步驟a-c，得到由不同拉線編碼器兩兩配合得到的末端執(zhí)行器的空間坐標(biāo)值，進(jìn)行誤差最小化處理，最終得到末端執(zhí)行器點位坐標(biāo)；
e.移動工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器，使其改變位置，從而得到不同的測試線纜的長度值；重復(fù)步驟a-d，用計算終端計算得到末端執(zhí)行器不同的點位坐標(biāo)；
f.操縱工業(yè)機(jī)器人，使末端執(zhí)行器運動，計算終端記錄下末端執(zhí)行器實時的空間坐標(biāo)位置，形成實時軌跡路線；根據(jù)采樣間隔，由計算終端得到的運動軌跡計算出末端執(zhí)行器的速度和加速度。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著技術(shù)進(jìn)
I K
少:
本發(fā)明采用拉線編碼器作為測量的主體，利用拉線編碼器的測試線纜長度來換算機(jī)器人末端執(zhí)行器上的點位坐標(biāo)值變化，適用于工業(yè)現(xiàn)場，測試設(shè)備使用壽命長，機(jī)器人運動空間大，且測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明實施例一的測量裝置示意圖。
[0010]圖2是本發(fā)明實施例二的測量裝置示意圖。

【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明的實施例結(jié)合附圖詳述如下:
實施例一:
參見圖1，一種用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)，包括工業(yè)機(jī)器人1，測量組件包括測量適配器2，測量桿3，拉線編碼器4，數(shù)據(jù)采集卡5和臺式計算機(jī)6 ;所述測量適配器2安裝在工業(yè)機(jī)器人I末端執(zhí)行器上；四個所述拉線編碼器4分別安裝在測量桿3的兩端上，四個所述拉線編碼器4通過四條測試線纜連接測量適配器2，四個拉線編碼器4的基點處于同一個平面且四點不共線，四條測試線纜的延長線在空間上交于一點；所述拉線編碼器4通過導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡5，所述數(shù)據(jù)采集卡5連接臺式計算機(jī)6。本實施例中的數(shù)據(jù)采集卡5采用NI PXI6602工控機(jī)。
[0012]一種用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量方法，具體步驟如下:
a.選取同一條測量桿3上的兩個拉線編碼器4，通過數(shù)據(jù)采集卡5反饋給臺式計算機(jī)6兩條測試線纜的長度值，測量這兩個拉線編碼器4的距離，得到由這三條邊構(gòu)成的三角形；
b.通過迭代法計算得到測試線纜與底邊兩個拉線編碼器4基點連線的夾角；
c.通過三角形的空間幾何關(guān)系解得工業(yè)機(jī)器人I末端執(zhí)行器上的點的空間坐標(biāo)初值；
d.重復(fù)步驟a-c，得到由不同拉線編碼器4兩兩配合得到的末端執(zhí)行器的空間坐標(biāo)值，進(jìn)行誤差最小化處理，最終得到末端執(zhí)行器點位坐標(biāo)；
e.移動工業(yè)機(jī)器人I的末端執(zhí)行器，使其改變位置，從而得到不同的測試線纜的長度值；重復(fù)步驟a-d，用臺式計算機(jī)6計算得到末端執(zhí)行器不同的點位坐標(biāo)；
f.操縱工業(yè)機(jī)器人1，使末端執(zhí)行器運動，臺式計算機(jī)6記錄下末端執(zhí)行器實時的空間坐標(biāo)位置，形成實時軌跡路線；根據(jù)采樣間隔，由臺式計算機(jī)6得到的運動軌跡計算出末端執(zhí)行器的速度和加速度。
[0013]實施例二:
參見圖2,本實施例與實施例一基本相同，不同之處在于，將實施例一中的兩條測量桿3撤去，使四個拉線編碼器4安裝于其他平面安裝基座上，保證四個拉線編碼器4安裝點基本共面且不共線，同時采用便攜式計算機(jī)7，重復(fù)實施例一的測量方法，也可得相同的結(jié)果，充分體現(xiàn)了本方法的簡便性、可靠性和對環(huán)境要求低，適用于工業(yè)現(xiàn)場操作。
【權(quán)利要求】
1.一種用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)，包括工業(yè)機(jī)器人(1)，其特征在于，測量組件包括測量適配器(2)，拉線編碼器(4)，數(shù)據(jù)采集卡(5)和計算終端；所述測量適配器(2)安裝在工業(yè)機(jī)器人(I)末端執(zhí)行器上；四個所述拉線編碼器(4)通過四條測試線纜連接測量適配器(2)，四個拉線編碼器(4)的基點處于同一個平面且四點不共線，四條測試線纜的延長線在空間上交于一點；所述拉線編碼器(4)通過導(dǎo)線連接數(shù)據(jù)采集卡(5 )，所述數(shù)據(jù)采集卡(5 )連接計算終端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)，其特征在于，所述計算終端為臺式計算機(jī)(6)或便攜式計算機(jī)(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)還包括兩根測量桿(3)，四個所述拉線編碼器(4)分別安裝在測量桿(3)的兩端上。
4.一種用于工業(yè)機(jī)器人空間定位精度和軌跡測量的拉線式測量方法，其特征在于，具體步驟如下: a.任意選取兩個拉線編碼器(4)，通過數(shù)據(jù)采集卡(5)反饋給計算終端兩條測試線纜的長度值，測量這兩個拉線編碼器(4)的距離，得到由這三條邊構(gòu)成的三角形； b.通過迭代法計算得到測試線纜與底邊兩個拉線編碼器(4)基點連線的夾角； c.通過三角形的空間幾何關(guān)系解得工業(yè)機(jī)器人(I)末端執(zhí)行器上的點的空間坐標(biāo)初值； d.重復(fù)步驟a-c，得到由不同拉線編碼器(4)兩兩配合得到的末端執(zhí)行器的空間坐標(biāo)值，進(jìn)行誤差最小化處理，最終得到末端執(zhí)行器點位坐標(biāo)； e.移動工業(yè)機(jī)器人(I)的末端執(zhí)行器，使其改變位置，從而得到不同的測試線纜的長度值；重復(fù)步驟a-d，用計算終端計算得到末端執(zhí)行器不同的點位坐標(biāo)； f.操縱工業(yè)機(jī)器人(1)，使末端執(zhí)行器運動，計算終端記錄下末端執(zhí)行器實時的空間坐標(biāo)位置，形成實時軌跡路線；根據(jù)采樣間隔，由計算終端得到的運動軌跡計算出末端執(zhí)行器的速度和加速度。
【文檔編號】G01D21/02GK104236629SQ201410474330
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】鮑晟, 宋韜, 洪銀芳, 何永義, 郭帥, 陸左鋒 申請人:上海大學(xué)