CN114234903A - 安装角度的检测方法、振动检测方法以及检测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种安装角度的检测方法、振动检测方法以及检测系统，该安装角度的检测方法包括：在机器人的预定位置安装加速度传感器；获取加速度传感器输出的加速度；根据加速度传感器输出的加速度，确定机器人基座的安装角度。本申请所提供的安装角度的检测方法能够快捷地检测机器人基座的安装角度。
Description
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，特别是涉及一种安装角度的检测方法、振动检测方法以及检测系统。
背景技术
随着自动化程度的不断提高，机器人目前已经得到了广泛的应用。针对不同的应用场景和需求，机器人的安装方式也有所不同，典型的有正装、倒装和壁装三种安装方式。其中在驱动机器人运动之前，需要用户在控制系统中输入机器人的安装角度(一般指机器人基座的安装角度)，然后控制系统根据输入的安装角度确定机器人运动的各项参数，最后根据该各项参数驱动机器人运动。
目前在驱动机器人运动之前，用户确定安装角度的方式有两种，一种是用户在可选的安装角度中，选择与机器人实际安装角度最接近的固定安装角度，此时预先会提供几种可选的安装角度，例如0°、±45°、±90°、±135°或者180°等；另一种是用户手动测量机器人实际的安装角度。
对于第一种方式而言，由于用户只能在提供的几种安装角度中选择，因此用户选择的安装角度与机器人实际的安装角度容易存在偏差，该偏差会使机器人无法达到最优工作节拍，且在安装机器人时也只能在固定的安装角度中选择，灵活性差，第二种用户手动测量过程繁琐，且容易出现误差，另外这两种方式都需要用户手动输入，当用户在输入时发生失误时，机器人无法正常工作，可能造成安全风险。因此亟需一种能够解决上述问题的检测方法。
发明内容
本申请提供一种安装角度的检测方法、振动检测方法以及检测系统，能够快捷地检测机器人基座的安装角度。
本申请实施例第一方面提供一种安装角度的检测方法，所述方法包括：在机器人的预定位置安装加速度传感器；获取所述加速度传感器输出的加速度；根据所述加速度传感器输出的加速度，确定所述机器人基座的安装角度。
本申请实施例第二方面提供一种振动检测方法，所述方法包括：采用上述的安装角度的检测方法检测机器人的安装角度；根据所述机器人的所述安装角度驱动所述机器人运动；在所述机器人运动过程中，获取所述加速度传感器输出的加速度；根据所述加速度，确定所述机器人是否发生振动。
本申请实施例第三方面提供一种检测系统，包括：加速度检测装置，设置在机器人上，包括加速度传感器；机器人控制柜，包括处理器、第一存储器以及第一通信电路，所述第一通信电路与所述加速度传感器耦接，所述处理器耦接所述第一存储器以及所述第一通信电路，其中，所述处理器通过执行所述第一存储器内的所述程序数据以实现上述方法中的步骤。
本申请的有益效果是：本申请安装角度的检测方法包括：在机器人的预定位置安装加速度传感器；获取加速度传感器输出的加速度；根据加速度传感器输出的加速度，确定机器人基座的安装角度。本申请所提供的检测方法只需要在机器人上安装一个加速度传感器就能够自动测量机器人的安装角度，方便快捷，准确率高，且机器人在安装时可以以任意角度安装，无需在几个固定的安装角度中进行选择，灵活性高，另外由于无需作业人员手动测量和设置，也能够有效防止设置错误带来的安全风险和系统破坏。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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。其中：
图1是本申请安装角度的检测方法一实施方式的流程示意图；
图2是机器人一实施方式的结构示意图；
图3是本申请振动检测方法一实施方式的流程示意图；
图4是本申请检测系统一实施方式的结构示意图；
图5是图4中加速度传感器在一应用场景中的功能框图；
图6是本申请计算机可读存储介质一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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的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。
其中，本申请中的机器人可以是四轴、六轴等任一项类型的机器人，即本申请对机器人的类型不做限制。
参阅图1，图1是本申请安装角度的检测方法一实施方式的流程示意图，该方法包括：
S110：在机器人的预定位置安装加速度传感器。
其中，预定位置可以是机器人的基座、末端、预设关节等任何一个位置，在此不做限制。
其中，加速度传感器所在的坐标系与预定位置处的坐标系重合，例如，当加速度传感器安装在机器人的基座上时，加速度传感器所在的坐标系与机器人的基坐标系重合，当加速度传感器安装在机器人的末端时，加速度传感器所在的坐标系与机器人的工具坐标系重合。
其中，加速度传感器可以为带有测量静态重力加速度的加速度传感器，例如加速度传感器为Analog Devices的ADXL335加速度传感器。
S120：获取加速度传感器输出的加速度。
其中，加速度传感器在通电后，便会输出加速度。加速度传感器输出的加速度包括加速度传感器所在坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度。
其中，当加速度传感器输出不稳定时，为了保证最终得到的安装角度的精度，此时可以多次获取加速度传感器输出的加速度，然后分别计算三个坐标轴方向上的子加速度的平均值，最后将这三个平均值构成的加速度作为加速度传感器最终输出的加速度。当然也可以只获取一次加速度传感器输出的加速度，而不计算平均值。
S130：根据加速度传感器输出的加速度，确定机器人基座的安装角度。
在一应用场景中，预定位置为机器人的基座，此时步骤S130具体包括：
(a1)根据加速度传感器输出的加速度，确定机器人在基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度。
(b1)根据机器人在基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度，确定机器人基座的安装角度。
具体地，此时由于加速度传感器所在的坐标系与机器人的基坐标系重合，因此机器人输出的加速度所包括的三个子加速度为机器人在基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度。
其中，结合图2，将机器人在基坐标系的x坐标轴方向上的子加速度定义为Ax，将机器人在基坐标系的y坐标轴方向上的子加速度定义为Ay，将机器人在基坐标系的z坐标轴方向上的子加速度定义为Az。
其中，机器人基座的安装角度
为一个向量，包括三个分量φx、φy以及φz，其中，φx为重力g的反方向与基坐标系的x坐标轴方向的夹角，φy为重力g的反方向与基坐标系的y坐标轴方向的夹角，φz为重力g的反方向与基坐标系的z坐标轴方向的夹角。
此时按照如下公式确定机器人基座的安装角度
在另一应用场景中，预定位置为机器人的末端，此时步骤S130具体包括：
(a2)根据加速度传感器输出的加速度，确定机器人在工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度。
(b2)根据机器人在工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度，确定机器人末端的安装角度。
(c2)将机器人末端的安装角度转换为基座的安装角度。
具体地，此时由于加速度传感器所在的坐标系与机器人的工具坐标系重合，因此机器人输出的加速度所包括的三个子加速度为机器人在工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度。
其中，结合图2，将机器人在工具坐标系的x’坐标轴方向上的子加速度定义为Ax′，将机器人在工具坐标系的y’坐标轴方向上的子加速度定义为Ay′，将机器人在工具坐标系的z’坐标轴方向上的子加速度定义为Az′。
其中，机器人末端的安装角度
为一个向量，包括三个分量φx′、φy′以及φz′，其中，φx′为重力g的反方向与工具坐标系的x’坐标轴方向的夹角，φy′为重力g的反方向与工具坐标系的y’坐标轴方向的夹角，φz′为重力g的反方向与工具坐标系的z’坐标轴方向的夹角。
此时按照如下公式确定机器人末端的安装角度
最后再按照如下公式将机器人末端的安装角度
转换为机器人基座的安装角度
(φx，φy，φz)T＝R(φx′，φy′，φz′)T，其中，R为工具坐标系与基坐标系的转换矩阵。
其中，工具坐标系与基坐标系的转换矩阵R的确定过程包括：获取机器人各个关节的角度，然后按照运动学正解算法计算工具坐标系与基坐标系的转换矩阵R。其中，转换矩阵R的确定过程属于现有技术，在此不做详述。
在另一应用场景中，预定位置为机器人的末端，此时步骤S130具体包括：
(a3)根据加速度传感器输出的加速度，确定机器人在工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度。
(b3)将机器人在工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度，转换为机器人在基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度。
(c3)根据机器人在基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度，确定机器人基座的安装角度。
同样地，此时由于加速度传感器所在的坐标系与机器人的工具坐标系重合，因此机器人输出的加速度所包括的三个子加速度为机器人在工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度。
其中，按照如下公式将机器人在工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度转换为在基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度：
(Ax，Ay，Az)T＝R(Ax′，Ay′，Az′)T，其中，R为工具坐标系与基坐标系的转换矩阵。
其中步骤(c3)与上述步骤(b1)相同，详见可参见上述内容，在此不再赘述。
从上述内容可以看出，通过该本申请的方法，只需要在机器人上安装一个加速度传感器就能够自动测量机器人的安装角度，方便快捷，准确率高，且机器人在安装时可以以任意角度安装，无需在几个固定的安装角度中进行选择，灵活性高，另外由于无需作业人员手动测量和设置，也能够有效防止设置错误带来的安全风险和系统破坏。
在一应用场景中，为了提高检测的准确率，可以多次按照上述方法测量机器人的安装角度，然后计算得到的安装角度的平均值，最后将得到的平均值作为机器人最终的安装角度。其中，取平均值指的是，分别计算φx、φy以及φz的平均值。
参阅图3，图3是本申请振动检测方法一实施方式的流程示意图，该方法包括：
S210：采用上述的安装角度的检测方法检测机器人的安装角度。
S220：根据机器人的安装角度驱动机器人运动。
S230：在机器人运动过程中，获取加速度传感器输出的加速度。
S240：根据加速度，确定机器人是否发生振动。
本实施方式中的振动检测方法由机器人控制柜执行。其中，步骤S210检测机器人的安装角度的方法可参见上述实施方式，在此不再赘述。
在按照上述的检测方法检测出机器人的安装角度后，根据机器人的安装角度，确定机器人的各项运动参数，例如，位姿、运动轨迹等，从而确定机器人的最优工作节拍，然后按照最优的工作节拍，驱动机器人运动，然后在运动的过程中，继续获取加速度传感器输出的加速度。
其中，由于机器人在振动时，加速度传感器输出的加速度会发生变化，因此根据加速度传感器输出的加速度的变化情况，可以确定机器人是否发生振动。
其中，步骤S230获取加速度传感器输出的加速度可以是实时获取，也可以是按照预设的时间间隔获取，还可以是在接收到触发指令时获取。
在一应用场景中，在步骤S220之前，为了避免在采用上述检测方法检测安装角度时发生错误，步骤S210在检测出机器人的安装角度后，还可以人工确认一下检测的安装角度是否正确。具体地，作业人员可以粗略地估计机器人的安装角度，然后判断与步骤S210检测出的安装角度是否偏差较大，如果偏差较大，则再次执行步骤S210，即再次自动检测安装角度，直至检测出的安装角度与估计的角度偏差不大，如果偏差不大，则执行步骤S220。
在一应用场景中，为了提高振动检测的准确率，利用预先训练好的模型进行检测，具体地，步骤S240包括：将加速度输入预先训练好的异常振动模型，确定机器人是否发生异常振动；将加速度输入预先训练好的固有振动模型，确定机器人是否发生固有振动。
具体地，机器人的振动分为固有振动和异常振动，其中，固有振动属于正常振动，而异常振动会带来安全风险以及损坏机器人。
而异常振动模型、固有振动模型预先训练好并达到收敛，异常振动模型能够检测异常振动，固有振动模型能够检测固有振动。
在一应用场景中，在将加速度分别输入异常振动模型、固有振动模型后，异常振动模型输出机器人发生异常振动的第一置信度，固有振动模型输出机器人发生固有振动的第二置信度，若第一置信度大于第二置信度，且第一置信度超过第一阈值，则确定机器人发生异常振动，若第一置信度不大于第二置信度，且第二置信度超过第二阈值，则确定机器人发生固有振动，其中，第一阈值和第二阈值既可以相等，也可以不等。
在其他实施方式中，也可以只使用异常振动模型、固有振动模型中的一个识别加速度，从而只检测异常振动、固有振动中的一个。
其中为了异常振动模型、固有振动模型能够不断更新完善，本实施方式还会将机器人运动过程中加速度传感器输出的加速度进行离线缓存，利用缓存的加速度去训练异常振动模型、固有振动模型。
在一实施方式中，当异常振动模型检测出机器人发生异常振动时，为了避免误检，作业人员还可以人工进行确定，若人工确认机器人确实发生异常振动，则停止驱动机器人运动，否则若人工确认机器人实际上发生的是固有振动，则继续驱动机器人运动，并利用对应的加速度对固有振动模型进行训练，以提高固有振动模型检测的准确率。也就是说，此时固有振动模型出现了漏检的现象，而利用对应的加速度对固有振动模型进行训练，可以保证下次当加速度传感器输出同样的加速度时，固有振动模型可以检测出。
参阅图4，图4是本申请检测系统一实施方式的结构示意图。该检测系统300包括加速度检测装置310以及机器人控制柜320。
其中，加速度检测装置310包括加速度传感器311，机器人控制柜320包括处理器321、第一存储器322以及第一通信电路323，第一通信电路323与加速度传感器311耦接，处理器321耦接第一存储器322以及第一通信电路323，其中，处理器321通过执行第一存储器322内的程序数据以实现上述任一项实施方式检测方法中的步骤，其中详细的步骤可参见上述，在此不再赘述。
继续参阅图4，加速度检测装置310还包括控制器312以及第二通信电路313，控制器312与加速度传感器311、第二通信电路313耦接，第二通信电路313与第一通信电路323耦接，其中，控制器312将加速度传感器311输出的加速度由模拟量转换为数字量后，发送给机器人控制柜320。
具体地，当加速度传感器311输出的加速度为模拟量时，考虑到模拟量不适合长距离传输，因此控制器312将加速度传感器311输出的模拟量转换为数字量后发送给机器人控制柜320。
例如，当加速度传感器311为Analog Devices的ADXL335加速度传感器时，其输出的加速度为模拟量，且其X轴和Y轴的测量带宽为0.5Hz到1600Hz，Z轴测量范围为0.5Hz到500Hz，此时加速度传感器311的功能框图如图5所示。
当然在其他实施方式中，加速度检测装置310也可以不包括控制器312，此时机器人控制柜320直接接收加速度传感器311输出的模拟量。或者，当加速度检测装置310输出的加速度为数字量时，加速度检测装置310也可以不包括控制器312。
继续参阅图4，加速度检测装置310进一步包括第二存储器314以及电源315。
第二存储器314用于存储加速度传感器311输出的原始加速度，以便后续的信息追溯、对机器人进行状态分析以及训练异常振动模型、固有振动模型；电源315用于为加速度检测装置310供电。
参阅图6，图6是本申请计算机可读存储介质一实施方式的结构示意图。该计算机可读存储介质400存储有计算机程序410，计算机程序410能够被处理器执行以实现上述任一项方法中的步骤。
其中，计算机可读存储介质400具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等可以存储计算机程序410的装置，或者也可以为存储有该计算机程序410的服务器，该服务器可将存储的计算机程序410发送给其他设备运行，或者也可以自运行该存储的计算机程序410。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种安装角度的检测方法，其特征在于，所述方法包括：
在机器人的预定位置安装加速度传感器；
获取所述加速度传感器输出的加速度；
根据所述加速度传感器输出的加速度，确定所述机器人基座的安装角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定位置为所述机器人的基座，
所述根据所述加速度传感器输出的加速度，确定所述机器人基座的安装角度的步骤，包括：
根据所述加速度传感器输出的加速度，确定所述机器人在基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度；
根据所述机器人在所述基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度，确定所述机器人所述基座的安装角度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定位置为所述机器人的末端，
所述根据所述加速度传感器输出的加速度，确定所述机器人基座的安装角度的步骤，包括：
根据所述加速度传感器输出的加速度，确定所述机器人在工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度；
根据所述机器人在所述工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度，确定所述机器人末端的安装角度；
将所述机器人所述末端的安装角度转换为所述基座的安装角度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定位置为所述机器人的末端，
所述根据所述加速度传感器输出的加速度，确定所述机器人基座的安装角度的步骤，包括：
根据所述加速度传感器输出的加速度，确定所述机器人在工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度；
将所述机器人在所述工具坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度，转换为所述机器人在基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度；
根据所述机器人在所述基坐标系的三个坐标轴方向上的子加速度，确定所述机器人所述基座的安装角度。
5.一种振动检测方法，其特征在于，所述方法包括：
采用如权利要求1至4任一项所述的安装角度的检测方法检测机器人的安装角度；
根据所述机器人的所述安装角度驱动所述机器人运动；
在所述机器人运动过程中，获取所述加速度传感器输出的加速度；
根据所述加速度，确定所述机器人是否发生振动。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述加速度，确定所述机器人是否发生振动的步骤，包括：
将所述加速度输入预先训练好的异常振动模型，确定所述机器人是否发生异常振动；
将所述加速度输入预先训练好的固有振动模型，确定所述机器人是否发生固有振动。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将获取的所述加速度传感器输出的加速度进行离线缓存；
利用所述加速度对所述异常振动模型以及所述固有振动模型进行训练。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在确定所述机器人发生异常振动时，若经过用户确认，所述机器人未发生所述异常振动，而是发生所述固有振动，则利用对应的所述加速度对所述固有振动模型进行训练。
9.一种检测系统，其特征在于，包括：
加速度检测装置，设置在机器人上，包括加速度传感器；
机器人控制柜，包括处理器、第一存储器以及第一通信电路，所述第一通信电路与所述加速度传感器耦接，所述处理器耦接所述第一存储器以及所述第一通信电路，其中，所述处理器通过执行所述第一存储器内的所述程序数据以实现如权利要求1-8任一项所述方法中的步骤。
10.根据权利要求9所述的检测系统，其特征在于，所述加速度检测装置还包括控制器以及第二通信电路，所述控制器与所述加速度传感器、所述第二通信电路耦接，所述第二通信电路与所述第一通信电路耦接，其中，所述控制器将所述加速度传感器输出的所述加速度由模拟量转换为数字量后，发送给所述机器人控制柜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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