CN104626205A - 机器人机械臂的检测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人机械臂的检测方法和装置。其中，机器人机械臂的检测装置包括：检测工作台；第一传感器，其中，第一传感器的数量为多个，多个第一传感器的信号检测端均分布设置在检测工作台的台面上，用于检测球体的外延点Pi与第一传感器Si之间的距离Ei；以及控制器，与第一传感器的信号输出端相连接，用于根据距离E1至距离En计算球体在预设坐标系中的球心位置，其中，预设坐标系为以台面的中心为原点的平面直角坐标系。通过本发明，解决了现有技术中对机器人机械臂的检测精度比较低的问题，进而达到了提高检测精度、降低装置成本的效果。

Description

机器人机械臂的检测方法和装置

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体而言，涉及一种机器人机械臂的检测方法和装置。

背景技术

目前，以日、美、德、法、韩等为代表的许多国家的机器人产业日趋成熟和完善，所生产的工业机器人已成为一种标准设备在全球得到广泛应用。

在工业机器人的实际应用中，工作效率和质量是衡量机器人性能的重要指标，提高工业机器人的工作效率，减小实际操作中的误差成为工业机器人应用急需解决的关键性问题。对机器人重复性工作精度需要有合适的方法或系统进行检测。

工业机器人的机械臂运动需要根据三维空间中的起始坐标以及终点坐标确定运动轨迹，从而进行轨迹规划。在轨迹规划后，通过运动控制模块控制、驱动机器人的动作实施模块。机器人所工作的目标的位置与姿态可以将机械臂移动到工作空间中一个从未示教过的点，称为计算点。到达计算点的精度即为机械臂的定位精度。机械臂的定位精度受到重复性精度的影响，同时也受到机器人运动学方程中参数精度的影响。Denavit-Hartenberg参数中的误差将会引起逆运动学方程中关节角的计算误差。因此，机械臂的定位精度通常比较差，且变化相当大。

在工业机器人的实际应用中，会涉及到许多需要高精度的应用环境，例如微电子、医疗、精密加工等等。在这些情况下，对工业机器人重复性精度的检测尤其重要。一方面，需要利用标定技术对工业机器人精度作进一步的提高；另一方面，需要对研发设计的工业机器人进行工作精度的相关检测，以量化工业机器人工作的可靠性与稳定性。

目前的工业机器人重复性精度检测技术，一方面通过对坐标方程及标定方程进行更大计算量的计算进行检测，避免了过多的测量过程，但是也降低了测量的精度，且较大的计算量将耗费更多的硬件资源及处理时间；另一方面通过增加先进的测量手段提升测量精度，例如将高精度传感器装在末端执行器上进行重复性精度的标定，然而机械臂本身动力学上的干扰将影响到测量手段的可靠性。

针对现有技术中对机器人机械臂的检测精度比较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种机器人机械臂的检测方法和装置，以解决现有技术中对机器人机械臂的检测精度比较低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种机器人机械臂的检测装置。

根据本发明的机器人机械臂的检测装置包括：所述机械臂的末端安装有球体，所述检测装置包括：检测工作台；第一传感器，其中，所述第一传感器的数量为多个，多个所述第一传感器的信号检测端均分布设置在所述检测工作台的台面上，用于检测所述球体的外延点Pi与第一传感器Si之间的距离Ei，所述外延点Pi为连线Li与目标圆周的交点，所述连线Li为所述第一传感器Si的信号检测端与所述台面的中心的连线，所述目标圆周为所述球体在所述台面上的正投影的外圆周，i依次取1至n，n为所述第一传感器的数量；以及控制器，与所述第一传感器的信号输出端相连接，用于根据距离E1至距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置，其中，所述预设坐标系为以所述台面的中心为原点的平面直角坐标系。

进一步地，所述台面为圆面，多个所述第一传感器的信号检测端均匀分布在所述圆面的外圆周。

进一步地，所述检测装置还包括：第二传感器，设置在所述台面的中心位置处，用于检测所述球体是否接触所述台面。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的另一方面，提供了一种机器人机械臂的检测方法。

根据本发明的机器人机械臂的检测方法包括采用本发明上述内容所提供的任一种机器人机械臂的检测装置对所述机械臂进行检测，所述检测方法包括：检测球体的外延点Pi与所述检测装置的第一传感器Si之间的距离Ei，其中，所述外延点Pi为连线Li与目标圆周的交点，所述连线Li为所述第一传感器Si的信号检测端与所述台面的中心的连线，所述目标圆周为所述球体在所述台面上的正投影的外圆周，i依次取1至n，n为所述第一传感器的数量；以及根据距离E1至距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置，其中，所述预设坐标系为以所述台面的中心为原点的平面直角坐标系。

进一步地，根据距离E1至距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置包括：根据所述距离Ei计算所述外延点Pi在所述预设坐标系中的坐标；以及根据所述外延点Pi在所述预设坐标系中的坐标计算所述球心位置。

进一步地，根据所述距离Ei计算所述外延点Pi在所述预设坐标系中的坐标包括：根据任一所述第一传感器与所述台面的中心的距离和所述距离Ei计算所述外延点Pi距离所述台面的中心的距离di；以及根据所述距离di和角αi计算所述外延点Pi在所述预设坐标系中坐标，其中，所述角αi的顶点为所述台面的中心，所述角αi的第一边为所述连线Li，所述角αi的第二边为所述预设坐标系的X轴正方向。

进一步地，在检测球体的外延点Pi与所述检测装置的第一传感器Si之间的距离Ei之后，所述检测方法还包括：判断所述球体是否接触所述台面；在判断出所述球体未接触所述台面的情况下，根据所述距离E1至所述距离En判断所述球体距离所述台面的高度是否在预设高度范围内，其中，在判断出所述球体接触所述台面的情况下，根据所述距离E1至所述距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置；在根据所述距离E1至所述距离En判断出所述球体距离所述台面的高度在所述预设高度范围内的情况下，校准所述机械臂；以及在根据所述距离E1至所述距离En判断出所述球体距离所述台面的高度未在所述预设高度范围内的情况下，重新检测所述外延点Pi距离所述第一传感器Si的所述距离Ei。

进一步地，在根据距离E1至距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置之后，所述检测方法还包括：根据所述球心位置判断所述球体是否超出半径为r1的第一边界区域；在根据所述球心位置判断出所述球体超出半径为r1的所述第一边界区域的情况下，根据所述球心位置判断所述球体是否超出半径为r2的第二边界区域，其中，r2＞r1；在根据所述球心位置判断出所述球体超出半径为r2的所述第二边界区域的情况下，校准所述机械臂；在根据所述球心位置判断出所述球体未超出半径为r2的所述第二边界区域的情况下，判断所述球体是否接触所述台面；以及在判断出所述球体未接触所述台面的情况下，校准所述机械臂。

进一步地，在根据所述球心位置判断出所述球体未超出半径为r1的所述第一边界区域的情况下，存储所述球心位置，并标识所述球心位置为第一数据类型，在根据所述球心位置判断出所述球体未超出半径为r2的所述第二边界区域的情况下，存储所述球心位置，并标识所述球心位置为第二数据类型，在根据所述球心位置判断出所述球体超出半径为r2的所述第二边界区域的情况下，存储所述球心位置，并标识所述球心位置为第三数据类型。

进一步地，在检测球体的外延点Pi与所述检测装置的第一传感器Si之间的距离Ei之前，所述检测方法还包括：初始化所述机械臂的位置；确定所述机械臂的运动轨迹；以及控制所述机械臂按照所述运动轨迹循环运动。

进一步地，在初始化所述机械臂的位置之后，并且在确定所述机械臂的运动轨迹之前，所述检测方法还包括：驱动所述球体移动至所述台面的中心位置处；在所述球体处于所述中心位置处的情况下，判断所述距离E1至所述距离En是否均处于预设量程范围内；以及在判断出所述距离E1至所述距离En均处于所述预设量程范围内的情况下，确定所述球体的当前球心位置为所述台面的中心。

根据发明实施例，采用具有以下结构的机器人机械臂的检测装置：检测工作台；第一传感器，其中，所述第一传感器的数量为多个，多个所述第一传感器的信号检测端均分布设置在所述检测工作台的台面上，用于检测所述球体的外延点Pi与第一传感器Si之间的距离Ei，所述外延点Pi为连线Li与目标圆周的交点，所述连线Li为所述第一传感器Si的信号检测端与所述台面的中心的连线，所述目标圆周为所述球体在所述台面上的正投影的外圆周，i依次取1至n，n为所述第一传感器的数量；以及控制器，与所述第一传感器的信号输出端相连接，用于根据距离E1至距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置，其中，所述预设坐标系为以所述台面的中心为原点的平面直角坐标系。通过在检测工作台上设置多个第一传感器来进行距离检测，进而根据距离确定球体的球心位置，此种结构的机器人机械臂的检测装置不仅结构简洁，所用的传感器的数量少，并且降低了检测装置的复杂度，避免检测装置的结构复杂而影响球心位置的检测精度，同时，本发明实施例所提供的检测装置通过控制器自动计算球心位置，实现了利用自动化控制方式进行精度检测，检测过程无需人工参与，进一步提高了检测精度，解决了现有技术中对机器人机械臂的检测精度比较低的问题，进而达到了提高检测精度、降低装置成本的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测装置的示意图；

图2是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测装置的检测原理图；

图3是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测装置计算球心位置的坐标示意图；

图4是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测装置确定球心位置所处区域示意图；

图5是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测方法的流程图；

图6是根据本发明优选实施例的机器人机械臂的检测方法的流程图；以及

图7是根据本发明优选实施例的机器人机械臂的检测方法计算机械臂末端球体的球心位置的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例提供了一种机器人机械臂的检测装置，以下对本发明实施例所提供的机器人机械臂的检测装置做具体介绍。

图1是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测装置的示意图，图2是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测装置的检测原理图，如图1和图2所示，该检测装置主要包括检测工作台10、多个第一传感器和检测装置的控制器30(图1中未示出)，图1中示意性示出了第一传感器的数量为3个，依次分别为第一传感器S1、第一传感器S2和第一传感器S3，其中，机械臂50的末端安装有球体51，多个第一传感器的信号检测端均分布设置在检测工作台10的台面上，用于检测球体的外延点Pi与第一传感器Si之间的距离Ei，外延点Pi为连线Li与目标圆周的交点，连线Li为第一传感器Si的信号检测端与台面的中心O的连线，目标圆周为球体51在台面上的正投影的外圆周，i依次取1至n，n为第一传感器的数量，在本发明实施例中，第一传感器可以为位移传感器。

检测装置的控制器30与每个第一传感器的信号输出端相连接，用于根据距离E1至距离En计算球体51在预设坐标系中的球心位置，其中，预设坐标系为以台面的中心O为原点的平面直角坐标系。

本发明实施例所提供的机器人机械臂的检测装置，通过在检测工作台上设置多个第一传感器来进行距离检测，进而根据距离确定球体的球心位置，此种结构的机器人机械臂的检测装置不仅结构简洁，所用的传感器的数量少，并且降低了检测装置的复杂度，避免检测装置的结构复杂而影响球心位置的检测精度，同时，本发明实施例所提供的检测装置通过控制器自动计算球心位置，实现了利用自动化控制方式进行精度检测，检测过程无需人工参与，进一步提高了检测精度，解决了现有技术中对机器人机械臂的检测精度比较低的问题，进而达到了提高检测精度、降低装置成本的效果。

图3是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测装置计算球心位置的坐标示意图，以下结合图3具体说明本发明实施例所提供的检测装置进行球心位置坐标计算的方式：

如图3所示，外延点P1与第一传感器S1之间的距离E1，外延点P2与第一传感器S2之间的距离E2，外延点P3与第一传感器S3之间的距离E3，检测装置的坐标生成模块在利用距离E1至距离En计算球体在预设坐标系中的球心位置过程中，主要包括以下两个步骤：

首先，可以利用距离Ei计算外延点Pi在预设坐标系中的坐标，具体地，可以根据距离Di和距离Ei计算外延点Pi距离台面的中心的距离di，其中，距离Di为第一传感器Si到台面的中心O的距离，距离Di为已知距离，di＝Di-Ei，即，d1＝D1-E1，d2＝D2-E2，d3＝D3-E3，优选地将每个第一传感器设置成到台面的中心O的距离相等，即D1＝D2＝D3。再根据距离di和角αi计算外延点Pi在预设坐标系中的坐标，其中，角αi的顶点为台面的中心，角αi的第一边为连线Li，角αi的第二边为预设坐标系的X轴正方向，其中， $\left\{\begin{array}{c}x\left(P_i\right)=\cos \left({\∂}_i\right)d_i\\ y\left(P_i\right)=\sin \left({\∂}_i\right)=d_i\end{array}\right.,$ 即， $\left\{\begin{array}{c}x\left(P_1\right)=\cos \left({\∂}_1\right)d_1\\ y\left(P_1\right)=\sin \left({\∂}_1\right)=d_1\end{array}\right.,\left\{\begin{array}{c}x\left(P_2\right)=\cos \left({\∂}_2\right)d_2\\ y\left(P_2\right)=\sin \left({\∂}_2\right)d_2\end{array}\right.,$ $\left\{\begin{array}{c}x\left(P_3\right)=\cos \left({\∂}_3\right)d_3\\ y\left(P_3\right)=\sin \left({\∂}_3\right)=d_3\end{array}\right.,$ 在本发明实施例中，由于多个第一传感器是预先设置在检测工作台10的台面上的，因为角角和角的具体角度已知，因此，可以计算出外延点P1至外延点Pn在预设坐标系中的坐标。

然后，再根据外延点P1至外延点Pn在预设坐标系中的坐标计算球心位置，具体地，由于外延点Pi为目标圆周上的点，而对于任一个目标圆周而言，该目标圆周的半径为球体51的球径r，并且满足圆周方程(x-x_0′)²+(y-y_0′)²＝r²，所以，在计算出圆上的多个点的坐标的情况下，可以利用多个点的坐标来计算圆心(x_0′,y_0′)，得到球心o′的具体球心位置(x_0′,y_0′)。

优选地，在本发明实施例中，可以将检测工作台10的台面设置为圆面，并多个第一传感器的信号检测端均匀分布在圆面的外圆周，这样的话角角和角之间依次间隔120°， ${\∂}_1=\frac{\mathrm{\π}}{6},{\∂}_2=\frac{5\mathrm{\π}}{6},{\∂}_3=\frac{3\mathrm{\π}}{2}.$

通过将多个第一传感器均匀设置在检测工作台台面的外圆周上，保证了第一传感器距离台面中心O的距离均相等，达到了进一步提高检测精度的效果。

进一步地，本发明实施例的机器人机械臂的检测装置还包括第二传感器40，该第二传感器40设置在台面的中心位置O处，并与检测装置的控制器30相连接，用于检测球体51是否接触台面。具体地，第二传感器40可以是压电传感器，在球体51接触到台面的情况下，第二传感器40输出检测信号至控制器30，在球体51未接触到台面的情况下，控制器30接收不到第二传感器40输出的检测信号。

上述进行球心位置的计算方式主要是在球体51接触到台面的情况下进行的。

在计算出球心位置后，本发明实施例所提供的机器人机械臂的检测装置可以进一步根据球心位置来判断球心位置是否满足坐标精度算法的边界条件，具体如下：

图4是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测装置确定球心位置所处区域示意图，如图4所示，半径为r1的第一边界区域可以是允许球心正常活动的最大范围，半径为r2的第二边界区域可以是允许球心在误差范围内活动的最大范围，其中，r2＞r1，确定球心位置所处区域的具体步骤如下：

根据球心位置判断球体是否超出半径为r1的第一边界区域，具体地，主要是对比r0与r1的大小，其中，r0为球心位置o′与中心O之间的距离。

在根据球心位置判断出球体超出半径为r1的第一边界区域的情况下，即在比较出r0＞r1的情况下，根据球心位置判断球体是否超出半径为r2的第二边界区域，即，对比r0与r2的大小。

在根据球心位置判断出球体超出半径为r2的第二边界区域的情况下，校准机械臂，即在比较出r0＞r2的情况下，校准机械臂。

在根据球心位置判断出球体未超出半径为r2的第二边界区域的情况下(即，r2＞r0＞r1)，判断球体是否接触台面。

在判断出球体未接触台面的情况下，校准机械臂。

进一步地，本发明实施例的检测装置的数据存储模块还可以对球心位置进行存储，在根据球心位置判断出球体未超出半径为r1的第一边界区域的情况下，存储球心位置，并标识球心位置为第一数据类型，第一数据类型表示球心位置为正常数据；在根据球心位置判断出球体未超出半径为r2的第二边界区域的情况下，存储球心位置，并标识球心位置为第二数据类型，第二数据类型表示球心位置为偏差数据；在根据球心位置判断出球体超出半径为r2的第二边界区域的情况下，存储球心位置，并标识球心位置为第三数据类型，第三数据类型表示球心位置为错误数据。

本发明实施例还提供了一种机器人机械臂的检测方法，该机器人机械臂的检测方法主要通过本发明实施例上述内容所提供的机器人机械臂的检测装置来执行，以下对本发明实施例所提供的机器人机械臂的检测方法做具体介绍：

图5是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测方法的流程图，如图5所示，本发明实施例的机器人机械臂的检测方法主要包括如下步骤S502和步骤S504：

S502：检测球体的外延点Pi与检测装置的第一传感器Si之间的距离Ei，其中，外延点Pi为连线Li与目标圆周的交点，连线Li为第一传感器Si的信号检测端与台面的中心的连线，目标圆周为球体在台面上的正投影的外圆周，i依次取1至n，n为第一传感器的数量。

S504：根据距离E1至距离En计算球体在预设坐标系中的球心位置，其中，预设坐标系为以台面的中心为原点的平面直角坐标系。

本发明实施例所提供的机器人机械臂的检测方法，通过利用设置在检测工作台上的多个第一传感器来进行距离检测，进而根据距离确定球体的球心位置，由于此种结构的机器人机械臂的检测装置结构简洁，所用的传感器的数量少，降低了检测装置的复杂度，因此检测过程避免了因检测装置的结构复杂而影响球心位置的检测精度，同时，本发明实施例所提供的检测装置通过自动计算球心位置，实现了利用自动化控制方式进行精度检测，检测过程无需人工参与，进一步提高了检测精度，解决了现有技术中对机器人机械臂的检测精度比较低的问题，进而达到了提高检测精度、降低装置成本的效果。

本发明实施例还提供了一种计算球心位置的具体计算方式，具体如下：

首先，可以利用距离Ei计算外延点Pi在预设坐标系中的坐标，具体地，可以根据距离Di和距离Ei计算外延点Pi距离台面的中心的距离di，其中，距离Di为第一传感器Si到台面的中心O的距离，距离Di为已知距离，di＝Di-Ei，即，d1＝D1-E1，d2＝D2-E2，d3＝D3-E3，优选地将每个第一传感器设置成到台面的中心O的距离相等，即D1＝D2＝D3。再根据距离di和角αi计算外延点Pi在预设坐标系中坐标，其中，角αi的顶点为台面的中心，角αi的第一边为连线Li，角αi的第二边为预设坐标系的X轴正方向，其中， $\left\{\begin{array}{c}x\left(P_i\right)=\cos \left({\∂}_i\right)d_i\\ y\left(P_i\right)=\sin \left({\∂}_i\right)=d_i\end{array}\right.,$ 即， $\left\{\begin{array}{c}x\left(P_1\right)=\cos \left({\∂}_1\right)d_1\\ y\left(P_1\right)=\sin \left({\∂}_1\right)=d_1\end{array}\right.,\left\{\begin{array}{c}x\left(P_2\right)=\cos \left({\∂}_2\right)d_2\\ y\left(P_2\right)=\sin \left({\∂}_2\right)d_2\end{array}\right.,$ $\left\{\begin{array}{c}x\left(P_3\right)=\cos \left({\∂}_3\right)d_3\\ y\left(P_3\right)=\sin \left({\∂}_3\right)=d_3\end{array}\right.,$ 在本发明实施例中，由于多个第一传感器是预先设置在检测工作台10的台面上的，因为角角和角的具体角度已知，因此，可以计算出外延点P1至外延点Pn在预设坐标系中的坐标。

然后，再根据外延点P1至外延点Pn在预设坐标系中的坐标计算球心位置，具体地，由于外延点Pi为目标圆周上的点，而对于任一个目标圆周而言，该目标圆周的半径为球体51的球径r，并且满足圆周方程(x-x_0′)²+(y-y_0′)²＝r²，所以，在计算出圆上的多个点的坐标的情况下，可以利用多个点的坐标来计算圆心(x_0′,y_0′)，得到球心o′的具体球心位置(x_0′,y_0′)。

图6是根据本发明优选实施例的机器人机械臂的检测方法的流程图，如图6所示，该优选实施例所提供的机器人机械臂的检测方法主要包括步骤S601至步骤S606：

S601：初始化机械臂的位置，具体地，可以通过编写任务程序，使用机器人控制器将机械臂末端的球体，移动至检测工作台台面的中心位置。

S602：确定机械臂的运动轨迹，具体地，可以根据检测工作台以及球体所在的位置设定机械臂的动作任务，以该动作任务对应的运动轨迹循环接触检测工作台台面中心位置点，且不碰到除检测工作台台面的中心位置外的任何物体，以免机械臂受到外力作用而造成检测误差。

S603：控制机械臂按照运动轨迹循环运动。

S604：计算机械臂末端球体的球心位置，具体地，与上述计算方式相同，此处不再赘述。

S605：存储计算出的球心位置。

S606：判断是否检测结束，其中，在判断结果为是的情况下，结束检测流程，在判断结果为否的情况下，返回步骤S603。

通过初始化机械臂的位置，并确定机械臂的运动轨迹，然后再执行检测球心位置的具体步骤，即在检测球体的外延点Pi与检测装置的第一传感器Si之间的距离Ei之前，执行初始化机械臂的位置，并确定机械臂的运动轨迹，然后控制机械臂按照运动轨迹循环运动，实现了避免机械臂受到外力作用而造成检测误差，达到了进一步提高检测精度的效果。

其中，该优选实施例所提供的检测方法还包括：在初始化机械臂的位置之后，并且在确定机械臂的运动轨迹之前，驱动球体移动至台面的中心位置处；在球体处于中心位置处的情况下，判断距离E1至距离En是否均处于第一传感器的预设量程范围内；以及在判断出距离E1至距离En均处于预设量程范围内的情况下，确定球体的当前球心位置为台面的中心。

通过判断第一传感器输出的距离参数是否正常，该参数的表现形式根据不同种类不同型号第一传感器的输出方式而定。在距离参数处于量程范围内时，将球体此时所在的坐标点视为中心位置点，达到了保证后续进行球心位置检测的准确度。

图7是根据本发明实施例的机器人机械臂的检测方法计算机械臂末端球体的球心位置的流程图，如图7所示，该方法主要包括步骤S701至步骤S709：

S701：对机械臂进行校准。

S702：测量传感器与球体的距离，具体地，与上述步骤S502相同。

S703：在检测球体的外延点Pi与检测装置的第一传感器Si之间的距离Ei之后，判断球体是否接触台面。

S704：在判断出球体未接触台面的情况下，根据距离E1至距离En判断球体距离台面的高度是否在预设高度范围内。

具体地，在第二传感器输出检测信号的信号下，确定球体接触台面，反之，确定球体未接触台面。其中，主要根据距离E1至距离En来判断球体是否接触台面，主要是判断距离E1至距离En的n个距离参数中是否存在至少一个参数处于第一传感器读数正常状态，如果是的话，则确定球体靠近台面，反之，则确定球体未靠近台面。在根据距离E1至距离En判断出球体接近台面的情况下，校准机械臂，在根据距离E1至距离En判断出球体未接触台面的的情况下，返回步骤S702，以重新检测外延点Pi距离第一传感器Si的距离Ei。

其中，在步骤S703判断出球体接触台面的情况下，执行步骤S705：根据距离E1至距离En计算球体在预设坐标系中的球心位置，具体计算方式与上述内容所介绍的相同，此处不再赘述。

进一步地，在根据距离E1至距离En计算球体在预设坐标系中的球心位置之后，本发明优选实施例所提供的机器人机械臂的检测方法还包括：

S706：根据球心位置判断球体是否超出半径为r1的第一边界区域半径为r1的第一边界区域可以是允许球心正常活动的最大范围，具体地，主要是对比r0与r1的大小，其中，r0为球心位置o′与中心O之间的距离。

S707：在根据球心位置判断出球体超出半径为r1的第一边界区域的情况下(即，r0＞r1)，根据球心位置判断球体是否超出半径为r2的第二边界区域，半径为r2的第二边界区域可以是允许球心在误差范围内活动的最大范围，其中，r2＞r1，在根据球心位置判断出球体超出半径为r2的第二边界区域的情况下(即，r0＞r2)，返回步骤S701校准机械臂。

S708：在根据球心位置判断出球体未超出半径为r2的第二边界区域的情况下(即，r2＞r0＞r1)，判断球体是否接触台面，其中，在判断出球体未接触台面的情况下，返回步骤S701校准机械臂。

S709：存储数据。具体地，所存储的数据主要是计算出的球心位置数据。

其中，在根据球心位置判断出球体未超出半径为r1的第一边界区域的情况下，可以将存储的球心位置标识为第一数据类型，第一数据类型表示球心位置为正常数据；在根据球心位置判断出球体未超出半径为r2的第二边界区域的情况下，可以将存储的球心位置标识为第二数据类型，第二数据类型表示球心位置为偏差数据；在根据球心位置判断出球体超出半径为r2的第二边界区域的情况下，可以将存储的球心位置标识为第三数据类型，第三数据类型表示球心位置为错误数据。

其中，在进行数据存储过程中，可以将数据按照“序号、球心位置、数据类型”的格式进行初步存储。以便对数据进行后期处理，对坐标数据进行正态分布统计，根据正态分布统计数据结果与数据类别划分的对应关系进行分析，然后将判断数据类别的边界条件值根据正态分布特点进行调整，以便数据的后期分析。

通过上述描述可以看出，本发明实现了如下技术效果：

(1)装置结构简洁。所用传感器数量少，能够减少设计的复杂度，降低完成装置的难度。需要自行研制的部件以及采用的仪器设备均较少，能够减短研发周期与开发难度。

(2)自动化程度高。整个方法及装置采用自动化控制方式进行精度检测，大部分操作流程都不需要人工参与，最终可自动生成检测数据。生成的检测数据是检测、判断工业机器人重复性精度的重要依据。

(3)检测可靠性强。将机械臂运行的三维坐标同时进行位置的计算，能够全方位检测位置的正确性。并通过传感器状态验证，增强了数据获取的可靠性，能够有效提高后期数据分析的效率。

(4)检测精度高。通过高精度位移传感器的位置测量，能够得到高达1μm乃至更高精度级别的测量精度，能够满足工业机器人应用范围内的精度要求。同时，长方体可能发生旋转偏移的状况，末端球体的坐标算法克服了这种情况，能够让坐标的计算更加精准。

(5)可适用范围广。此方法及装置适合各种类型的工业机器人进行重复性精度检测。检测用工业机器人只需完成其轨迹任务的设定即可。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、移动终端、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种机器人机械臂的检测装置，其特征在于，所述机械臂的末端安装有球体，所述检测装置包括：

检测工作台；

第一传感器，其中，所述第一传感器的数量为多个，多个所述第一传感器的信号检测端均分布设置在所述检测工作台的台面上，用于检测所述球体的外延点Pi与第一传感器Si之间的距离Ei，所述外延点Pi为连线Li与目标圆周的交点，所述连线Li为所述第一传感器Si的信号检测端与所述台面的中心的连线，所述目标圆周为所述球体在所述台面上的正投影的外圆周，i依次取1至n，n为所述第一传感器的数量；以及

控制器，与所述第一传感器的信号输出端相连接，用于根据距离E1至距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置，其中，所述预设坐标系为以所述台面的中心为原点的平面直角坐标系。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述台面为圆面，多个所述第一传感器的信号检测端均匀分布在所述圆面的外圆周。

3.根据权利要求1或2所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括：

第二传感器，设置在所述台面的中心位置处，用于检测所述球体是否接触所述台面。

4.一种机器人机械臂的检测方法，其特征在于，采用权利要求1至3中任一项所述的机器人机械臂的检测装置对所述机械臂进行检测，所述检测方法包括：

检测球体的外延点Pi与所述检测装置的第一传感器Si之间的距离Ei，其中，所述外延点Pi为连线Li与目标圆周的交点，所述连线Li为所述第一传感器Si的信号检测端与所述台面的中心的连线，所述目标圆周为所述球体在所述台面上的正投影的外圆周，i依次取1至n，n为所述第一传感器的数量；以及

根据距离E1至距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置，其中，所述预设坐标系为以所述台面的中心为原点的平面直角坐标系。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，根据距离E1至距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置包括：

根据所述距离Ei计算所述外延点Pi在所述预设坐标系中的坐标；以及

根据所述外延点Pi在所述预设坐标系中的坐标计算所述球心位置。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于，根据所述距离Ei计算所述外延点Pi在所述预设坐标系中的坐标包括：

根据任一所述第一传感器与所述台面的中心的距离和所述距离Ei计算所述外延点Pi距离所述台面的中心的距离di；以及

根据所述距离di和角αi计算所述外延点Pi在所述预设坐标系中坐标，其中，所述角αi的顶点为所述台面的中心，所述角αi的第一边为所述连线Li，所述角αi的第二边为所述预设坐标系的X轴正方向。

7.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，在检测球体的外延点Pi与所述检测装置的第一传感器Si之间的距离Ei之后，所述检测方法还包括：

判断所述球体是否接触所述台面；

在判断出所述球体未接触所述台面的情况下，根据所述距离E1至所述距离En判断所述球体距离所述台面的高度是否在预设高度范围内，其中，在判断出所述球体接触所述台面的情况下，根据所述距离E1至所述距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置；

在根据所述距离E1至所述距离En判断出所述球体距离所述台面的高度在所述预设高度范围内的情况下，校准所述机械臂；以及

在根据所述距离E1至所述距离En判断出所述球体距离所述台面的高度未在所述预设高度范围内的情况下，重新检测所述外延点Pi距离所述第一传感器Si的所述距离Ei。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的检测方法，其特征在于，在根据距离E1至距离En计算所述球体在预设坐标系中的球心位置之后，所述检测方法还包括：

根据所述球心位置判断所述球体是否超出半径为r1的第一边界区域；

在根据所述球心位置判断出所述球体超出半径为r1的所述第一边界区域的情况下，根据所述球心位置判断所述球体是否超出半径为r2的第二边界区域，其中，r2＞r1；

在根据所述球心位置判断出所述球体超出半径为r2的所述第二边界区域的情况下，校准所述机械臂；

在根据所述球心位置判断出所述球体未超出半径为r2的所述第二边界区域的情况下，判断所述球体是否接触所述台面；以及

在判断出所述球体未接触所述台面的情况下，校准所述机械臂。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：

在根据所述球心位置判断出所述球体未超出半径为r1的所述第一边界区域的情况下，存储所述球心位置，并标识所述球心位置为第一数据类型，

在根据所述球心位置判断出所述球体未超出半径为r2的所述第二边界区域的情况下，存储所述球心位置，并标识所述球心位置为第二数据类型，

在根据所述球心位置判断出所述球体超出半径为r2的所述第二边界区域的情况下，存储所述球心位置，并标识所述球心位置为第三数据类型。

10.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，在检测球体的外延点Pi与所述检测装置的第一传感器Si之间的距离Ei之前，所述检测方法还包括：

初始化所述机械臂的位置；

确定所述机械臂的运动轨迹；以及

控制所述机械臂按照所述运动轨迹循环运动。

11.根据权利要求10所述的检测方法，其特征在于，在初始化所述机械臂的位置之后，并且在确定所述机械臂的运动轨迹之前，所述检测方法还包括：

驱动所述球体移动至所述台面的中心位置处；

在所述球体处于所述中心位置处的情况下，判断所述距离E1至所述距离En是否均处于预设量程范围内；以及

在判断出所述距离E1至所述距离En均处于所述预设量程范围内的情况下，确定所述球体的当前球心位置为所述台面的中心。