CN109884590A - 一种工业机器人轨迹精度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种工业机器人轨迹精度检测装置及方法，包括：光源装置、动态捕捉装置和处理器；光源装置安装在机器人的设定部位，包括一个主光源以及环绕在主光源周围一圈的副光源；光源装置用于发射红外光；动态捕捉装置固定在测试空间的设定位置，包括若干个镜头，用于接收光源装置中的红外光；将接收到的红外光传输至处理器；处理器用于拟合机器人实际运动轨迹，并根据机器人设定轨迹与实际轨迹计算出机器人的轨迹精度。本申请的有益效果是:克服了传统轨迹精度检测存在死角的问题，另外，本申请中的动态捕捉装置的架设及光源装置的设置更加方便快捷，且不需要搬动工业机器人，可以在工作现场进行检测，提高检测效率。

Description

一种工业机器人轨迹精度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种工业机器人轨迹精度检测装置及方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，工业机器人逐渐代替人类完成单调、危险的工作。相比于人工作业，工业机器人的效率更高，因此广泛应用于自动化生产线中。如果工业机器人的可靠性不能得到保障，将会严重影响产品的质量，降低生产线的生产效率。因此，对工业机器人的可靠性检测必不可少。

目前国内外主要通过激光测量对工业机器人进行标定和检测，这种方法虽然测量精度高，但是由于激光传感器具有死角，很难测量工业机器人在空间中任意轨迹的精度。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种工业机器人轨迹精度检测装置及方法。

第一方面，本申请提供一种工业机器人轨迹精度检测装置，包括：光源装置、动态捕捉装置和处理器；

所述光源装置安装在机器人的设定部位，包括一个主光源以及均匀环绕在所述主光源周围一圈具有第一设定数量的副光源；所述光源装置配置用于：按照设定顺序以设定频率发射红外光；

所述动态捕捉装置固定在机器人测试空间的设定位置，包括：若干个镜头，若干个所述镜头之间按照设定角度摆放设置；所述动态捕捉装置配置用于：接收所述光源装置中的红外光；将接收到的所述红外光的时间信息传输至所述处理器；

所述处理器配置用于：根据所述动态捕捉装置的红外光的时间信息拟合出机器人实际运动轨迹，并根据机器人设定轨迹与实际轨迹计算出机器人的轨迹精度。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一设定数量为八个，八个所述副光源以主光源为中心均匀分布在机器人的设定部位上。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述动态捕捉装置包括中心镜头和位于所述中心镜头两侧的外侧镜头。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述中心镜头和两个所述外侧镜头设置在同一水平面上，并且两个所述外侧镜头均与所述中心镜头呈150°-170°范围内的任意值。

根据本申请实施例提供的技术方案，两个所述外侧镜头均与所述中心镜头呈165°时动态捕捉装置捕捉机器人运动的效果最佳。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述中心镜头和外侧镜头均采用CCD镜头。

第二方面，本申请提供一种工业机器人轨迹精度检测方法，包括以下步骤：

确定机器人运动的设定轨迹；

启动光源装置中的各光源按照设定顺序设定频率发射红外光；

启动机器人运行；

接收动态捕捉装置采集的红外光的时间信息；

计算发射红外光的光源的空间位置；

对空间位置的数据进行曲线拟合，形成机器人的实际轨迹；

根据实际轨迹与设定轨迹，计算机器人轨迹精度。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述计算发射红外光的光源的空间位置之前，还包括以下步骤：

当接收的红外光信息中包含主光源发射的红外光时，计算主光源的空间位置，并作为机器人的瞬时位置；

当接收的红外光信息中不包含主光源发射的红外光时，分别计算红外光从启动到接收时间最短的三个副光源的空间位置，按照设定规则计算确定机器人的瞬时位置。

本发明的有益效果：设计了一种新型光源装置，具有位于中心的一个主光源以及位于主光源外围一圈的多个副光源，将主光源与副光源装配在一起可以实现随时安装在工业机器人上，具有方便快捷、不需要重新安装调试等优点。另外将多个副光源作为主光源的补充，当动态捕捉装置捕捉不到主光源发射的红外光时即可利用捕捉到的副光源的红外光计算副光源的位置，根据多个副光源的位置间接计算主光源位置并作为机器人的瞬时位置。通过此方法可以提高只有一个光源时机器人轨迹检测范围，提高了机器人轨迹检测性能。

附图说明

图1为本申请第一种实施例的结构示意图；

图2为本申请第一种实施例中光源装置的剖面结构示意图；

图3为本申请第二种实施例的流程原理示意图；

图中所述文字标注表示为：200、光源装置；210、主光源；220、副光源；300、动态捕捉装置；310、中心镜头；320、外侧镜头。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示，为本申请第一种实施例的结构示意图，包括：光源装置200、动态捕捉装置300和处理器。

在本实施例中，机器人在测试空间内通过处理器中的程序按照设定轨迹运动。

所述光源装置200安装在机器人的设定部位，包括一个主光源210以及均匀环绕在所述主光源周围一圈具有第一设定数量的副光源220。在一优选实施例中，所述第一设定数量为八个，八个所述副光源以主光源为中心均匀分布在机器人的设定部位上。

所述光源装置200配置用于：按照设定顺序以设定频率发射红外光。

在一优选实施例中，所述设定部位为机器人的末端部位，末端部位为圆柱结构。所述光源装置200为与圆柱型末端部位吻合的圆筒型结构，卡接在机器人末端的外侧。主光源210位于圆筒底面中心，也即远离机器人的外表面的中心。副光源220位于均匀分布在圆筒侧壁，并且设置在靠近主光源210的侧边边缘位置，也即所述主光源210的中心与所述副光源220的中心在同一水平面上，如图2所示。在上述优选实施例中副光源220的数量为八个，也即在圆筒侧面上每相隔45度设置一个副光源220。由于主光源210与副光源220需要有处理器进行控制，因此与所述处理器电连接。

在一优选实施例中，所述主光源210与各个副光源220之间通过有线进行连接，并采用12V交流电对其进行供电。

在本实施例中，光源装置200点亮的设定顺序为：先点亮主光源210，然后再同时点亮所有副光源220。主光源210与副光源220之间按照设定的时间间隔进行启动，保证主光源210与副光源220不会在同一时间点亮。

所述动态捕捉装置300固定在机器人测试空间的设定位置，包括：若干个镜头，若干个所述镜头之间按照设定角度摆放设置。在一优选实施例中，动态捕捉装置300安装在一个水平稳定的支架或平台上。

所述动态捕捉装置300配置用于：接收所述光源装置200中的红外光；将接收到的所述红外光的时间信息传输至所述处理器。

在一优选实施例中，所述动态捕捉装置300包括中心镜头310和位于所述中心镜头两侧的外侧镜头320。

在上述优选实施例中，所述中心镜头310和两个所述外侧镜头320设置在同一水平面上，并且两个所述外侧镜头320均与所述中心镜头310呈150°-170°范围内的任意值。这样通过三个镜头接收的同一光源发射的红外光的时间不同可以计算出发射该红外光的光源的三维空间位置。

优选地，两个所述外侧镜头320均与所述中心镜头310呈165°时动态捕捉装置300捕捉机器人运动的效果最佳。

为将中心镜头310及两个所述外侧镜头320的信息回传给处理器进行处理，将中心镜头310及两个外侧镜头320与所述处理器电连接。

优选地，所述中心镜头310和外侧镜头320均采用CCD镜头。

所述处理器配置用于：根据所述动态捕捉装置300的红外光的时间信息拟合出机器人实际运动轨迹，并根据机器人设定轨迹与实际轨迹计算出机器人的轨迹精度。

在本实施例中，动态捕捉装置300发送的信息包括接收到的红外光的接收时间。

在一优选实施例中，主光源210与副光源220点亮间隔为t＝1ms，且保证同一时间主光源210与副光源220不会同时点亮，例如：主光源210在第1ms点亮，各个副光源220在第2ms同时点亮，而且副光源220在第2ms同时点亮时主光源210处于熄灭状态。各个光源每次点亮的时长依据具体情况而设置。

在本优选实施例中，设定频率设置为f＝100Hz，也即同一光源的点亮周期T＝10ms，第3ms-10ms时间段内主光源210与副光源220均处于熄灭状态。主光源将继续在第11ms点亮，各个副光源将继续在第12ms同时点亮，以每10ms为一组循环周期。

在本优选实施例中，以上各时间是位于机器人处的光源装置200发射红外光的时间，由于轨迹测试空间一般在几米至几十米的范围内，根据红外光的传输速度，由红外光发出点到动态捕捉装置300的时间应该在10^-3ms范围内，例如：动态捕捉装置300在第1.003ms时捕捉到红外光则可以判定该红外光是由主光源210在第1ms时发出的。如果动态捕捉装置300在第1ms-2ms的时间段内没有收到红外光信息，则认为本组第1ms-10ms循环中，没有接收到主光源210的红外光。

如果一组光源点亮的循环中包括主光源210发射的红外光，那么就只需要根据主光源210启动时的时间，以及动态捕捉装置300接收主光源210发射红外光时的时间，计算红外光从启动到接收的时间差，再根据红外光传输速度，计算主光源210的位置并作为机器人的瞬时位置。在上述优选实施例中，主光源210第1ms启动，在第1.003ms被动态捕捉装置300接收到，两者的时间差为0.003ms。另外，由于本实施例中动态捕捉装置300采用三个镜头，由于镜头摆放位置不同，相同红外光传输到三个镜头的时间不同，上述第1.003ms接收到红外光是在本实施例中假设为中心镜头310接收红外光的时间，两侧的外侧镜头320接收该红外光的时间可能依次为第1.001ms及第1.005ms。可以计算出每一个镜头相对于同一发射红外光的光源的相对距离，通过对三个不同距离的计算即可计算出光源相对于动态捕捉装置300的三维空间位置。再结合动态捕捉装置300本身的位置信息，即可计算出主光源在测试空间内的实际空间位置。

如果一组光源点亮的循环中不包括主光源210发射的红外光，通过计算一组中的副光源220的位置确定机器人的瞬时位置。通过分别计算一组中接收红外光时间最短的三个副光源220的空间位置，计算过程与主光源210计算过程一致。再利用三点确定圆心的原理，将圆心作为机器人的瞬时位置。

对所述空间位置信息进行曲线拟合，确定所述机器人的实际运动轨迹。将处理器计算出的机器人的各个空间位置的点信息进行整合即可形成拟合曲线，即可确定机器人的实际运动轨迹。

计算所述实际运动轨迹与所述设定轨迹之间的误差，确定所述机器人轨迹精度。

如图3所示，为本申请第二种实施例的流程原理示意图，包括以下步骤：

S10、确定机器人运动的设定轨迹。

在示教器上编写程序设定机器人将要运动的运动轨迹也即运动路线。

S20、启动光源装置中的各光源按照设定顺序以设定频率发射红外光。

处理器控制各光源按照设定顺序依次启动，并使得各光源按照设定的周期以及时间间隔进行点亮。

S30、启动机器人运行。

由处理器控制启动机器人，在本实施例中，光源装置安装在机器人的设定部位，机器人运动时带动光源装置一起移动，光源装置中的各光源按照设定顺序与设定频率发光。

S40、接收动态捕捉装置采集的红外光的时间信息。

动态捕捉装置固定在测试空间的设定位置，位于机器人上的光源装置不断发射红外光，而动态捕捉装置不断采集接收光源装置发射的红外光，并由处理器记录动态捕捉装置接收到的红外光的时间信息。

S50、计算发射红外光的光源的空间位置。

按照光源点亮的规则：主光源及副光源应该在何时被点亮在系统中已预设已知，根据光源从点亮到被接收的时间间隔的远远小于相邻两个光源点亮的时间间隔可知，由动态捕捉装置接收的红外光的时间，即可获知该红外光是哪个光源在哪组循环中发射的。根据红外光从点亮到被接收的时间差，再根据红外光的传输速度，即可计算发射红外光的光源距离接收该红外光的镜头的距离。由于本实施例中动态捕捉装置采用三个镜头，根据针对同一光源采集其发射的红外光的时间不同，动态捕捉装置即可计算出针对同一光源的三个镜头的三个距离信息，由针对同一光源的三个距离即可计算出该光源在空间中的三维坐标位置。

在一优选实施例中，当动态捕捉装置接收的红外光信息中包含主光源发射的红外光时，处理只需要计算主光源的空间位置，并作为机器人的瞬时位置。

当动态捕捉装置接收的红外光信息中不包含主光源发射的红外光时，需要分别计算红外光从启动到接收时间最短的三个副光源的空间位置，按照设定规则计算确定机器人的瞬时位置。

S60、对空间位置的数据进行曲线拟合，形成机器人的实际轨迹。

由动态捕捉装置在各个时间点上采集的光源装置的红外光，可以计算出机器人在各个时间点的位置信息，将各个位置信息汇总整合即可构成机器人在一定时间段内的实际运行轨迹。

S70、根据实际轨迹与设定轨迹，计算机器人轨迹精度。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种工业机器人轨迹精度检测装置，其特征在于，包括：光源装置、动态捕捉装置和处理器；

所述光源装置安装在机器人的设定部位，包括一个主光源以及均匀环绕在所述主光源周围一圈具有第一设定数量的副光源；所述光源装置配置用于：按照设定顺序以设定频率发射红外光；

所述动态捕捉装置固定在机器人测试空间的设定位置，包括：若干个镜头，若干个所述镜头之间按照设定角度摆放设置；所述动态捕捉装置配置用于：接收所述光源装置中的红外光；将接收到的所述红外光的时间信息传输至所述处理器；

所述处理器配置用于：根据所述动态捕捉装置的红外光的时间信息拟合出机器人实际运动轨迹，并根据机器人设定轨迹与实际轨迹计算出机器人的轨迹精度。

2.根据权利要求1所述的工业机器人轨迹精度检测装置，其特征在于，所述第一设定数量为八个，八个所述副光源以主光源为中心均匀分布在机器人的设定部位上。

3.根据权利要求1所述的工业机器人轨迹精度检测装置，其特征在于，所述动态捕捉装置包括中心镜头和位于所述中心镜头两侧的外侧镜头。

4.根据权利要求3所述的工业机器人轨迹精度检测装置，其特征在于，所述中心镜头和两个所述外侧镜头设置在同一水平面上，并且两个所述外侧镜头均与所述中心镜头呈150°-170°范围内的任意值。

5.根据权利要求4所述的工业机器人轨迹精度检测装置，其特征在于，两个所述外侧镜头均与所述中心镜头呈165°时动态捕捉装置捕捉机器人运动的效果最佳。

6.根据权利要求3所述的工业机器人轨迹精度检测装置，其特征在于，所述中心镜头和外侧镜头均采用CCD镜头。

7.一种采用权利要求1至6任意一项所述的检测装置的工业机器人轨迹精度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定机器人运动的设定轨迹；

启动光源装置中的各光源按照设定顺序设定频率发射红外光；

启动机器人运行；

接收动态捕捉装置采集的红外光的时间信息；

计算发射红外光的光源的空间位置；

对空间位置的数据进行曲线拟合，形成机器人的实际轨迹；

根据实际轨迹与设定轨迹，计算机器人轨迹精度。

8.根据权利要求7所述的工业机器人轨迹精度检测方法，其特征在于，所述计算发射红外光的光源的空间位置之前，还包括以下步骤：

当接收的红外光信息中包含主光源发射的红外光时，计算主光源的空间位置，并作为机器人的瞬时位置；

当接收的红外光信息中不包含主光源发射的红外光时，分别计算红外光从启动到接收时间最短的三个副光源的空间位置，按照设定规则计算确定机器人的瞬时位置。