CN106468548B - 一种三轴动态测量机器人运动的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种三轴动态测量机器人运动的方法，包括以下步骤：a、在被测机器人末端设置四维万向节；b、在等边三角形支架顶角处设置距离传感器，并记录距离传感器之间安装距离；c、等边三角形支架相对机器人固定设置；d、通过距离传感器采集装置对四维万向节的位置进行采集，并传输给数据处理装置进行数据处理。本发明公开的一种三轴动态测量机器人运动的方法，通过计算设置于机器人末端的四维万向节与位置传感器之间距离，通过采集装置传输给数据处理装置进行处理，得到机器人的运动轨迹，在大大简化测量方法的基础上，大大降低测量成本，加快测量效率。

Description

一种三轴动态测量机器人运动的方法
技术领域
本发明涉及机器人运动测量领域，特别是指一种三轴动态测量机器人运动的方法。
背景技术
现有技术中对机器人的运动普遍采用激光跟踪仪的方法，通过激光测量得到机器人末端运动在激光跟踪仪坐标系下的轨迹，具体的是通过空间测量模拟出机器人运动是依靠测量设备得到标定参数值，因此对硬件设备可靠性，测量环境都非常严格，而激光跟踪仪不但对环境、温度、湿度均有较高要求，测量过程相对复杂，设备安装要求严格，且设备成本高。
亟待出现一种即可简化测量手段又可大大降低测量成本的机器人运动测量方法。
发明内容
本发明公开的一种三轴动态测量机器人运动的方法，解决了现有技术中激光测距仪测量复杂且成本高的技术问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种三轴动态测量机器人运动的方法，包括以下步骤：
a、在被测机器人末端设置四维万向节；
b、在等边三角形支架顶角处设置距离传感器，并记录距离传感器之间安装距离；
c、等边三角形支架相对机器人固定设置；
d、通过距离传感器采集装置对四维万向节的位置进行采集，并传输给数据处理装置进行数据处理。
优化地，所述步骤d中数据采集装置采集的频率不小于400HZ。
进一步地，所述步骤d中数据处理装置通过正运动学算法计算四维万向节位置坐标，并通过得到机器人的运动轨迹。其中，t表示时间，参数l1、l2、l3、t1、t2的含义分别为：
l1:相对A点的拉绳长度；l2:相对B点的拉绳长度；l3:相对C点的拉绳长度；t1,t2,分别表示积分函数的起始时间和结束时间。
优化地，所述距离传感器为拉绳编码器，所述等边三角形支架通过拉绳固定连接于四维万向节。
优化地，所述拉绳编码器为2500线的相对编码器或17位的绝对编码器。
优化地，所述拉绳编码器连接采集卡和工业PC。
本发明公开的一种三轴动态测量机器人运动的方法，通过计算设置于机器人末端的四维万向节与位置传感器之间距离，通过采集装置传输给数据处理装置进行处理，得到机器人的运动轨迹，在大大简化测量方法的基础上，大大降低测量成本，加快测量效率；本发明可实时测量机器人的运动精度、定位精度、重复定位精度、升降速曲线、加速度曲线、实际运动位移等数据；本发明可以作为单关节运动或多轴联动的运动性能参数调节辅助检测装置，能够全方位测量出机械设备本体和控制系统参数是否匹配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1：本发明实施例2的结构示意图；
图2：拉线手臂运动学模型；
其中：1、机器人末端；2、四维万向节；3、等边三角形支架；4、距离传感器。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开的一种三轴动态测量机器人运动的方法，包括以下步骤：a、在被测机器人末端1设置四维万向节2；b、在等边三角形支架3顶角处设置距离传感器4，并记录距离传感器4之间安装距离；c、等边三角形支架3相对机器人固定设置；d、通过距离传感器4采集装置对四维万向节2的位置进行采集，并传输给数据处理装置进行数据处理。
优化地，所述步骤d中数据采集装置采集的频率不小于400HZ。进一步地，所述步骤d中数据处理装置通过正运动学算法计算四维万向节2位置坐标，并通过得到机器人的运动轨迹。其中，t表示时间，参数l1、l2、l3、t1、t2的含义分别为：
l1:相对A点的拉绳长度；l2:相对B点的拉绳长度；l3:相对C点的拉绳长度；t1,t2,分别表示积分函数的起始时间和结束时间。
优化地，所述距离传感器4为拉绳编码器，所述等边三角形支架3通过拉绳固定连接于四维万向节2。优化地，所述拉绳编码器为2500线的相对编码器或17位的绝对编码器。优化地，所述拉绳编码器连接采集卡和工业PC。
本发明中设置于机器人末端1的四维万向节2可以达到测量机器人运动范围与测量范围相吻合的目的。
具体实施例1：
距离传感器4采用非接触式传感器，所述距离传感器4设置于等边三角形支架3上，当机器人带动四维万向节2运动时，距离传感器4检测四维万象器2实时运动的坐标信息，并通过正运动学算法计算机器人的运动轨迹。
具体实施例2：
结合图1可知，距离传感器4为接触式传感器，即拉绳编码器，拉绳编码器的拉绳固定连接于四维万向节2，当机器人末端1带动四维万向节2进行运动时，固定于四维万向节2上的拉线跟随其运动，拉绳编码器以400HZ的采集频率采集编码器脉冲值，采集卡与编码器ABZ信号连接，工业PC得到时间脉冲值后按着编码器参数将脉冲值换算成拉线长度值，根据参数和拉线长度值计算连接节点的坐标值，通过正运动学算法计算完成。
四轴并联拉线手臂运动学模型如图2所示：根据支架安装参数para，三路输入数据l1,l2,l3，建立一个几何四面体模型，假设坐标系原点在l1与支架的交点A上，AB长度为a，BC长度为b，AC长度为c，假设图中D点坐标为[xd,yd,zd],三轴测量坐标系原点位于A点，AB方向为X轴方向，C点位于Y轴正方向。由此得到A点坐标[0,0,0],B点坐标[a,0,0]，C点坐标
由此可建立方程组:已知l1,l2,l3，a求D点坐标[xd,yd,zd]，即得到待测点在测量坐标系下的位置。按照2.5ms时间采集的数据计算出末端值，一秒内即可得到末端400个点的轨迹图，以此类推，在采集时间范围内，待测机械的轨迹均可由测量软件模拟得到。
本发明公开的一种三轴动态测量机器人运动的方法，通过计算设置于机器人末端1的四维万向节2与位置传感器4之间距离，通过采集装置传输给数据处理装置进行处理，得到机器人的运动轨迹，在大大简化测量方法的基础上，大大降低测量成本，加快测量效率；本发明可实时测量机器人的运动精度、定位精度、重复定位精度、升降速曲线、加速度曲线、实际运动位移等数据；本发明可以作为单关节运动或多轴联动的运动性能参数调节辅助检测装置，能够全方位测量出机械设备本体和控制系统参数是否匹配。
当然，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员应该可以根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种三轴动态测量机器人运动的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、在被测机器人末端设置四维万向节；
b、在等边三角形支架顶角处设置距离传感器，并记录距离传感器之间安装距离；
c、等边三角形支架相对机器人固定设置；
d、通过距离传感器采集装置对四维万向节的位置进行采集，并传输给数据处理装置进行数据处理；
所述步骤d中数据处理装置通过正运动学算法计算四维万向节位置坐标，并通过得到机器人的运动轨迹；其中，t表示时间，参数l1、l2、l3、t1、t2的含义分别为：
l1:相对A点的拉绳长度；l2:相对B点的拉绳长度；l3:相对C点的拉绳长度；t1,t2,分别表示积分函数的起始时间和结束时间；
所述距离传感器为拉绳编码器，所述等边三角形支架通过拉绳固定连接于四维万向节；
根据支架安装参数para，三路输入数据l1,l2,l3，建立一个几何四面体模型，假设坐标系原点在l1与支架的交点A上，AB长度为a，BC长度为b，AC长度为c，假设D点坐标为[xd,yd,zd],三轴测量坐标系原点位于A点，AB方向为X轴方向，C点位于Y轴正方向；由此得到A点坐标[0,0,0],B点坐标[a,0,0]，C点坐标
由此可建立方程组:已知l1,l2,l3，a求D点坐标[xd,yd,zd]，即得到待测点在测量坐标系下的位置。
2.根据权利要求1所述的一种三轴动态测量机器人运动的方法，其特征在于：所述步骤d中数据采集装置采集的频率不小于400HZ。
3.根据权利要求1所述的一种三轴动态测量机器人运动的方法，其特征在于：所述拉绳编码器为2500线的相对编码器或17位的绝对编码器。
4.根据权利要求1或3所述的一种三轴动态测量机器人运动的方法，其特征在于：所述拉绳编码器连接采集卡和工业PC。
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