CN108931236A - 工业机器人末端重复定位精度测量装置与方法 - Google Patents

工业机器人末端重复定位精度测量装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种工业机器人末端重复定位精度测量装置，包含激光发射器(12)、云台、反射板(13)、位移调节装置以及照相机(15)；所述云台安装在工业机器人末端上，激光发射器(12)安装在云台上，反射板(13)安装在位移调节装置上；激光发射器(12)发出的激光射线能够到达反射板(13)上，照相机(15)能够拍摄到激光射线在反射板(13)上的光点。相应地，本发明还提供了一种工业机器人末端重复定位精度测量方法。本发明通过高精度图像采集替代高成本的光学设备，机械结构设计代替复杂的算法计算，降低了设备成本，同时提高了工业机器人重复定位精度测量的准确性。

Description

工业机器人末端重复定位精度测量装置与方法
技术领域
本发明涉及工业自动化控制领域，具体地，涉及一种工业机器人重复定位精度测量装置与方法，特别是一种工业机器人末端重复定位精度测量装置与方法。
背景技术
目前，工业机器人重复定位精度大多采用激光跟踪仪进行测量。激光跟踪仪在测量时采用昂贵的光学设备利用激光干涉测距原理进行测量，耗费大量的财力。FlowApplications Group生产出一套拉线式末端定位精度测量装置，但是体积庞大，价格也十分昂贵，装置移动不灵活。因此设计一种成本低，精度达到机器人检测标准，操作简便的工业机器人重复定位精度装置是十分有必要的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种工业机器人末端重复定位精度测量装置与方法。
根据本发明提供的工业机器人末端重复定位精度测量装置，包含激光发射器、云台、反射板、位移调节装置以及照相机；
所述云台安装在工业机器人末端上，激光发射器安装在云台上，反射板安装在位移调节装置上；激光发射器发出的激光射线能够到达反射板上，照相机能够拍摄到激光射线在反射板上的光点。
优选地，所述云台包含全方位云台，所述位移调节装置包含抬升装置；
反射板水平安装在抬升装置上，抬升装置驱动发射板竖直上下运动；照相机安装在反射板上方。
优选地，所述全方位云台包含横轴与竖轴；
激光发射器发出的激光射线对应的空间直线在长度延伸方向上与以下两条轴线相交：横轴旋转中心轴；竖轴旋转中心轴。
优选地，所述抬升装置包含伺服电机、螺杆、光杆以及支撑结构；
伺服电机与光杆均紧固安装在支撑结构上，螺杆紧固安装在伺服电机的电机轴上；
反射板上设置有导向孔与螺孔，光杆、螺杆分别穿设在导向孔、螺孔中。
优选地，还包含控制器，所述控制器包含以下模块：
图像模块：获取照相机拍摄的照片，对照片进行图像处理，提取得到光点坐标信息；
定位模块：根据光点坐标信息，计算获得重复定位精度。
本发明还提供了一种工业机器人末端重复定位精度测量方法，包含组合拍摄步骤与末端位置计算步骤；
所述组合拍摄步骤包含以下步骤：
步骤S1：将机器人移动到设定位置，调整全方位云台的两个转动角度，使激光射线在反射板上留下光点，令照相机拍摄照片Q1；
步骤S2：保持全方位云台固定，控制抬升装置抬升反射板高度h，保证反射板上有光点，令照相机拍摄照片Q2；
步骤S3：保持抬升装置固定，改变全方位云台的转动角度，使激光射线角度改变，保证反射板上有光点，令照相机拍摄照片Q3；
步骤S4：保持全方位云台固定，控制抬升装置降低反射板高度h，保证反射板上有光点，令照相机拍摄照片Q4；
末端位置计算步骤：对照片Q1、照片Q2、照片Q3以及照片Q4进行图像处理，读出各照片中光点的坐标，结合高度h，计算得到工业机器人末端位置。
优选地，还包含以下步骤：
测试次数判定步骤：判断工业机器人末端位置的计算次数是否达到了设定次数，若否，返回执行组合拍摄步骤；若是，执行重复定位精度计算步骤；
重复定位精度计算步骤：根据多次工业机器人末端位置的计算结果，计算获得工业机器人末端重复定位精度。
优选地，末端位置计算步骤中，读得的照片Q1、照片Q2、照片Q3、照片Q4中光点的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x1',y1',z1')、(x2',y2',z2')，根据如下公式计算获得工业机器人末端位置的坐标(x,y,z)：
上述坐标均为在空间直角坐标系中的坐标，式中：d1、d2、d3、X1、Y1、Z1、X2、Y2、Z2、X3、Y3、Z3均为中间变量。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过高精度图像采集替代高成本的光学设备，机械结构设计代替复杂的算法计算，降低了设备成本，同时提高了工业机器人重复定位精度测量的准确性。
2、本发明结构简单、操作便捷，计算高效精确。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的工业机器人重复定位精度测量装置结构示意图；
图2为抬升装置结构示意图；
图3为云台结构示意图；
图4为本发明提供的工业机器人重复定位精度测量方法流程图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明提供的工业机器人末端重复定位精度测量装置，包含激光发射器12、云台、反射板13、位移调节装置以及照相机15，所述云台安装在工业机器人末端上，激光发射器12安装在云台上，反射板13安装在位移调节装置上；激光发射器12发出的激光射线能够到达反射板13上，照相机15能够拍摄到激光射线在反射板13上的光点。
如图1所示，实施例中，所述云台包含全方位云台11，所述位移调节装置包含抬升装置14，反射板13水平安装在抬升装置14上，抬升装置14驱动发射板竖直上下运动；照相机15安装在反射板13上方。如图3所示，所述全方位云台11包含横轴32与竖轴31，激光发射器12发出的激光射线对应的空间直线在长度延伸方向上与以下两条轴线相交：横轴32旋转中心轴；竖轴31旋转中心轴。如图2所示，所述抬升装置14包含伺服电机24、螺杆21、光杆22以及支撑结构25，伺服电机24与光杆22均紧固安装在支撑结构25上，螺杆21紧固安装在伺服电机24的电机轴上，反射板13上设置有导向孔与螺孔，光杆22、螺杆21分别穿设在导向孔、螺孔中。优选地，所述导向孔还可以是导向槽结构的，仅需保证对反射板13进行周向固定即可，形成能够产生直线位移的丝杠结构。优选地，所述螺杆21还可以是通过例如减速箱、联轴器、键等结构安装在伺服电机24的电机轴上的。优选地，所述位移调节装置还可以并非是在竖直放置的，还可以是水平放置或倾斜放置的，根据实际应用场合进行调整。
优选地，还包含控制器，所述控制器包含以下模块：图像模块：获取照相机15拍摄的照片，对照片进行图像处理，提取得到光点坐标信息；定位模块：根据光点坐标信息，计算获得重复定位精度。控制器的功能可以是通过计算机中的相关软件来实现的。
如图4所示，本发明还提供了一种工业机器人末端重复定位精度测量方法，包含组合拍摄步骤与末端位置计算步骤。其中，所述组合拍摄步骤包含以下步骤：步骤S1：将机器人移动到设定位置，调整全方位云台11的两个转动角度，使激光射线在反射板13上留下光点，令照相机15拍摄照片Q1；步骤S2：保持全方位云台11固定，控制抬升装置14抬升反射板13高度h，保证反射板13上有光点，令照相机15拍摄照片Q2；步骤S3：保持抬升装置14固定，改变全方位云台11的转动角度，使激光射线角度改变，保证反射板13上有光点，令照相机15拍摄照片Q3；步骤S4：保持全方位云台11固定，控制抬升装置14降低反射板13高度h，保证反射板13上有光点，令照相机15拍摄照片Q4。末端位置计算步骤：对照片Q1、照片Q2、照片Q3以及照片Q4进行图像处理，读出各照片中光点的坐标，结合高度h，计算得到工业机器人末端位置。在步骤S2与步骤S4中，反射板13的抬升或降低是通过伺服电机24的转动来实现的；在步骤S3中，激光射线角度的改变是通过全方位云台11的旋转来实现的。另外，优选地，在步骤S2中也可以是降低反射板13的高度，而在步骤S4中进行抬升。
工业机器人末端重复定位精度测量方法还包含以下步骤：测试次数判定步骤：判断工业机器人末端位置的计算次数是否达到了设定次数，若否，返回执行组合拍摄步骤；若是，执行重复定位精度计算步骤；重复定位精度计算步骤：根据多次工业机器人末端位置的计算结果，计算获得工业机器人末端重复定位精度。末端位置计算步骤中，读得的照片Q1、照片Q2、照片Q3、照片Q4中光点的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x′1,y′1,z′1)、(x′2,y′2,z′2)，根据如下公式计算获得工业机器人末端位置的坐标(x,y,z)：
上述坐标均为在空间直角坐标系中的坐标，式中：d1、d2、d3、X1、Y1、Z1、X2、Y2、Z2、X3、Y3、Z3均为中间变量，*为乘号。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种工业机器人末端重复定位精度测量装置，其特征在于，包含激光发射器(12)、云台、反射板(13)、位移调节装置以及照相机(15)；
所述云台安装在工业机器人末端上，激光发射器安装在云台上，反射板(13)安装在位移调节装置上；激光发射器(12)发出的激光射线能够到达反射板(13)上，照相机(15)能够拍摄到激光射线在反射板(13)上的光点。
2.根据权利要求1所述的工业机器人末端重复定位精度测量装置，其特征在于，所述云台包含全方位云台(11)，所述位移调节装置包含抬升装置(14)；
反射板(13)水平安装在抬升装置(14)上，抬升装置(14)驱动发射板竖直上下运动；照相机(15)安装在反射板(13)上方。
3.根据权利要求2所述的工业机器人末端重复定位精度测量装置，其特征在于，所述全方位云台(11)包含横轴(32)与竖轴(31)；
激光发射器(12)发出的激光射线对应的空间直线在长度延伸方向上与以下两条轴线相交：横轴(32)旋转中心轴；竖轴(31)旋转中心轴。
4.根据权利要求2所述的工业机器人末端重复定位精度测量装置，其特征在于，所述抬升装置(14)包含伺服电机(24)、螺杆(21)、光杆(22)以及支撑结构(25)；
伺服电机(24)与光杆(22)均紧固安装在支撑结构(25)上，螺杆(21)紧固安装在伺服电机(24)的电机轴上；
反射板(13)上设置有导向孔与螺孔，光杆(22)、螺杆(21)分别穿设在导向孔、螺孔中。
5.根据权利要求2所述的工业机器人末端重复定位精度测量装置，其特征在于，还包含控制器，所述控制器包含以下模块：
图像模块：获取照相机(15)拍摄的照片，对照片进行图像处理，提取得到光点坐标信息；
定位模块：根据光点坐标信息，计算获得重复定位精度。
6.一种工业机器人末端重复定位精度测量方法，其特征在于，包含组合拍摄步骤与末端位置计算步骤；
所述组合拍摄步骤包含以下步骤：
步骤S1：将机器人移动到设定位置，调整全方位云台(11)的两个转动角度，使激光射线在反射板(13)上留下光点，令照相机(15)拍摄照片Q1；
步骤S2：保持全方位云台(11)固定，控制抬升装置(14)抬升反射板(13)高度h，保证反射板(13)上有光点，令照相机(15)拍摄照片Q2；
步骤S3：保持抬升装置(14)固定，改变全方位云台(11)的转动角度，使激光射线角度改变，保证反射板(13)上有光点，令照相机(15)拍摄照片Q3；
步骤S4：保持全方位云台(11)固定，控制抬升装置(14)降低反射板(13)高度h，保证反射板(13)上有光点，令照相机(15)拍摄照片Q4；
末端位置计算步骤：对照片Q1、照片Q2、照片Q3以及照片Q4进行图像处理，读出各照片中光点的坐标，结合高度h，计算得到工业机器人末端位置。
7.根据权利要求6所述的工业机器人末端重复定位精度测量方法，其特征在于，还包含以下步骤：
测试次数判定步骤：判断工业机器人末端位置的计算次数是否达到了设定次数，若否，返回执行组合拍摄步骤；若是，执行重复定位精度计算步骤；
重复定位精度计算步骤：根据多次工业机器人末端位置的计算结果，计算获得工业机器人末端重复定位精度。
8.根据权利要求6所述的工业机器人末端重复定位精度测量方法，其特征在于，末端位置计算步骤中，读得的照片Q1、照片Q2、照片Q3、照片Q4中光点的坐标分别为(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x1',y1',z1')、(x2',y2',z2')，根据如下公式计算获得工业机器人末端位置的坐标(x,y,z)：
上述坐标均为在空间直角坐标系中的坐标，式中：d1、d2、d3、X1、Y1、Z1、X2、Y2、Z2、X3、Y3、Z3均为中间变量。
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