CN112140111B - 机器人的末端负载质心的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人的末端负载质心的确定方法，以机器人的末端法兰的几何中心为旋转中心，根据多个第一试验末端负载质量，结合第一质心确定模型，获取各第一试验末端负载质量对应的第一质心范围；以机器人的腕部轴线为旋转中心，根据多个第二试验末端负载质量，结合第二质心确定模型，根据第一质心范围和第二质心范围，绘制末端负载质心参考范围图，以确定需要施加在机器人上的实际末端负载的质心范围。通过该末端负载质心参考范围图，用户可以很快的确定施加在对应型号的机器人的末端负载端的质心范围，从而很好的确定末端负载的质量，这样使得机器人作业时，作业精度和作业效率都能够达到最优状态。

Description

机器人的末端负载质心的确定方法

技术领域

本发明涉及机器人负载端质心确定设备技术领域，具体而言，涉及一种机器人的末端负载质心的确定方法。

背景技术

现有技术中，210kg新型机器人已经拥有广泛的应用场景，但是现有技术中用户在使用机器人时，需要了解机器人末端负载质心的范围，然而现有技术中在确定负载端的质心范围时，都是通过单组的数据来确定质心范围，这样容易造成当质心范围满足以第五轴为旋转中心时的范围内时，不能满足以第六周为旋转中心时的质心范围，这样负载端加载在机器人末端时，降低机器人的作业速度和作业精度的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种机器人的末端负载质心的确定方法，以解决现有技术中机器人末端负载质心范围确定精度差造成机器人作业精度低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种机器人的末端负载质心的确定方法，方法包括以下步骤：以机器人的末端法兰的几何中心为旋转中心，根据多个第一试验末端负载质量，结合第一质心确定模型，获取各第一试验末端负载质量对应的第一质心范围；以机器人的腕部轴线为旋转中心，根据多个第二试验末端负载质量，结合第二质心确定模型，以获取各第二试验末端负载质量对应的第二质心范围；根据第一质心范围和第二质心范围，绘制末端负载质心参考范围图，结合机器人的质量，根据末端负载质心参考范围图，以确定需要施加在机器人上的实际末端负载的质心范围。

进一步地，绘制末端负载质心参考范围图包括以下步骤：以末端法兰的旋转中心线为第一轴线，以腕部轴线为第二轴线，以第一轴线和第二轴线的延长线的交点为坐标原点，将各第一质心范围的范围值分别在第一轴线上标出，将各第二质心范围的范围值分别在第二轴线上标出，并在第一轴线和第二轴线组成的坐标系上分别用曲线连接将对应的第一质心范围的范围值和第二质心范围的范围值，同时在各曲线上分别标注对应的试验末端负载质量，以形成质心参考范围图。

进一步地，第一质心确定模型通过以下公式获得：d＝(T1-Ja1)/(mg)，其中，d为各第一试验末端负载质量对应的第一质心范围；a1为末端法兰旋转时的角加速度；T1为减速机的输出转矩；m为各第一试验末端负载质量；J为末端负载相对于旋转中心的转动惯量；g为重力加速度。

进一步地，第二质心确定模型通过以下公式获得：D＝(T2-Ja2)/(Mg)，其中，D为各第二试验末端负载质量对应的第二质心范围；a2为腕关节旋转时的角加速度；T2为腕部关节电机的输出力矩；M为各第二试验末端负载质量。

进一步地，方法包括以下步骤：第一试验末端负载质量取五个数值，五个第一试验末端负载质量分别为m1＝210kg、m2＝185kg、m3＝160kg、m4＝135kg、m5＝110kg。

进一步地，五个第一试验末端负载质量分别对应的第一质心范围分别为d1、d2、d3、d4、d5，其中，m1与d1对应，m2与d2对应，m3与d3对应，m4与d4对应，m5与d5对应，当m1＝210kg时，d1＝270mm；当m2＝185kg时，d2＝312mm；当m3＝160kg时，d3＝368mm；当m4＝135kg时，d4＝444mm；当m5＝110kg时，d5＝555mm。

进一步地，第二试验末端负载质量取五个数值，五个第二试验末端负载质量分别为M1＝210kg、M2＝185kg、M3＝160kg、M4＝135kg、M5＝110kg。

进一步地，五个第二试验末端负载质量对应的第二质心范围分别为D1、D2、D3、D4、D5，其中，M1与D1对应，M2与D2对应，M3与D3对应，M4与D4对应，M5与D5对应，当M1＝210kg时，D1＝460mm；当M2＝185kg时，D2＝500mm；当M3＝160kg时，D3＝545mm；当M4＝135kg时，D4＝598mm；当M5＝110kg时，D5＝668mm。

进一步地，方法还包括：将第一质心范围的范围值d1、d2、d3、d4、d5分别在第一轴线上标出，将第二质心范围的范围值D1、D2、D3、D4、D5分别在第二轴线上标出，并在第一轴线和第二轴线组成的坐标系上分别用曲线连接点d1和点D1、接点d2和点D2、接点d3和点D3、接点d4和点D4、接点d5和点D5，同时在各曲线上分别标注对应的试验末端负载质量，以形成质心参考范围图。

进一步地，各第二试验末端负载质量包括机器人的腕部关节的质量与试验末端负载的质量之和。

应用本发明的技术方案，通过据多个试验末端负载质量分别计算以末端法兰的几何中心为旋转中心时的第一质心范围，以及根据机器人的腕部轴线为旋转中心时的第二质心范围来绘制机器人的末端负载质心参考范围图，通过该末端负载质心参考范围图，用户可以很快的确定施加在对应型号的机器人的末端负载端的质心范围，从而很好的确定末端负载的质量，这样使得机器人作业时，作业精度和作业效率都能够达到最优状态。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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示出了根据本发明的机器人的旋转中心的实施例的结构示意图；

图2示出了根据本发明的机器人的末端负载质心参考范围图。

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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请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术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。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。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

结合图1和图2所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种机器人的末端负载质心的确定方法，方法包括以下步骤：

以机器人的末端法兰10的几何中心为旋转中心(如图1中的A处所示)，根据多个第一试验末端负载质量，结合第一质心确定模型，获取各第一试验末端负载质量对应的第一质心范围；以机器人的腕部20轴线为旋转中心(如图1中B处所示)，根据多个第二试验末端负载质量，结合第二质心确定模型，以获取各第二试验末端负载质量对应的第二质心范围。根据第一质心范围和第二质心范围，绘制末端负载质心参考范围图，结合机器人的质量，根据末端负载质心参考范围图，以确定需要施加在机器人上的实际末端负载的质心范围。

在本实施例中，通过据多个试验末端负载质量分别计算以末端法兰的几何中心为旋转中心时的第一质心范围，以及根据机器人的腕部轴线为旋转中心时的第二质心范围来绘制机器人的末端负载质心参考范围图，通过该末端负载质心参考范围图，用户可以很快的确定施加在对应型号的机器人的末端负载端的质心范围，从而很好的确定末端负载的质量，这样使得机器人作业时，作业精度和作业效率都能够达到最优状态。

其中，绘制末端负载质心参考范围图包括以下步骤：以末端法兰的旋转中心线为第一轴线，以腕部轴线为第二轴线，以第一轴线和第二轴线的延长线的交点为坐标原点，将各第一质心范围的范围值分别在第一轴线上标出，将各第二质心范围的范围值分别在第二轴线上标出，并在第一轴线和第二轴线组成的坐标系上分别用曲线连接将对应的第一质心范围的范围值和第二质心范围的范围值，同时在各曲线上分别标注对应的试验末端负载质量，以形成质心参考范围图。

第一质心确定模型通过以下公式获得：d＝(T1-Ja1)/(mg)，其中，d为各试验末端负载质量对应的第一质心范围；a1为末端法兰旋转时的角加速度；T1为减速机的输出转矩；m为各第一试验末端负载质量；g为重力加速度，J为末端负载相当于旋转中心的转动惯量。

第二质心确定模型通过以下公式获得：D＝(T2-Ja2)/(Mg)，其中，D为各第二试验末端负载质量对应的第二质心范围；a2为腕关节旋转时的角加速度；T2为腕部关节电机的输出力矩；M为各第二试验末端负载质量。其中，各第二试验末端负载质量包括机器人的腕部关节的质量与试验末端负载的质量之和。

具体地，第一试验末端负载质量取五个数值，五个第一试验末端负载质量分别为m1＝210kg、m2＝185kg、m3＝160kg、m4＝135kg、m5＝110kg。五个第一试验末端负载质量分别对应的第一质心范围分别为d1、d2、d3、d4、d5，其中，m1与d1对应，m2与d2对应，m3与d3对应，m4与d4对应，m5与d5对应，当m1＝210kg时，d1＝270mm；当m2＝185kg时，d2＝312mm；当m3＝160kg时，d3＝368mm；当m4＝135kg时，d4＝444mm；当m5＝110kg时，d5＝555mm。

第二试验末端负载质量取五个数值，五个第二试验末端负载质量分别为M1＝210kg、M2＝185kg、M3＝160kg、M4＝135kg、M5＝110kg。五个第二试验末端负载质量对应的第二质心范围分别为D1、D2、D3、D4、D5，其中，M1与D1对应，M2与D2对应，M3与D3对应，M4与D4对应，M5与D5对应，当M1＝210kg时，D1＝460mm；当M2＝185kg时，D2＝500mm；当M3＝160kg时，D3＝545mm；当M4＝135kg时，D4＝598mm；当M5＝110kg时，D5＝668mm。其中，质心范围为一个圆形，即d1、d2、d3、d4、d5、D1、D2、D3、D4、D5分别表示末端负载的活动半径。

将第一质心范围的范围值d1、d2、d3、d4、d5分别在第一轴线上标出，将第二质心范围的范围值D1、D2、D3、D4、D5分别在第二轴线上标出，并在第一轴线和第二轴线组成的坐标系上分别用曲线连接点d1和点D1、接点d2和点D2、接点d3和点D3、接点d4和点D4、接点d5和点D5，同时在各曲线上分别标注对应的试验末端负载质量，以形成质心参考范围图。

在本申请中，旋转关节包括电机，电机输出端设置有减速机，减速机与末端法兰连接，由于计算的是以末端法兰中心为旋转中心时的负载，因此在考虑质量的时候，只需要考虑末端负载的质量即可，不需要额外考虑机器人关节重量对其质心范围的影响，通过质心确定模型的计算公式计算可得，当末端负载质量为210kg时，负载质心的运动范围为d＝270mm，当末端负载质量为185kg时，末端负载的质心的运动范围为d＝312mm，当末端负载质量为160kg时，负载质心的运动范围为d＝368mm，当末端负载质量为135kg时，负载质心的运动范围为d＝444mm，当末端负载质量为110kg时，负载质心的运动范围为d＝555mm。

以机器人腕部轴心为旋转中心时的末端负载质心范围，也就是末端负载以图2中的旋转中心B进行旋转运动时末端负载质心的范围，

在本实施例中，由于计算的是以末端法兰中心为旋转中心时的负载，因此在考虑质量的时候，只需要考虑末端负载的质量即可，不需要额外考虑机器人关节重量对其质心范围的影响。通过第二质心确定模型，当末端负载质量为210kg时，负载质心的运动范围为d＝460mm，当末端负载质量为185kg时，负载质心的运动范围为d＝500mm，当末端负载质量为160kg时，负载质心的运动范围为d＝545mm，当末端负载质量为135kg时，负载质心的运动范围为d＝598mm，当末端负载质量为110kg时，负载质心的运动范围为d＝668mm，其中，本次计算出来的运动范围d包含了旋转中心A到旋转中心B的距离。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

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。

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 (7)

1.一种机器人的末端负载质心的确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

以机器人的末端法兰的几何中心为旋转中心，根据多个第一试验末端负载质量，结合第一质心确定模型，获取各所述第一试验末端负载质量对应的第一质心范围；

以机器人的腕部轴线为旋转中心，根据多个第二试验末端负载质量，结合第二质心确定模型，以获取各所述第二试验末端负载质量对应的第二质心范围；

根据所述第一质心范围和所述第二质心范围，以所述末端法兰的旋转中心线为第一轴线，以腕部轴线为第二轴线，以第一轴线和第二轴线的延长线的交点为坐标原点，绘制末端负载质心参考范围图，结合机器人的质量，根据所述末端负载质心参考范围图，以确定需要施加在所述机器人上的实际末端负载的质心范围，其中，所述第二质心范围包括末端法兰的几何中心到腕部轴线的距离；

绘制所述末端负载质心参考范围图包括以下步骤：将各所述第一质心范围的范围值分别在所述第一轴线上标出，将各所述第二质心范围的范围值分别在所述第二轴线上标出，并在第一轴线和第二轴线组成的坐标系上分别用曲线连接将对应的所述第一质心范围的范围值和所述第二质心范围的范围值，同时在各曲线上分别标注对应的试验末端负载质量，以形成所述质心参考范围图；

所述第一质心确定模型通过以下公式获得：d＝(T1-Ja1)/(mg)，其中，d为各所述第一试验末端负载质量对应的所述第一质心范围；a1为所述末端法兰旋转时的角加速度；T1为减速机的输出转矩；m为各所述第一试验末端负载质量；J为末端负载相对于旋转中心的转动惯量；g为重力加速度；

所述第二质心确定模型通过以下公式获得：D＝(T2-Ja2)/(Mg)，其中，D为各所述第二试验末端负载质量对应的所述第二质心范围；a2为腕关节旋转时的角加速度；T2为腕部关节电机的输出力矩；M为各所述第二试验末端负载质量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

所述第一试验末端负载质量取五个数值，五个所述第一试验末端负载质量分别为m1＝210kg、m2＝185kg、m3＝160kg、m4＝135kg、m5＝110kg。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，五个所述第一试验末端负载质量分别对应的所述第一质心范围分别为d1、d2、d3、d4、d5，其中，m1与d1对应，m2与d2对应，m3与d3对应，m4与d4对应，m5与d5对应，

当m1＝210kg时，d1＝270mm；

当m2＝185kg时，d2＝312mm；

当m3＝160kg时，d3＝368mm；

当m4＝135kg时，d4＝444mm；

当m5＝110kg时，d5＝555mm。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二试验末端负载质量取五个数值，五个所述第二试验末端负载质量分别为M1＝210kg、M2＝185kg、M3＝160kg、M4＝135kg、M5＝110kg。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，五个所述第二试验末端负载质量对应的所述第二质心范围分别为D1、D2、D3、D4、D5，其中，M1与D1对应，M2与D2对应，M3与D3对应，M4与D4对应，M5与D5对应，

当M1＝210kg时，D1＝460mm；

当M2＝185kg时，D2＝500mm；

当M3＝160kg时，D3＝545mm；

当M4＝135kg时，D4＝598mm；

当M5＝110kg时，D5＝668mm。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述第一质心范围的范围值d1、d2、d3、d4、d5分别在所述第一轴线上标出，将所述第二质心范围的范围值D1、D2、D3、D4、D5分别在所述第二轴线上标出，并在第一轴线和第二轴线组成的坐标系上分别用曲线连接点d1和点D1、接点d2和点D2、接点d3和点D3、接点d4和点D4、接点d5和点D5，同时在各曲线上分别标注对应的试验末端负载质量，以形成所述质心参考范围图。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各所述第二试验末端负载质量包括机器人的腕部关节的质量与所述试验末端负载的质量之和。

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