CN108748154A - 一种标定机械臂的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种标定机械臂的系统，包括处理器，用于控制机械臂的电机转动以带动机械臂运动；还用于根据高度参数确定机械臂的实际高度；并获取实际高度对应时刻的电机的转数；建立实际高度与转数之间的对应关系，其中，实际高度为距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端相对于基准的高度；测量装置，用于测量机械臂的高度参数。与现有技术相比，本申请无须人工去标定电机的转数和机械臂的高度的对应关系，在一次部署完成后，无论巡检目标的高度怎样变化，控制端均可知道该高度下电机的转数，后续无须工程师再次进行现场标定，省时省力，而且适用性也更好。本申请还提供了一种标定机械臂的方法，与上述系统具有相同的有益效果。

Description

一种标定机械臂的系统及方法

技术领域

本申请涉及机械控制技术领域，特别是涉及一种标定机械臂的系统及方法。

背景技术

机械臂具有灵活的操作性等优点，已在工业装配，安全防爆等领域得到广泛应用。多折机械臂是常见的一类机械臂，这种多段式折叠机械臂的传动原理是通过电机推动丝杆运动，丝杆拉动机械臂上链条来实现运动，而丝杆运动与机械臂拉伸后长度L并非线性运动，即电机运动的描述参数电机counts值(转数)与机械臂拉伸后长度L之间存在非线性关系。

控制机械臂运动往往是控制机械臂顶端运行到一定的高度(即L)，然后利用机械臂顶端安装的云台等设备对目标进行巡检。在控制机械臂运动至所需高度时，目前均采用标定的方式，即：

(1)在预先部署现场时，工程师根据巡检目标确定巡检点及巡检高度，先控制机械臂移动至巡检点后，然后依据个人经验人为控制机械臂升降以使云台到达巡检高度，最后读取并记录当前电机的counts值，生成配置文件，也即将该巡检高度与该高度下电机的counts值进行绑定。

(2)机械臂部署完成后，在实际使用上述部署好的机械臂车辆检查该巡检点时，通过读取配置文件控制器可以知道该点的巡检高度对应的电机counts值，然后下发给驱动器执行。

可见，现有的方式需要人工预先标定好巡检高度与电机的counts值，人工标定主要依靠个人经验，费时费力，此外，一旦目标的位置发生变化，即巡检高度发生变化，还需要工程师到现场再次标定，适用性低。

因此，如何提供一种能解决上述技术问题的方案，是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种标定机械臂的系统，与现有技术相比，本申请无须人工去标定电机的转数和机械臂的高度的对应关系，在一次部署完成后，无论巡检目标的高度怎样变化，均无须工程师再次进行现场标定，省时省力，适用性更好。本申请的另一目的是提供一种标定机械臂的方法，具有上述有益效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种标定机械臂的系统，包括：

处理器，用于控制机械臂的电机转动以带动所述机械臂运动；还用于根据高度参数确定所述机械臂的实际高度；并获取所述实际高度对应时刻的所述电机的转数；建立所述实际高度与所述转数之间的对应关系，其中，所述实际高度为距离车体最远的机械臂上的远离所述车体的一端相对于基准的高度；

测量装置，用于测量所述机械臂的所述高度参数。

优选地，所述测量装置为测距仪。

优选地，所述测距仪设置于距离所述车体最远的所述机械臂上的远离所述车体的一端，用于直接测量所述实际高度，则所述高度参数为所述实际高度。

优选地，所述测量装置包括：

所述测距仪设置于除去距离所述车体最远的所述机械臂上的远离所述车体的一端外的任意一节机械臂上，用于测量当前高度，所述当前高度为所述测距仪的设置点相对于基准的高度；

预定数目个倾角测量仪，分别用于测量所述设置点所在的机械臂与水平方向的倾角以及所述设置点起远离所述车体的其他各节机械臂与水平方向的倾角，其中，所述预定数目根据所述测距仪的设置点确定；

则所述高度参数为所述当前高度和所述预定数目个倾角测量仪测量的倾角；

则所述获取所述高度参数，并根据所述高度参数确定所述机械臂的实际高度的过程具体为：

根据所述预定数目个倾角测量仪测量的倾角、所述设置点距离所述测距仪设置的机械臂的一端的长度、所述设置点所在的机械臂的臂长、所述设置点起远离所述车体的其他各节机械臂的臂长以及所述当前高度计算得到所述实际高度。

优选地，所述测距仪设置于距离所述车体最远的机械臂上，但除去距离所述车体最远的机械臂上的远离所述车体的一端，则所述预定数目为1。

优选地，所述测距仪为红外测距仪或者激光测距仪。

优选地，所述机械臂为悬挂式多折机械臂或者垂直顶升式机械臂。

为解决上述技术问题，本申请还提供了一种标定机械臂的方法，包括：

控制机械臂的电机转动以带动所述机械臂运动；

根据测量装置测量的所述机械臂的高度参数确定所述机械臂的实际高度；

获取所述实际高度对应时刻的所述电机的转数；

建立所述实际高度与所述转数之间的对应关系，其中，所述实际高度为距离车体最远的机械臂上的远离所述车体的一端相对于基准的高度。

优选地，所述测量装置为测距仪。

优选地，所述测距仪设置于距离所述车体最远的所述机械臂上的远离所述车体的一端，用于直接测量所述实际高度，则所述高度参数为所述实际高度。

本申请提供了一种标定机械臂的系统，本申请中测量装置测量机械臂的高度参数，处理器在获取该高度参数后可以确定出机械臂的实际高度，并且可以知道实际高度对应时刻的电机的转数，当电机按照一定的规则，例如转动周期，转动以带动机械臂到达不同的高度后，处理器就可以建立起机械臂的高度与电机的转数的对应关系。可见，本申请中无须人工去标定电机的转数和机械臂的高度的对应关系，通过测量装置的测量，处理器可以在控制端建立起机械臂的高度与电机的转数的对应关系，实际应用时根据上位机或者人为发送的巡检高度以及该对应关系，就可以确定电机的转数，控制电机的转数使得机械臂能够准确地到达巡检高度对目标进行巡检，与现有技术相比，本申请在一次部署完成后，无论巡检目标的高度怎样变化，控制端均可知道该高度下电机的转数，并控制电机运动至该转数就可到达巡检目标的高度，只需部署一次，后续无须工程师再次进行现场标定，省时省力，而且适用性也更好。

本申请还提供了一种标定机械臂的方法，与上述标定机械臂的系统具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请所提供的一种标定机械臂的系统的结构示意图；

图2为本申请所提供的一种机械臂的结构示意图；

图3为本申请所提供的另一种机械臂的结构示意图；

图4为本申请所提供的另一种标定机械臂的系统的结构示意图；

图5为本申请所提供的再一种标定机械臂的系统的结构示意图；

图6为本申请所提供的一种标定机械臂的方法的流程示意图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种标定机械臂的系统，与现有技术相比，本申请无须人工去标定电机的转数和机械臂的高度的对应关系，在一次部署完成后，无论巡检目标的高度怎样变化，均无须工程师再次进行现场标定，省时省力，适用性更好。本申请的另一核心是提供一种标定机械臂的方法，具有上述有益效果。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

首先需要说明的是，机械臂的电机中包含一个测量电机转速的编码器，用来实时监控电机，编码器一般输出A相，B相，Z相，U相，W相以及它们的反相信号，当电机轴转一周时，Z相输出一个脉冲代表轴旋转的原点；AB相输出的脉冲数(counts)表示电机的转数；UVW相用来确定电机磁极的位置。counts代表电机实际转数。例如有些电机转一周，可表示为10000counts，若该电机的转数为5000counts，则代表电机转半周。

请参考图1，图1为本申请所提供的一种标定机械臂的系统的结构示意图，该系统包括：

处理器2，用于控制机械臂的电机转动以带动机械臂运动；还用于根据高度参数确定机械臂的实际高度；并获取实际高度对应时刻的电机的转数；建立实际高度与转数之间的对应关系，其中，实际高度为距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端相对于基准的高度；

测量装置1，用于测量机械臂的高度参数。

具体地，为了解决背景技术提出的问题，在标定过程中，本申请中利用测量装置1可以实时监测或者每隔预设周期监测机械臂的高度参数，处理器2进而确定出机械臂的实际高度。为了得到实际高度与转数之间的对应关系，可以预先设定电机的转动规则，例如，控制电机的转数每累加5转时得到此时电机的转数，并根据测量装置1确定出此时的实际高度，假设电机0转时，实际高度对应为0，电机5转时，根据测量装置1测量的高度参数确定的机械臂的实际高度为0.1m，电机继续转动至10转时，确定的实际高度为0.15m，通过这样的方式，可以将不同的高度与该高度下电机的转数对应起来形成对应关系，例如数据表，函数关系等。

除此之外，还可以通过位置环或者速度环控制电机运动，具体来说，预先设定机械臂最终到达的高度，假设为5m，在位置或速度闭环控制电机运动的过程中，处理器2在每隔通讯周期时，下发电机的counts值，并通过测量装置1确定该counts值对应时刻的实际高度，通过多次试验，从而将0-5m之间的不同高度与电机的转数建立起一一对应的关系。通过这样，在实际应用时，并不需要测量装置1，由于预先在控制端建立了对应关系，在上位机或者人为下达巡检高度指令时，只需在对应关系中找到该巡检高度对应的电机的转数，并控制电机转动至此转数时机械臂就可到达巡检高度。电机的转数与实际高度的获取方式并不唯一，本申请只列举了两种情况，还可以采取其他的方式，本申请在此不做限定。

需要说明的是，这里的高度参数是用来确定实际高度的，根据不同的实际情况，高度参数可以不一样，本申请在此不做限定。这里的测量装置1安装在机械臂上，测量装置1可以使用IIC(Inter-Integrated Circuit，两线式串行总线)、SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)、RS485或者RS232等接口与处理器2相连，用来测量机械臂的高度参数，测量装置1与处理器2的连接方式多种多样，本申请在此不做限定。此外，这里的对应关系可以为对应关系表，也可以为其他，只要可以生成相应的配置文件即可，本申请在此不做限定。

还需要说明的是，这里的基准可以为地面或者车体表面等等，本申请在此不做限定。此外，距离车体最远的机械臂为多折机械臂中距离车体最远的那节机械臂，如图2和图3所示，图2中机械臂a为距离车体最远的机械臂，该节机械臂上的远离车体的一端为a₁端，即为多折机械臂的顶点，图3中机械臂b为距离车体最远的机械臂，该节机械臂上的远离车体的一端为b₁端，后续内容中出现的相似描述均可参照图2、图3及该处的说明，后续不再一一赘述。这里的车体可以为底盘式车体或者挂轨式车体或者升降式车体等，本申请在此不做限定。

本申请提供了一种标定机械臂的系统，本申请中测量装置测量机械臂的高度参数，处理器在获取该高度参数后可以确定出机械臂的实际高度，并且可以知道实际高度对应时刻的电机的转数，当电机按照一定的规则，例如转动周期，转动以带动机械臂到达不同的高度后，处理器就可以建立起机械臂的高度与电机的转数的对应关系。可见，本申请中无须人工去标定电机的转数和机械臂的高度的对应关系，通过测量装置的测量，处理器可以在控制端建立起机械臂的高度与电机的转数的对应关系，实际应用时根据上位机或者人为发送的巡检高度以及该对应关系，就可以确定电机的转数，控制电机的转数使得机械臂能够准确地到达巡检高度对目标进行巡检，与现有技术相比，本申请在一次部署完成后，无论巡检目标的高度怎样变化，控制端均可知道该高度下电机的转数，并控制电机运动至该转数就可到达巡检目标的高度，只需部署一次，后续无须工程师再次进行现场标定，省时省力，而且适用性也更好。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，测量装置1为测距仪。

具体地，测量装置1根据实际情况可以有多种选择，为了降低标定成本以及提高标定的准确性，以使得建立的对应关系更准确，本申请中测量装置1为测距仪，测距仪用来测量机械臂的高度，测距仪的测量范围广，测量精度高，有利于机械臂的准确标定，测量装置1可以为但不限于上述的测距仪，具体可根据实际情况而定。

作为一种优选的实施例，测距仪设置于距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端，用于直接测量实际高度，则高度参数为实际高度。

具体地，实际应用中，考虑到测量实际高度的方便性，将测距仪设置于距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端，例如图2中机械臂a的a₁端，图3中机械臂b的b₁端，此时测量装置1可直接测量机械臂的实际高度，提高了测量效率，无需借助额外的辅助工具，降低了测量成本。当然，测距仪的设置方式还可以为其他，具体可根据实际情况来确定，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，测量装置1包括：

测距仪设置于除去距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端外的任意一节机械臂上，用于测量当前高度，当前高度为测距仪的设置点相对于基准的高度；

预定数目个倾角测量仪，分别用于测量设置点所在的机械臂与水平方向的倾角以及设置点起远离车体的其他各节机械臂与水平方向的倾角，其中，预定数目根据测距仪的设置点确定；

则高度参数为当前高度和预定数目个倾角测量仪测量的倾角；

则获取高度参数，并根据高度参数确定机械臂的实际高度的过程具体为：

根据预定数目个倾角测量仪测量的倾角、设置点距离测距仪设置的机械臂的一端的长度、设置点所在的机械臂的臂长、设置点起远离车体的其他各节机械臂的臂长以及当前高度计算得到实际高度。

具体地，当测距仪设置于除去距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端外的其他位置时，为了确定机械臂的实际高度，还需倾角测量仪，即角度测量装置来配合测量。如图4所示，当测距仪设置于图中AB所示的机械臂上的一点时，若要确定机械臂C点与基准的实际高度H，除了测距仪测量的H1高度，还需知道AB机械臂的臂长L3、AC机械臂的臂长L2、测距仪的设置点距离A端或者B端的长度、机械臂AB与水平方向的倾角β以及机械臂AC与水平方向的倾角α，根据L2以及倾角α，可以计算得到高度H2，H2＝L2*sinα，根据L3，测距仪的设置点距离A端或者B端的长度以及倾角β，可以计算得到高度H3，假设设置点距离B端的长度为L，则H3＝(L3-L)*sinβ，同理，若设置点距离A端的长度为L，则H3＝L*sinβ，由此，可以确定出实际高度H＝H1+H2+H3，此时，确定实际高度除了测距仪外还需要两个倾角测量仪。

相应地，如图5所示，机械臂为悬挂式多折机械臂，当测距仪设置于机械臂AC上时，为了确定机械臂的实际高度H，还需要1个倾角测量仪，用来测量机械臂AC与水平方向的倾角α，此时，测距仪测得的当前高度为h1，假设测距仪的设置点距离C端的长度为L，则实际高度H＝h1-h＝h1-L*sinα，若测距仪的设置点距离A端的长度为L，根据机械臂AC的臂长，可以得到设置点距离C端的长度，应用上述公式，同样可以计算得到实际高度H。

相应地，倾角测量仪的个数可以根据测距仪的设置点确定，如图4和图5的两种情况，一般地，倾角测量仪的个数为测距仪的设置点所在的机械臂以及设置点起远离车体的其他机械臂的机械臂节数之和。

当然，除了倾角测量仪，还可以通过其他方式配合相应的装置来确定实际高度，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，测距仪设置于距离车体最远的机械臂上，但除去距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端，则预定数目为1。

具体地，考虑到标定成本，测距仪可以设置于距离车体最远的机械臂上，但除去距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端，此时只需1个倾角测量仪，如图5所示。当然，测距仪的设置点可以为但不限于上述情况，本申请在此不做限定。

作为一种优选的实施例，测距仪为红外测距仪或者激光测距仪。

具体地，考虑到标定的准确性，本申请中的测距仪可以采用红外测距仪或者激光测距仪，二者的测距精度均比较高，可以使标定的准确性提高，从而在实际应用时可以准确地控制机械臂到达上位机或者人为发送的巡检高度。测距仪可以为红外测距仪或者激光测距仪，还可以为其他，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选的实施例，机械臂为悬挂式多折机械臂或者垂直顶升式机械臂。

具体地，机械臂的种类多种多样，本申请适用于向各个单方向伸展的机械臂，例如图4的垂直顶升式机械臂以及图5的悬挂式多折机械臂，除了这两种外，机械臂还可以为其他的类型，本申请在此不做限定。

请参考图6，图6为本申请所提供的一种标定机械臂的方法的流程示意图，该方法包括：

步骤S11：控制机械臂的电机转动以带动机械臂运动；

步骤S12：根据测量装置测量的机械臂的高度参数确定机械臂的实际高度；

步骤S13：获取实际高度对应时刻的电机的转数；

步骤S14：建立实际高度与转数之间的对应关系，其中，实际高度为距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端相对于基准的高度。

作为一种优选的实施例，测量装置为测距仪。

作为一种优选的实施例，测距仪设置于距离车体最远的机械臂上的远离车体的一端，用于直接测量实际高度，则高度参数为实际高度。

本申请还提供了一种标定机械臂的方法，与上述标定机械臂的系统具有相同的有益效果。

对于本申请提供的一种标定机械臂的方法的介绍请参照上述系统实施例，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见系统部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个······”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种标定机械臂的系统，其特征在于，包括：

处理器，用于控制机械臂的电机转动以带动所述机械臂运动；还用于根据高度参数确定所述机械臂的实际高度；并获取所述实际高度对应时刻的所述电机的转数；建立所述实际高度与所述转数之间的对应关系，其中，所述实际高度为距离车体最远的机械臂上的远离所述车体的一端相对于基准的高度；

测量装置，用于测量所述机械臂的所述高度参数。

2.根据权利要求1所述的控制机械臂的系统，其特征在于，所述测量装置为测距仪。

3.根据权利要求2所述的控制机械臂的系统，其特征在于，所述测距仪设置于距离所述车体最远的所述机械臂上的远离所述车体的一端，用于直接测量所述实际高度，则所述高度参数为所述实际高度。

4.根据权利要求2所述的控制机械臂的系统，其特征在于，所述测量装置包括：

所述测距仪设置于除去距离所述车体最远的所述机械臂上的远离所述车体的一端外的任意一节机械臂上，用于测量当前高度，所述当前高度为所述测距仪的设置点相对于基准的高度；

预定数目个倾角测量仪，分别用于测量所述设置点所在的机械臂与水平方向的倾角以及所述设置点起远离所述车体的其他各节机械臂与水平方向的倾角，其中，所述预定数目根据所述测距仪的设置点确定；

则所述高度参数为所述当前高度和所述预定数目个倾角测量仪测量的倾角；

则所述获取所述高度参数，并根据所述高度参数确定所述机械臂的实际高度的过程具体为：

根据所述预定数目个倾角测量仪测量的倾角、所述设置点距离所述测距仪设置的机械臂的一端的长度、所述设置点所在的机械臂的臂长、所述设置点起远离所述车体的其他各节机械臂的臂长以及所述当前高度计算得到所述实际高度。

5.根据权利要求4所述的控制机械臂的系统，其特征在于，所述测距仪设置于距离所述车体最远的机械臂上，但除去距离所述车体最远的机械臂上的远离所述车体的一端，则所述预定数目为1。

6.根据权利要求2-5任一项所述的控制机械臂的系统，其特征在于，所述测距仪为红外测距仪或者激光测距仪。

7.根据权利要求1所述的标定机械臂的系统，其特征在于，所述机械臂为悬挂式多折机械臂或者垂直顶升式机械臂。

8.一种标定机械臂的方法，其特征在于，包括：

控制机械臂的电机转动以带动所述机械臂运动；

根据测量装置测量的所述机械臂的高度参数确定所述机械臂的实际高度；

获取所述实际高度对应时刻的所述电机的转数；

建立所述实际高度与所述转数之间的对应关系，其中，所述实际高度为距离车体最远的机械臂上的远离所述车体的一端相对于基准的高度。

9.根据权利要求8所述的标定机械臂的方法，其特征在于，所述测量装置为测距仪。

10.根据权利要求9所述的标定机械臂的方法，其特征在于，所述测距仪设置于距离所述车体最远的所述机械臂上的远离所述车体的一端，用于直接测量所述实际高度，则所述高度参数为所述实际高度。