CN104131686B - 一种机器人与平面非接触式角度校正寻位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人与平面非接触式角度校正寻位方法，步骤如下：（a）将传感器接收端安装在机械臂的末端；（b）在机器人中录入作业平面的起点和终点的Z坐标；（c）将机器人置于第一寻位点沿任一方向进行寻位并记录第一寻位点的坐标值；（d）将机器人旋转角度向另一方向进行寻位并记录该点的坐标值；（e）根据公式计算得机器人在第一寻位点与作业平面垂直面之间的距离d_X1；（f）将机器人置于第二寻位点旋转角度α，沿再一方向进行寻位并记录该点的坐标值，得到第二寻位点与作业平面垂直面之间的距离d_X2；（g）分别算出作业平面的起始位置、终点位置X坐标。采用非接触式的寻位方法，简化了机器人轨迹示教点的时间，提高了作业效率。

Description

一种机器人与平面非接触式角度校正寻位方法

技术领域

本发明属于机械自动控制领域，设计一种非接触式寻位方法，具体涉及一种机器人与平面非接触式角度校正寻位方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，机器人技术日趋成熟，因而机器人越来越多地被应用于诸如焊接、物料搬运、装配作业等传统工业领域，一方面能够减少人力资源成本，另一方面能够降低操作人员的工作强度，并提高工作或生产效率。建筑行业是一个围绕建筑的设计、施工、装修、管理而展开的行业，包括建筑业本身及与之相关的装潢、装修等等。同样随着机器人价格降低及劳动力成本提高，一些建筑室内项目逐渐使用机械化设备取代人工操作，不仅提高了施工的效率，还能提高施工的质量。例如，如墙壁粉墙工艺需在墙壁砖面上附着水泥坯子，目前比较常见为人工使用搓灰板添加砂浆并手动抹匀，效率低下且不易抹平，质量得不到保障。虽然市面上出现了一些自动粉墙机设备，这在一定程度上解决了人工搓灰操作的强度，但还是需手动将砂浆添加至入料斗中，并且这些自动粉墙机设备的组装、拆卸、搬运转场不便。

申请号为201310208895.3的中国发明专利公开了一种机器人，该机器人包括机身、固定在机身上的机械臂、以及固定在机身下方以带动机器人移动的行走机构，所述机械臂包括活动固定在机身上的腰关节、驱动腰关节水平旋转的腰关节驱动机构、活动固定在腰关节远离机身的一端的大臂、驱动大臂纵向旋转的大臂驱动机构、活动固定在大臂远离腰关节的一端的小臂、驱动小臂纵向旋转的小臂驱动机构、活动固定在小臂远离大臂的一端的手腕以及驱动手腕纵向旋转的手腕驱动机构，所述手腕包括位于其顶端以固定一喷枪的枪夹，所述小臂靠近所述手腕的位置处设有一沿小臂径向贯穿小臂以供连接在喷枪后方的喷管向下穿过的第一空腔。该机器人具有喷浆自由度高、节省浆料、能灵活快速转场、适应窄小作业空间等优点，填补了建筑行业室内环境的机器人使用空白。但该机器人实现作业的难点在于准确实现与平面非接触式的寻位定位，否则其功能大打折扣。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种机器人与平面非接触式角度校正寻位方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机器人与平面非接触式角度校正寻位方法，依次包括以下步骤：

(a)将机器人传感器接收端安装在机器人机械臂的末端，机器人传感器发射端设置在寻位基准面内，并录入机器人传感器发射端与作业平面的距离，所述的寻位基准面位于机械臂末端与作业平面之间且与作业平面相平行；

(b)调整机器人机械臂朝向作业平面延伸，定义此时机器人的状态为其初始状态，以机器人初始姿态时机械臂延伸的方向为X轴方向、竖直于地面的方向为Z轴方向、机器人为原点建立坐标系，并在机器人中录入作业平面的起点和终点的Z坐标位置，分别记为z₀、z₄；

(c)将机器人置于第一寻位点后旋转角度θ₁，机器人机械臂向前延伸，当传感器接收端检测到发射端发生的信号时，停止延伸并记录第一寻位点的第一坐标值，得到寻位距离r_x1；

(d)将机器人旋转角度θ₂，机器人机械臂向前延伸，当传感器接收端检测到发射端发生的信号时，停止延伸并记录第一寻位点的第二坐标值，得到寻位距离l _x1及第一寻位点高度z₁；

(e)根据公式(1)计算得机器人在第一寻位点与寻位基准面之间的距离d_x1，根据公式(2)计算得机器人机械臂延伸方向与作业平面垂直面之间的角度α，所述的作业平面垂直面与作业平面相垂直且经过机器人；

α＝arccos(d_x1/r_x1)(2)；

(f)将机器人旋转角度α，并沿Z方向移动一定距离至第二寻位点，机器人机械臂向前延伸，当传感器接收端检测到发射端发生的信号时，停止延伸并记录第二寻位点的坐标值，得到第二寻位点与作业平面垂直面之间的距离d_x2及第二寻位点高度z₂；

(g)根据公式(3)和公式(4)计算第一寻位点和第二寻位点的ΔX值以及ΔZ值，并根据已知的z₀、z₄以及得到的第一寻位点高度z₁、第二寻位点高度z₂分别算出作业平面的起始位置X坐标ΔX₀(公式5)和终点位置X坐标ΔX₄(公式6)，由此生成机器人的轨迹路线，

ΔX＝d_X1-d_X2 (3)；

ΔZ＝z₁-z₂ (4)；

ΔX₀＝dx₀。

优化地，所述步骤(c)中，机器人机械臂延伸方向与作业平面之间夹角不大于90度。

进一步地，所述步骤(d)中，机器人机械臂延伸方向与作业平面之间夹角不大于90度且与步骤(c)中机器人机械臂延伸方向成大于90度小于180度的夹角。

更进一步地，所述步骤(f)中，机器人旋转角度α使得机器人机械臂延伸方向与作业平面垂直。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明机器人与平面非接触式角度校正寻位方法，一方面通过在第一寻位点向朝着作业平面的两个方向进行寻位，从而计算确定寻位点与作业平面垂直面之间的距离；另一方面通过计算比较第一寻位点和第二寻位点的X坐标值得出作业平面的起始位置和终点位置，从而生成机器人的轨迹路线，即采用非接触式的寻位方法，简化了机器人轨迹示教点的时间，提高了作业效率及灵活性。

附图说明

附图1为本发明机器人与平面非接触式角度校正寻位方法的流程图；

附图2为本发明机器人在第一寻位点的动作流程俯视示意图；

附图3是本发明机器人在第一寻位点和第二寻位点的动作流程侧面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明：

如图1所示的机器人与平面非接触式角度校正寻位方法，具体操作如下：

先将机器人传感器接收端安装在机器人机械臂的末端，机器人传感器发射端设置在寻位基准面内，并录入机器人传感器发射端与作业平面的距离，所述的寻位基准面位于机械臂末端与作业平面之间且与作业平面相平行；调整机器人机械臂朝向作业平面延伸，定义此时机器人的状态为其初始状态，随后以机器人初始姿态时机械臂延伸的方向为X轴方向、竖直于地面的方向为Z轴方向、机器人为原点建立坐标系，并在机器人中录入作业平面的起点和终点的Z坐标位置，分别记为z₀、z₄。

上述工作做好后进行寻位，先将机器人置于第一寻位点后旋转角度θ₁，机器人机械臂向前延伸，当传感器接收端检测到发射端发生的信号时，停止延伸并记录第一寻位点的第一坐标值，得到寻位距离r_x1，机器人机械臂延伸方向与作业平面之间夹角应当不大于90度，否则机械臂朝着背离作业平面的方向延伸，就不能进行寻位校正；随后将机器人旋转角度θ₂，机器人机械臂向前延伸，当传感器接收端检测到发射端发生的信号时，停止延伸并记录第一寻位点的第二坐标值，得到寻位距离l_x1及第一寻位点高度z₁，机器人机械臂延伸方向与作业平面之间夹角不大于90度且与上述的中机器人机械臂延伸方向成大于90度小于180度的夹角，这样机械臂的寻位方向位于作业平面垂直面(作业平面垂直面与作业平面相垂直且经过机器人)的不同侧，有利于提高校正寻位的精度，否则误差较大。

接着，根据公式(1)计算得机器人在第一寻位点与寻位基准面之间的距离d_x1，根据公式(2)计算得机器人机械臂延伸方向与作业平面垂直面之间的角度α；将机器人旋转角度α使得机器人机械臂延伸方向与作业平面垂直，沿Z方向移动机器人一定距离至第二寻位点，机器人机械臂向前延伸，当传感器接收端检测到发射端发生的信号时，停止延伸并记录第二寻位点的坐标值，得到第二寻位点与作业平面垂直面之间的距离d_x2及第二寻位点高度z₂；

α＝arccos(d_x1/r_x1) (2)。

最后，根据公式(3)和公式(4)计算第一寻位点和第二寻位点的ΔX值以及ΔZ值，并根据已知的z₀、z₄以及得到的第一寻位点高度z₁、第二寻位点高度z₂分别算出作业平面的起始位置X坐标ΔX₀(公式5)和终点位置X坐标ΔX₄(公式6)，由此生成机器人的轨迹路线，

ΔX＝d_X1-d_X2 (3)；

ΔZ＝z₁-z₂ (4)；

ΔX₀＝dx₀。

本发明机器人与平面非接触式角度校正寻位方法，一方面通过在第一寻位点向朝着作业平面的两个方向进行寻位，从而计算确定寻位点与作业平面垂直面之间的距离；另一方面通过计算比较第一寻位点和第二寻位点的X坐标值得出作业平面的起始位置和终点位置，从而生成机器人的轨迹路线，即采用非接触式的寻位方法，简化了机器人轨迹示教点的时间，提高了作业效率及灵活性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种机器人与平面非接触式角度校正寻位方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

(a)将机器人传感器接收端安装在机器人机械臂的末端，机器人传感器发射端设置在寻位基准面内，并录入机器人传感器发射端与作业平面的距离，所述的寻位基准面位于机械臂末端与作业平面之间且与作业平面相平行；

(b)调整机器人机械臂朝向作业平面延伸，定义此时机器人的状态为其初始状态，以机器人初始姿态时机械臂延伸的方向为X轴方向、竖直于地面的方向为Z轴方向、机器人为原点建立坐标系，并在机器人中录入作业平面的起点和终点的Z坐标位置，分别记为z₀、z₄；

(c)将机器人置于第一寻位点后旋转角度θ₁，机器人机械臂向前延伸，当传感器接收端检测到发射端发生的信号时，停止延伸并记录第一寻位点的第一坐标值，得到寻位距离r_x1；

(d)将机器人旋转角度θ₂，机器人机械臂向前延伸，当传感器接收端检测到发射端发生的信号时，停止延伸并记录第一寻位点的第二坐标值，得到寻位距离l _x1及第一寻位点高度z₁；

(e)根据公式(1)计算得机器人在第一寻位点与寻位基准面之间的距离d_x1，根据公式(2)计算得机器人机械臂延伸方向与作业平面垂直面之间的角度α，所述的作业平面垂直面与作业平面相垂直且经过机器人；

$d_{x1}=r_{x1}*l_{x1}*\sin ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)/\sqrt{{r_{x1}}^2+{l_{x1}}^2-2*r_{x1}*l_{x1}*\cos ({\mathrm{\θ}}_1-{\mathrm{\θ}}_2)}---\left(1\right),$

α＝arccos(d_x1/r_x1) (2)；

(f)将机器人旋转角度α，并沿Z方向移动一定距离至第二寻位点，机器人机械臂向前延伸，当传感器接收端检测到发射端发生的信号时，停止延伸并记录第二寻位点的坐标值，得到第二寻位点与作业平面垂直面之间的距离d_x2及第二寻位点高度z₂；

(g)根据公式(3)和公式(4)计算第一寻位点和第二寻位点的ΔX值以及ΔZ值，并根据已知的z₀、z₄以及得到的第一寻位点高度z₁、第二寻位点高度z₂分别算出作业平面的起始位置X坐标ΔX₀(公式5)和终点位置X坐标ΔX₄(公式6)，由此生成机器人的轨迹路线，

ΔX＝d_X1-d_X2 (3)；

ΔZ＝z₁-z₂ (4)；

式中，ΔX₀＝dx₀。

2.根据权利要求1所述的机器人与平面非接触式角度校正寻位方法，其特征在于：所述步骤(c)中，机器人机械臂延伸方向与作业平面之间夹角不大于90度。

3.根据权利要求1或2所述的机器人与平面非接触式角度校正寻位方法，其特征在于：所述步骤(d)中，机器人机械臂延伸方向与作业平面之间夹角不大于90度且与步骤(c)中机器人机械臂延伸方向成大于90度小于180度的夹角。

4.根据权利要求3所述的机器人与平面非接触式角度校正寻位方法，其特征在于：所述步骤(f)中，机器人旋转角度α使得机器人机械臂延伸方向与作业平面垂直。