CN104330025A - 工业机器人位姿检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人位姿检测装置。其测量装置：两个移动支架的垂直安装于90o角轨道的两侧，不可移动支架垂直安装于90o角轨道的顶端，两台CCD相机分别安装在移动支架上，三台激光测距仪分别放置于不可移动支架上；其执行器：呈正四面体，内装有垂直向下的固定杆，执行器通过锥底面与工业机器人法兰盘相连接，三个外表面分别铺设平行光源，九个靶球，其中七个安装于执行器上作为CCD相机待测点，二个安装于CCD相机上作为激光测距仪测量点；工业机器人放置在测量装置的视觉场内。激光测距仪用于检测相机的位置，为视觉场提供坐标值。通过数据线将相机、激光测距仪采集的数据导入上位机中进行处理，检测工业机器人位姿特性。

Description

工业机器人位姿检测装置

技术领域

本发明涉及位姿检测装置，特别涉及一种工业机器人位姿检测装置。

背景技术

国标GB/T 12642 规定工业机器人位姿检测包含位姿精确度和位姿重复性、多方向位姿准确度变动、距离准确度和距离重复性、位置稳定时间、位置超调量、位姿特性漂移、互换性。并且在其中的多项指标需要各测量负载100%、50%、30%、10%时的值。目前比较成熟的检测工业机器人位姿的方法主要有激光跟踪仪法、三坐标机测量法、视觉成像法等。激光跟踪仪如莱卡AT901搭配特殊附件能够大范围精确检测位姿特性，但是其存在价格高昂、存在检测死角等问题。三坐标机测量法又分便携式检测与固定式检测两种，便携式检测如ROMER 绝对臂测量机能够较好地完成测量工作，但是其价格较高、精度只能达到50微米不满足高精度测量的要求，固定式三坐标机测量精度高可以满足精度要求，但是存在效率低、不能进行现场测量等问题。视觉成像法如WLS qFLASH紧凑型白光拍照式测量系统能够进行立体成像，但是也存在价格高、精度不高等问题。总之，现在的检测方法普遍存在仪器价格高、各自存在局限性等问题。

发明内容

为了克服上述现有检测设备的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种工业机器人位姿检测装置，实现较大范围内可变负载值的精密测量，通过数据线将相机和激光测距仪的数据传输到计算机中，提高了测量的效率与准确性。

本发明采用的技术方案是：

本发明主要由测量装置和装在工业机器人末端的执行器组成；其中：

测量装置：能实现平移的第一移动支架和第二移动支架的一端垂直安装于90o角轨道的两侧，不可移动支架垂直安装于于90o角轨道的顶端，第一台CCD相机和第二台CCD相机分别安装在第一移动支架、第二移动支架上，三台激光测距仪安装在不可移动支架上，第一激光测距仪对准90o角轨道的底面，第二激光测距仪对准在第一台CCD相机的第一靶球S1，第一靶球S1为与激光测距仪8相配套的反射装置，第三激光测距仪9对准在第二台CCD相机5的第二靶球S2，第二靶球S2为与激光测距仪9相配套的反射装置。

执行器11：呈正四面体，其锥底面为A，三个外表面分别为B、C、D，正四面体的三个外表面交点的顶部内，装有垂直向下的固定杆E，固定杆E能与不同重量的重物F、G、H、J相配合，执行器11通过锥底面A与工业机器人10法兰盘相连接，正四面体的四个顶点分别设有一个靶球，即第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5和第六靶球S6，外表面B、C、D中心点均设有一个靶球，即第七靶球S7、第八靶球S8和第九靶球S9，第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5、第六靶球S6、第七靶球S7、第八靶球S8、第九靶球S9均为待测球体，三个外表面B、C、D分别铺设平行光源；工业机器人10放置在测量装置的视觉场内。

所述不同重量的重物F、G、H、J为球形体、锥体或正方体。

所述锥底面A面与执行器11底边为铰链连接。

与背景技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明通过x、y、z得知视觉场的坐标信息，将x、y、z的数据值与CCD相机拍摄的图像信息通过数据线传送到PC机端，在PC机上选取合适的面进行位姿测算，以平面的四个靶球位置确定平面姿态进而确定末端法兰盘姿态，以锥顶靶球位置确定末端法兰盘位置，从而高效、精确的进行工业机器人位姿检测。

本发明的执行器可实现不同负载值时的测量，并且执行器的三面设计确保了测量位姿无死角。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是工业机器人执行器俯视图。

图3是工业机器人执行器内部结构示意图。

图4是工业机器人执行器加载重物示意图。

图中：1、90o角轨道，2、第一可移动支架，3、第二可移动支架，4、不可移动支架，5、第一台CCD相机，6、第二台CCD相机，7、第一激光测距仪，8、第二激光测距仪，9、第三激光测距仪，10、工业机器人，11、执行器。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明主要由测量装置和装在工业机器人10末端的执行器11组成；其中：

如图1所示，测量装置：能实现平移的第一移动支架2和第二移动支架3的一端垂直安装于90o角轨道1的两侧，不可移动支架4垂直安装于于90o角轨道1的顶端，第一台CCD相机5和第二台CCD相机6分别安装在第一移动支架2、第二移动支架3上，三台激光测距仪7、8、9安装在不可移动支架4上(三台激光测距仪相对位置固定，第二激光测距仪8和第三激光测距仪9高度相同，第一激光测距仪7高度可以不同)，第一激光测距仪7对准90o角轨道1的底面，第二激光测距仪8对准在第一台CCD相机5的第一靶球S1，第一靶球S1为与激光测距仪8相配套的反射装置，第三激光测距仪9对准在第二台CCD相机5的第二靶球S2，第二靶球S2为与激光测距仪9相配套的反射装置。

如图2、图3、图4所示，执行器：呈正四面体，其锥底面为A，三个外表面分别为B、C、D，正四面体的三个外表面交点的顶部内，装有垂直向下的固定杆E，固定杆E能与不同重量的重物F、G、H、J相配合，执行器通过锥底面A与工业机器人法兰盘相连接，正四面体的四个顶点分别设有一个靶球，即第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5和第六靶球S6，外表面B、C、D中心点均设有一个靶球，即第七靶球S7、第八靶球S8和第九靶球S9，第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5、第六靶球S6、第七靶球S7、第八靶球S8、第九靶球S9均为待测球体，三个外表面B、C、D分别铺设平行光源；工业机器人放置在测量装置的视觉场内。所述锥底面A面与执行器底边为铰链连接。

如图4所示，所述不同重量的重物F、G、H、J为球形体、锥体或正方体等规则形体，只要是其体心与重心重合的重物均可，重物F的重量值为待测工业机器人额定负载值的10%，重物G的重量值为待测工业机器人额定负载值的30%，重物H的重量值为待测工业机器人额定负载值的50%，重物J的重量值为待测工业机器人额定负载值的100%。

以下为本发明的具体实施例：

1)测量工业机器人负载值为额定负载10%时的位姿：

步骤1)打开执行器11底面A，将重物F与执行器11内部的固定杆E相配合，闭合执行器11底面A，通过锥底面A将执行器11与工业机器人10末端法兰盘相连接，将工业机器人10移动到某一指定位姿，

步骤2)调整第一可移动支架2、第二可移动支架3与第一台CCD相机5、第二台CCD相机6的位置，使执行器11进入CCD相机视场内，调整第二激光测距仪8的高度，当第二激光测距仪8捕捉第一台CCD相机5上第一靶球S1的反射信号时，第二激光测距仪8与第一台CCD相机5距离最短，第一激光测距仪7测量并记录第一台CCD相机5的高度，第二激光测距仪8测量并记录第一台CCD相机5到不可移动支架4的水平距离，再次调整第三激测距仪9的高度，当第三激测距仪9捕捉第二台CCD相机6上第二靶球S2的反射信号时，第三激光测距仪9与第二台CCD相机6距离最短，第一激光测距仪7测量并记录第二台CCD相机6的高度，第三激光测距仪9测量并记录第二台CCD相机6到不可移动支架4的水平距离，将二台CCD相机拍摄的图像数据与三台激光测距仪测量的二台CCD相机的位置数据通过数据线将数据资料上传至上位机中，首先在上位机中计算出相机的空间坐标，再次在CCD相机采集的图像中选取执行器的三个外表面B、C、D中图形最大的一面，如B面，提取该面上四个靶球S4、S5、S6、S7的位置，并以这四个靶球S4、S5、S6、S7位置确定平面并与底面形成平面角，此平面角换算得到末端法兰盘姿态角，以靶球S6的位置作为执行器的位置，换算得到工业机器人10末端法兰盘位置，由此，可以确定工业机器人10末端姿态。

2)测量工业机器人负载值为额定负载30%时的位姿精度：

步骤1)打开执行器11底面A，将重物G与执行器11内部固定杆E相配合，闭合执行器11底面A，通过锥底面A将执行器11与工业机器人10末端法兰盘相连接，设定工业机器人10移动到指定位姿。

步骤2)调整第一可移动支架2、第二可移动支架3与第一台CCD相机5、第二台CCD相机6的位置，使执行器11进入CCD相机视场内，调整第二激光测距仪8的高度当第二激光测距仪8捕捉第一台CCD相机5上第二靶球S1的反射信号时，第二激光测距仪8与第一台CCD相机5距离最短，第一激光测距仪7测量并记录第一台CCD相机5的高度，第二激光测距仪8测量并记录第一台CCD相机5到不可移动支架4的水平距离，再次调整第三激光测距仪的高度当第三激测距仪9捕捉第二台CCD相机6上第二靶球S2的反射信号时，第三激光测距仪9与第二台CCD相机6距离最短，第一激光测距仪7测量并记录第二台CCD相机6的高度，第三激光测距仪9测量并记录第二台CCD相机6到不可移动支架4的水平距离，将二台CCD相机拍摄的图像数据与三台激光测距仪测量的二台CCD相机的位置数据通过数据线将数据资料上传至上位机中，首先在上位机中计算出相机的空间坐标，再次在CCD相机采集的图像中选取执行器的三个外表面B、C、D中图形最大的一面，如B面，提取该面上四个靶球S4、S5、S6、S7的位置，并以这四个靶球S4、S5、S6、S7位置确定平面并与底面形成平面角，此平面角换算得到末端法兰盘姿态角，以靶球S6的位置作为执行器的位置，换算得到工业机器人10末端法兰盘位置，由此，可以确定工业机器人10末端姿态。

步骤3)通过步骤2)测的的位姿与步骤1)中工业机器人指定工业机器人位姿比较，可换算出测量装置坐标与工业机器人给定坐标的差值，进行工业机器人标定补偿

步骤4)给定工业机器人另一指定位姿，重复步骤2)，测量得到的的机器人位姿与步骤3)中指定的工业机器人位姿比较，所得结果为工业机器人负载值为额定负载30%时的位姿精度。

Claims (3)

1.一种工业机器人位姿检测装置，其特征在于：主要由测量装置和装在工业机器人(10)末端的执行器(11)组成；其中：

测量装置：能实现平移的第一移动支架(2)和第二移动支架(3)的一端垂直安装于90o角轨道(1)的两侧，不可移动支架(4)垂直安装于于90o角轨道(1)的顶端，第一台CCD相机(5)和第二台CCD相机(6)分别安装在第一移动支架(2)、第二移动支架(3)上，三台激光测距仪(7、8、9)安装在不可移动支架(4)上，第一激光测距仪(7)对准90o角轨道(1)的底面，第二激光测距仪(8)对准在第一台CCD相机(5)的第一靶球S1，第一靶球S1为与激光测距仪（8）相配套的反射装置，第三激光测距仪(9)对准在第二台CCD相机(5)的第二靶球S2，第二靶球S2为与激光测距仪（9）相配套的反射装置；

执行器(11)：呈正四面体，其锥底面为A，三个外表面分别为B、C、D，正四面体的三个外表面交点的顶部内，装有垂直向下的固定杆E，固定杆E能与不同重量的重物F、G、H、J相配合，执行器(11)通过锥底面A与工业机器人(10)法兰盘相连接，正四面体的四个顶点分别设有一个靶球，即第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5和第六靶球S6，外表面B、C、D中心点均设有一个靶球，即第七靶球S7、第八靶球S8和第九靶球S9，第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5、第六靶球S6、第七靶球S7、第八靶球S8、第九靶球S9均为待测球体，三个外表面B、C、D分别铺设平行光源；工业机器人(10)放置在测量装置的视觉场内。

2.根据权利要求1中所述的一种工业机器人位姿检测装置，其特征在于：所述不同重量的重物F、G、H、J为球形体、锥体或正方体。

3.根据权利要求1中所述的一种工业机器人位姿检测装置，其特征在于：所述锥底面A面与执行器(11)底边为铰链连接。