CN116147503A - 激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于遥操作机器人技术领域，具体涉及一种激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法及系统。本发明的方法包括以下步骤：将激光接收板安装在从端设备所在的遥操作机器人机械臂上，并设置激光位移传感器，使激光位移传感器所射出激光被激光接收板接收；通过采集激光位移传感器的激光在激光接收板上的位移数据，获得遥操作机器人机械臂的实际位移数据，同时通过记录主端设备发送给遥操作机器人机械臂的读数和激光位移传感器的读数，获得遥操作机器人在X轴和Y轴方向上的主从距离准确度。本发明的方法可实现遥操作机器人主从距离准确度测试，并确保测试过程的简洁化和效率化，同时可大幅降低测试成本，性价比更高。

Description

激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法及系统
技术领域
本发明属于遥操作机器人技术领域，具体涉及一种激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法及系统。
背景技术
遥操作，是指操作者通过手控器、手柄等人机交互装置和设备控制远端的机器人完成作业任务的行为。操作者通过主机器人向从机器人发送指令，同时感受到从机器人和外界的交互信息，从而完成遥操作任务。当机器人处理复杂的感知和大量任务时，在快速做出决策和处理极端情况时，遥操作远远优于智能编程。目前遥操作已广泛应用在医疗领域、极端环境探索如太空与深海场景、防恐防暴应用场景，以及基于工业机械臂的自动化生产中。
为了确保检测过程的安全，遥操作机器人的性能检测至关重要，其绝对定位精度是机械臂的重要性能指标，定位精度更是直接关系着超声扫查的效果。目前，测试机械臂位移精度的获取，主要采用拉线编码器测量、双目视觉测量及激光跟踪仪测量等；但是，拉线编码器机构复杂，测量时标定步骤繁琐；双目视觉测量价格较高，精度较低；激光跟踪仪精度很高，但是价格昂贵，一般测量又无法承受，因此人们也一直在寻求一套性价比更高的机械臂位移精度获取方式。而针对机械臂位移精度的获取只是主从距离准确度的其中一个拦路因素；另一方面，当前针对遥操作机器人的主从距离准确度的测试，也仍然没有一套系列化的系统和方法，方法各不相同而又彼此保密，已知的碎片化的系统和方法又多较为复杂。因此，设计一种操作简单、成本低、精度达到遥操作机器人性能检测标准的主从距离准确度方法显然十分重要。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种遥操作机器人主从距离准确度方法，该方法可以实现遥操作机器人主从距离准确度测试，并确保测试过程的简洁化和效率化，同时可大幅降低测试成本，性价比更高。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将激光接收板安装在从端设备所在的遥操作机器人机械臂上，并设置激光位移传感器，使激光位移传感器所射出激光被激光接收板接收；
该激光接收板的面朝激光位移传感器的一侧设置彼此相交的第一表面和第二表面，相交处形成棱边，且第一表面在测试时垂直于激光位移传感器激光射出方向；第二表面在测试时作为激光位移传感器射出激光的受光面并提供一个位移数据采集点，所述棱边作为激光位移传感器射出激光的另一个位移数据采集点；
S2、通过采集激光位移传感器的激光在激光接收板上的位移数据，获得遥操作机器人机械臂在X轴和Y轴方向上的实际位移数据，同时通过记录主端设备发送给遥操作机器人机械臂的读数和激光位移传感器的读数，获得遥操作机器人在X轴和Y轴方向上的主从距离准确度。
优选的，所述步骤S2包括以下子步骤：
S21、测量起始点确认：
根据遥操作机器人机械臂需要测量位移的范围，选择遥操作机器人机械臂对应的水平位移，控制遥操作机器人机械臂沿水平方向移动至起始位置，将此时激光位移传感器在激光接收板第二表面上的激光照射位置标记为起始点；
S22、移动测量：
控制遥操作机器人机械臂沿水平方向移动，使激光位移传感器射出激光移动经过激光接收板的第二表面和第一表面；
S23、遥操作机器人机械臂位移数据采样与结果计算：
采集激光位移传感器的激光在起始点和棱边上时的位移数据，采用下式计算遥操作机器人机械臂在X轴和Y轴方向上的实际位移数据：
Figure SMS_1
式中：
α1分别为激光接收板的第二表面和X轴方向的实际夹角；
α2分别为激光接收板的第二表面和Y轴方向的实际夹角；
x 1 为激光位移传感器在X轴方向上起始点的读数；
y 1 为激光位移传感器在Y轴方向上起始点的读数；
x b 为激光位移传感器在X轴方向上从起始点移动到棱边上时的读数；
y b 为激光位移传感器在Y轴方向上从起始点移动到棱边上时的读数；
x i 为激光位移传感器在X轴方向上的第i次移动的读数；
y i 为激光位移传感器在Y轴方向上的第i次移动的读数；
x i+1 为激光位移传感器在X轴方向上的第i+1次移动的读数；
y i+1 为激光位移传感器在Y轴方向上的第i+1次移动的读数；
i表示为单次测量时，激光从起始点到测试完成过程中的第i次移动；
i xb 为激光在X轴方向上从起始点移动到棱边上时的移动次数；
i yb 为激光在Y轴方向上从起始点移动到棱边上时的移动次数；
x k 为在X轴方向上对遥操作机器人机械臂发送的位移数据；
y k 为在Y轴方向上对遥操作机器人机械臂发送的位移数据；
P xi 为遥操作机器人机械臂在X轴方向上的实际位移数据；
P yi 为遥操作机器人机械臂在Y轴方向上的实际位移数据；
P x’ 为在X轴方向上，激光经过激光接收板第一表面时经补偿后的实际位移数据；
P y’ 为在Y轴方向上，激光经过激光接收板第一表面时经补偿后的实际位移数据；
I为激光接收板第一表面的水平方向长度，为常数；
S24、主从距离准确度数据采样与结果计算：
启动遥操作机器人，使其处于主从控制模式，将主端设备沿Y轴方向移动指定距离，记录主端设备发送给遥操作机器人机械臂的读数和激光位移传感器的读数，并采用下式计算在X轴和Y轴方向上的主从距离准确度：
Figure SMS_2
式中：
x m 为主端设备沿X轴方向的实际位移值；
y m 为主端设备沿Y轴方向的实际位移值；
x j 为每次移动后主端设备发送给遥操作机器人机械臂沿X轴方向的移动距离；
y j 为每次移动后主端设备发送给遥操作机器人机械臂沿Y轴方向的移动距离；
AP x 为遥操作机器人机械臂在X轴方向上的主从距离准确度；
AP y 为遥操作机器人机械臂在Y轴方向上的主从距离准确度；
n为单次测量时，激光从测量开始到测量结束总共移动的次数。
优选的，子步骤S21之前，首先进行遥操作机器人机械臂工具坐标系与激光位移传感器的标定工作，包括对遥操作机器人机械臂Y轴和激光位移传感器射出激光方向进行标定、对遥操作机器人机械臂X轴和激光位移传感器射出激光的垂直方向进行标定以及对激光位移传感器射出激光落在激光接收板的棱边上进行标定。
优选的，对遥操作机器人机械臂Y轴和激光位移传感器射出激光方向进行标定的具体过程为：控制遥操作机器人机械臂沿其工具坐标系Y轴方向前后移动，移动过程中激光位移传感器射出激光始终落在激光接收板的第一表面中心位置，则完成标定；否则，控制遥操作机器人机械臂重新运动到起点位置，再绕工具坐标系的X轴和Z轴旋转指定角度后，重复沿遥操作机器人机械臂工具坐标系Y轴方向的前后移动及确认激光落点位置的操作，反复调节直至遥操作机器人机械臂沿工具坐标系Y轴方向前后移动时，激光始终落在激光接收板的第一表面中心位置，完成标定。
优选的，对遥操作机器人机械臂X轴和激光位移传感器射出激光的垂直方向进行标定的具体过程为：控制遥操作机器人机械臂，使激光位移传感器射出激光在激光接收板第一表面的最左端移动到最右端，若激光位移传感器的读数变化大于设定目标阈值，则控制遥操作机器人机械臂绕其工具坐标系的Z轴旋转指定角度，直至激光在此过程中读数变化小于或等于设定目标阈值，则停止转动，完成标定。
优选的，对激光位移传感器射出激光落在激光接收板的棱边上进行标定的具体过程为：控制遥操作机器人机械臂沿其工具坐标系X轴方向移动，使激光位移传感器射出激光在激光接收板第一表面与第二表面上重复移动，在激光由激光接收板第一表面向第二表面移动的过程中，当激光位移传感器读数发生变化时，停止遥操作机器人机械臂运动，完成标定。
优选的，所述第一表面处设有用于标定激光位移传感器激光射出方向的环形靶心，第二表面上设有用于标定激光接收板的水平状态的水平刻度线。
优选的，所述激光接收板的上板面处设有用于安装和定位激光接收板与遥操作机器人机械臂相对位置的回转定位槽。
优选的，令第二表面沿激光位移传感器激光射出方向的高度差为H，所述高度差H与激光位移传感器的量程R之间满足下式：
Figure SMS_3
其中，μ为所述高度差H与所述量程R之间的比例系数；
同时，令第二表面与垂直于激光位移传感器激光射出方向的校正面的夹角为α，α满足下式：
Figure SMS_4
其中，v为比例系数；M为实际测量范围；
同时，令第二表面和第一表面沿垂直于激光位移传感器激光射出方向的总水平长度为D，该总水平长度D与所述高度差H及所述夹角α之间满足下式：
Figure SMS_5
。
优选的，系统，该系统应用所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：包括作为水平安装基准的安装平台以及布置在安装平台上的三轴滑台，三轴滑台的X轴滑组的滑移动作方向与安装平台处坐标系的X轴方向平行，三轴滑台的Y轴滑组的滑移动作方向与安装平台处坐标系的Y轴方向平行，三轴滑台的Z轴滑组的滑移动作方向与安装平台处坐标系的Z轴方向平行，三轴滑台的Z轴滑组的动作端设置用于固定主端设备的安装夹具；安装平台上还设置有板面垂直安装平台所在平面的竖直安装板，竖直安装板上安装有所述激光位移传感器。
优选的，所述安装平台为光学平板；所述Z轴滑组包括可在铅垂方向上作往复直线动作的Z轴滑块，该Z轴滑块构成所述动作端，该动作端上水平贯穿布置用于螺纹配合安装夹具的安装孔；所述安装夹具包括用于直接夹持主端设备且槽长方向为铅垂向的夹口，夹口的尾端与L状的延伸臂的水平段彼此固接，L状的延伸臂的铅垂段螺纹配合在所述动作端处。
本发明的有益效果在于：
1）本发明可实现对遥操作机器人机械臂的位移精度，乃至主从距离准确度的精确测量。一方面，本发明通过采用具有标定功能的量程小、精度高的激光位移传感器，省去了专门的标定模组，在测试过程中可达到简洁化和效率化的要求，并大幅降低测试成本。另一方面，激光位移传感器的精度高带来的缺陷是量程小，会导致量程范围小于待测遥操作机器人机械臂的实际位移值，因此在系统中配置了激光接收板，以解决激光位移传感器量程小的问题。更具体而言，本发明利用了激光接收板上的具备折角状配合的第一表面和第二表面，从而能有效的增大激光位移传感器的位移测量范围，也降低了对激光位移传感器量程的要求，使得激光位移传感器能够在适用于本申请的测试环境并达到所需测试精度的同时，有效降低的实际测试成本，一举多得。
2）本发明的方法中，通过利用反三角函数校验受光面与激光发射方向的夹角，从而避免了角度误差，能进一步提高了测试的精确性。
3）在上述方法的基础上，本发明还提供有一套相配套的系统。实际工作时，通过设置水平基准平面也即安装平台，并利用三轴滑台的高动作精度及稳定性和光学平板的便捷拆装特点，可实现对动作端处主端设备的稳定驱动功能。同时，依靠在主端设备旁侧处的安装平台上增设竖直安装板，从而建立起了从端设备的操作平台，能更为方便的完成对遥操作机器人主从距离准确度测试功能，其具备了成本低、效率高和使用简洁稳定的功能。
附图说明
图1为本发明测试时的装配示意图；
图2为激光接收板的立体结构示意图；
图3为激光接收板上环形靶心及水平刻度线的布置位置图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
A-主端设备；B-从端设备；
10-激光接收板；11-第一表面；12-第二表面；13-棱边；14-环形靶心；15-水平刻度线；16-回转定位槽；
20-激光位移传感器；30-三轴滑台；40-安装平台；50-竖直安装板；60-安装夹具。
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-3，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
如图1所示，一种遥操作机器人主从距离准确度系统，整个系统服务于主端设备A和从端设备B,包括三轴滑台30、构成安装平台40的光学平板、构成安装夹具60的主端设备A支架、作为测试对象的主端设备A和从端设备B、竖直安装板50及位于竖直安装板50上的激光位移传感器20等，其中：
光学平板结构如图1所示，其底部的四个角端均设置有一组可调支撑，以便于实现光学平板在水平面上的基准调整控制目的。使用时，将该光学平板放置到水平桌面上，通过可调支撑先将光学平板调成水平状态，以便满足后续测试需求。
三轴滑台30，包括固定安装在光学平板上的X轴滑组、位于X轴滑组的X轴滑块上的Y轴滑组以及位于Y轴滑组的Y轴滑块处的Z轴滑组。工作时，通过摇轮甚至是电驱等方式来控制相应的滑组产生指定的直线动作，以便实现对位于Z轴滑块处动作端上的主端设备A的动作控制目的。各滑组上均相应布置锁定件，以便在相应滑组动作到位后，能及时锁定该滑组，避免出现意外滑动问题而影响测试精度。锁定件可以是紧定螺钉或者是可径向抱合的刹片等等，此处就不再赘述。此外，在图1中，可看出辅助导轨的存在，原因在于本发明的具体实施例中采用的是单边的X轴滑组，因此需配置辅助导轨来实现基座稳定功能；实际操作时，采用双边式的并列滑轨组件来形成X轴滑组亦可。
具体安装三轴滑台30时，通过光学平板上的标准螺纹孔与三轴滑台30的相应的定位孔，即可实现两者紧固。紧固时，确保三轴滑台30的X轴滑组的滑移动作方向与光学平板坐标系的X轴方向平行，三轴滑台30的Y轴滑组的滑移动作方向与光学平板坐标系的Y轴方向平行，三轴滑台30的Z轴滑组的滑移动作方向与光学平板坐标系的Z轴方向平行。同时，为便于精准获取主端设备A在三个方向上的位移量，在三轴滑台30的三组滑组上均相应的设置数显尺，以方便实际阅读。
主端设备A需竖直夹持在主端设备A支架也即安装夹具60中。安装夹具60可如图1所示的包括夹口及延伸臂；夹口可以选用标准燕尾槽，且槽腔轮廓优选适配主端设备A的曲面轮廓，以便紧固的夹持主端设备A；也可以设置为可调整的槽体或者采用弹性卡槽等，可视情况酌情使用。
激光位移传感器20具有标定功能，其可通过射出激光，实现激光位移传感器20与激光接收板10的标定以及遥操作机器人机械臂工具坐标系与激光位移传感器20的标定。另外，激光位移传感器20的精度高带来的缺陷是量程小，会导致量程范围小于待测遥操作机器人机械臂的实际位移值，因此在系统中配置了激光接收板10，以解决激光位移传感器20量程小的问题。
具体装配时，将竖直安装板50竖直固定在光学平板上，将激光位移传感器20配套的传感器固定支架通过M3螺丝固定在光学平板上。同时，在遥操作机器人机械臂上安装用于接收激光位移传感器20射出激光的激光接收板10，该激光接收板10通过回转定位槽16将激光接收板10固定在遥操作机器人机械臂上，可考虑激光接收板10中心轴线与遥操作机器人机械臂的转动轴线彼此同轴。
该实施例中，如图2-3所示的，所述激光接收板10具有：
第一表面11，第一表面11在测试时垂直于激光位移传感器20激光射出方向，用于激光位移传感器20激光射出方向的标定；
第二表面12，所述第二表面12与第一表面11呈一定夹角相接，相接处形成棱边13。第二表面12在测试时作为激光位移传感器20射出激光的受光面并提供一个位移数据采集点。棱边13在位置标定完成后，可作为激光位移传感器20射出激光的另一个位移数据采集点。同时，在激光接收板10上设有回转定位槽16，用于激光接收板10与遥操作机器人机械臂的安装及相对定位。在第一表面11上设有环形靶心14，用于激光位移传感器20激光射出方向的标定。在第二表面12上设有水平刻度线15，用于激光接收板10的水平标定。
进一步的，可将激光接收板10的尺寸设计为：所述第二表面12沿激光位移传感器20激光射出方向的高度差为H，第二表面12和第一表面11沿垂直于激光位移传感器20激光射出方向的总长度为D，激光位移传感器20测量范围为R，满足H≤R，且D大于待测遥操作机器人机械臂的实际位移值即可。
激光接收板10的形状有多种，此处可不作限定，例如图2中以等腰梯形为例，其上底边也即第一表面11，两腰面形成第二表面12，此时激光接收板10的两腰面作为激光的主受光面。当然，如果改为其他满足要求的形状亦可。另外，图2-3中可看出，激光接收板10的两腰面上设置水平刻度线15，控制遥操作机器人机械臂进行水平运动，若激光位移传感器20射出激光不在同一水平刻度线15上移动，则说明此时激光接收板10不处于水平状态，需要控制机械臂绕与激光位移传感器20射出激光方向平行的轴旋转一定的角度，直至激光位移传感器20射出激光在激光接收板10上水平移动时，激光点始终保持在一条水平刻度线15上。
实际设计激光接收板10时，需根据实际测量范围M及要求的测量精度，确定激光位移传感器量程R。实际测量范围M的意思是：看实际测量的要求，比如产品A的性能测试需要在240mm内的距离误差不超过0.3mm，产品B的性能测试要求300mm内的距离误差不超过0.5mm；那么，对产品A来说，实际测量范围M就是240mm，产品B的实际测量范围M是300mm。
此时，激光接收板10的设计要求如下：
令第二表面12沿激光位移传感器20激光射出方向的高度差为H，所述高度差H与激光位移传感器20的量程R之间满足下式：
Figure SMS_6
其中，μ为所述高度差H与所述量程R之间的比例系数，一般为0.5~1；
同时，令第二表面12与垂直于激光位移传感器20激光射出方向的校正面的夹角为α，α满足下式：
Figure SMS_7
其中，v为比例系数，一般为0.5~1；M为实际测量范围；
同时，令第二表面12和第一表面11沿垂直于激光位移传感器20激光射出方向的总水平长度为D，该总水平长度D与所述高度差H及所述夹角α之间满足下式：
Figure SMS_8
。
在上述设计的基础上，本发明还提供了一种激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，具体步骤包括：
a）、激光位移传感器20与激光接收板10标定：
安装激光接收板10,并移动到激光位移传感器20激光发射方向的正前方。此时，激光位移传感器20测量方向垂直于激光接收板10的第一表面11，使在遥操作机器人机械臂处固定的激光接收板10可以接收到激光位移传感器20所发射出的激光束。调整遥操作机器人机械臂位置，使激光位移传感器20发射出的激光正中激光接收板10的环形靶心14的中心。
b）、遥操作机器人机械臂工具坐标系与激光位移传感器20标定：
对遥操作机器人机械臂的Y轴和激光位移传感器20发射激光束方向进行标定：
控制遥操作机器人机械臂沿工具坐标系Y轴方向前后移动，移动过程中激光始终落在环形靶心14的中心，则进行下一步。否则，控制遥操作机器人机械臂重新运动到指定的起点位置，再控制遥操作机器人机械臂绕其工具坐标系的X轴和Z轴旋转指定角度后，重复沿遥操作机器人机械臂工具坐标系Y轴方向的前后移动及确认激光落点位置的操作。反复调节直至遥操作机器人机械臂沿其工具坐标系Y轴方向前后移动时，激光始终落在环形靶心14的正中心，此时完成遥操作机器人机械臂的Y轴方向标定。
对遥操作机器人机械臂的X轴和激光位移传感器20发射激光束垂直方向进行标定：
控制遥操作机器人机械臂使激光位移传感器20发射出的激光在激光接收板10上底面的最左端移动到最右端，若激光位移传感器20的读数变化大于设定目标阈值，例如0.05mm等，则控制遥操作机器人机械臂绕其工具坐标系的Z轴旋转指定角度，直至激光在此过程中读数变化小于或等于设定目标阈值，停止转动，此时完成遥操作机器人机械臂的X轴方向标定。
对激光位移传感器20发射出的激光落在激光接收板10的棱边13上进行定位：
控制遥操作机器人机械臂沿其工具坐标系X轴方向移动，使激光位移传感器20发射出的激光在激光接收板10的上底面与腰面上重复移动。直至激光位移传感器20发射出的激光从上底面往腰面移动过程中，在下一时刻激光位移传感器20读数发生变化时的位置，停止遥操作机器人机械臂运动，此时完成激光在激光接收板10棱边13上的定位。
c）、测量起始点确认：
根据遥操作机器人机械臂需要测量位移的范围，选择遥操作机器人机械臂对应的水平位移。控制遥操作机器人机械臂沿水平方向移动至起始位置，将此时激光位移传感器20在激光接收板10第二表面12上的激光照射位置标记为起始点。
d）、移动测量：
控制遥操作机器人机械臂沿水平方向移动，使激光位移传感器20射出激光移动经过激光接收板10的第一表面11和第二表面12；
e）、遥操作机器人机械臂位移数据采样与结果计算：
通过激光位移传感器20采集激光在起始点和棱边13上时的位移数据，并采用下式计算遥操作机器人机械臂在X轴和Y轴方向上的实际位移数据：
Figure SMS_9
式中：
α1分别为激光接收板10的第二表面12和X轴方向的实际夹角；
α2分别为激光接收板10的第二表面12和Y轴方向的实际夹角；
x 1 为激光位移传感器20在X轴方向上起始点的读数；
y 1 为激光位移传感器20在Y轴方向上起始点的读数；
x b 为激光位移传感器20在X轴方向上从起始点移动到棱边13上时的读数；
y b 为激光位移传感器20在Y轴方向上从起始点移动到棱边13上时的读数；
x i 为激光位移传感器20在X轴方向上的第i次移动的读数；
y i 为激光位移传感器20在Y轴方向上的第i次移动的读数；
x i+1 为激光位移传感器20在X轴方向上的第i+1次移动的读数；
y i+1 为激光位移传感器20在Y轴方向上的第i+1次移动的读数；
i表示为单次测量时，激光从起始点到测试完成过程中的第i次移动；
i xb 为激光在X轴方向上从起始点移动到棱边13上时的移动次数；
i yb 为激光在Y轴方向上从起始点移动到棱边13上时的移动次数；
x k 为在X轴方向上对遥操作机器人机械臂发送的位移数据；
y k 为在Y轴方向上对遥操作机器人机械臂发送的位移数据；
P xi 为遥操作机器人机械臂在X轴方向上的实际位移数据；
P yi 为遥操作机器人机械臂在Y轴方向上的实际位移数据；
P x’ 为在X轴方向上，激光经过激光接收板10第一表面11时经补偿后的实际位移数据；
P y’ 为在Y轴方向上，激光经过激光接收板10第一表面11时经补偿后的实际位移数据；
I为激光接收板10第一表面11的水平方向长度，为常数。
需要说明的是，遥操作机器人机械臂沿X轴和Y轴位移准确度测试工作是分开进行的，即测试完成单个轴后再进行下一个轴的测试。即α1、P xi 和P x’ 为一组，用于测遥操作机器人机械臂X轴位移准确度，α2、P yi 和P y’ 为一组，用于测遥操作机器人机械臂Y轴位移准确度。另外，I为第一表面11的水平长度，补偿原理为：测试遥操作机器人机械臂沿X轴方向的位移准确度时，控制机械臂在水平方向上从激光接收板10的一端移动到另一端，而在这一过程中激光会经过第一表面11；在第一表面11上移动时，反三角函数是不起作用的，所以需要用I来补偿水平位移。
f）、主从距离准确度数据采样与结果计算：
将遥操作机器人机械臂的主端设备A通过安装夹具60固定在水平放置的三轴滑台30上。工作时，控制相应的单轴滑组产生指定的直线动作，以便实现对主从控制系统主端设备A的动作控制目的。至少在三轴滑台30X轴、Y轴上设置有用于测量沿三轴滑台30X轴、Y轴位移量的数显尺；具体安装三轴滑台30时，通过光学平板上的标准螺纹孔与三轴滑台30的相应的定位孔，即可实现两者紧固。紧固时，确保三轴滑台30的X轴的滑移动作方向与激光位移传感器20发射出的激光束方向平行，三轴滑台30的Y轴滑移动作方向与激光位移传感器20发射出的激光束方向垂直，三轴滑台30的Z轴的滑移动作方向与铅垂方向平行。进一步装配时，将主从控制系统的主端设备A固定在三轴滑台30上，主端设备A内置位置传感器，该传感器可以测量主端设备A沿X、Y方向的位移。
安装好后，重复进行步骤a）~e）若干次后，启动遥操作机器人，使其处于主从控制模式。调节三轴滑台30的Y轴滑组，使主端设备A沿Y轴方向移动指定距离，记录主端设备A发送给遥操作机器人机械臂的读数和激光位移传感器20的读数，并采用下式计算在X轴和Y轴方向上的主从距离准确度：
Figure SMS_10
式中：
x m 为主端设备A沿X轴方向的实际位移值；
y m 为主端设备A沿Y轴方向的实际位移值；
x j 为每次移动后主端设备A发送给遥操作机器人机械臂沿X轴方向的移动距离；
y j 为每次移动后主端设备A发送给遥操作机器人机械臂沿Y轴方向的移动距离；
AP x 为遥操作机器人机械臂在X轴方向上的主从距离准确度；
AP y 为遥操作机器人机械臂在Y轴方向上的主从距离准确度；
n为单次测量时，激光从测量开始到测量结束总共移动的次数。
计算得出AP x 和AP y 后，将其结果与机械臂要求的主从距离准确度误差限值进行对比；当测试结果小于所要求的距离准确度时，则判定机械臂的主从距离准确度符合要求，反之则不符合要求。
以测X轴方向上的主从距离准确度为例，各步骤计算的结果统计得到下表：
Figure SMS_11
若规定机械臂X轴主从距离准确度误差绝对值不超过0.5mm。当测试结果AP x 为0.188mm，显然小于0.5mm，即认为机械臂主从距离准确度符合要求。
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (10)

1.激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将激光接收板（10）安装在从端设备所在的遥操作机器人机械臂上，并设置激光位移传感器（20），使激光位移传感器（20）所射出激光被激光接收板（10）接收；
该激光接收板（10）的面朝激光位移传感器（20）的一侧设置彼此相交的第一表面（11）和第二表面（12），相交处形成棱边（13），且第一表面（11）在测试时垂直于激光位移传感器（20）激光射出方向；第二表面（12）在测试时作为激光位移传感器（20）射出激光的受光面并提供一个位移数据采集点，所述棱边（13）作为激光位移传感器（20）射出激光的另一个位移数据采集点；
S2、通过采集激光位移传感器（20）的激光在激光接收板（10）上的位移数据，计算遥操作机器人机械臂在X轴和Y轴方向上的实际位移数据，同时通过记录主端设备发送给遥操作机器人机械臂的读数和激光位移传感器（20）的读数，获得遥操作机器人在X轴和Y轴方向上的主从距离准确度。
2.根据权利要求1所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：所述步骤S2包括以下子步骤：
S21、测量起始点确认：
根据遥操作机器人机械臂需要测量位移的范围，选择遥操作机器人机械臂对应的水平位移，控制遥操作机器人机械臂沿水平方向移动至起始位置，将此时激光位移传感器（20）在激光接收板（10）第二表面（12）上的激光照射位置标记为起始点；
S22、移动测量：
控制遥操作机器人机械臂沿水平方向移动，使激光位移传感器（20）射出激光移动经过激光接收板（10）的第二表面（12）和第一表面（11）；
S23、遥操作机器人机械臂位移数据采样与结果计算：
采集激光位移传感器（20）的激光在起始点和棱边（13）上时的位移数据，采用下式计算遥操作机器人机械臂在X轴和Y轴方向上的实际位移数据：
Figure QLYQS_1
式中：
α1分别为激光接收板（10）的第二表面（12）和X轴方向的实际夹角；
α2分别为激光接收板（10）的第二表面（12）和Y轴方向的实际夹角；
x 1 为激光位移传感器（20）在X轴方向上起始点的读数；
y 1 为激光位移传感器（20）在Y轴方向上起始点的读数；
x b 为激光位移传感器（20）在X轴方向上从起始点移动到棱边（13）上时的读数；
y b 为激光位移传感器（20）在Y轴方向上从起始点移动到棱边（13）上时的读数；
x i 为激光位移传感器（20）在X轴方向上的第i次移动的读数；
y i 为激光位移传感器（20）在Y轴方向上的第i次移动的读数；
x i+1 为激光位移传感器（20）在X轴方向上的第i+1次移动的读数；
y i+1 为激光位移传感器（20）在Y轴方向上的第i+1次移动的读数；
i表示为单次测量时，激光从起始点到测试完成过程中的第i次移动；
i xb 为激光在X轴方向上从起始点移动到棱边（13）上时的移动次数；
i yb 为激光在Y轴方向上从起始点移动到棱边（13）上时的移动次数；
x k 为在X轴方向上对遥操作机器人机械臂发送的位移数据；
y k 为在Y轴方向上对遥操作机器人机械臂发送的位移数据；
P xi 为遥操作机器人机械臂在X轴方向上的实际位移数据；
P yi 为遥操作机器人机械臂在Y轴方向上的实际位移数据；
P x’ 为在X轴方向上，激光经过激光接收板（10）第一表面（11）时经补偿后的实际位移数据；
P y’ 为在Y轴方向上，激光经过激光接收板（10）第一表面（11）时经补偿后的实际位移数据；
I为激光接收板（10）第一表面（11）的水平方向长度，为常数；
S24、主从距离准确度数据采样与结果计算：
启动遥操作机器人，使其处于主从控制模式，将主端设备沿Y轴方向移动指定距离，记录主端设备发送给遥操作机器人机械臂的读数和激光位移传感器（20）的读数，并采用下式计算在X轴和Y轴方向上的主从距离准确度：
Figure QLYQS_2
式中：
x m 为主端设备沿X轴方向的实际位移值；
y m 为主端设备沿Y轴方向的实际位移值；
x j 为每次移动后主端设备发送给遥操作机器人机械臂沿X轴方向的移动距离；
y j 为每次移动后主端设备发送给遥操作机器人机械臂沿Y轴方向的移动距离；
AP x 为遥操作机器人机械臂在X轴方向上的主从距离准确度；
AP y 为遥操作机器人机械臂在Y轴方向上的主从距离准确度；
n为单次测量时，激光从测量开始到测量结束总共移动的次数。
3.根据权利要求2所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：子步骤S21之前，首先进行遥操作机器人机械臂工具坐标系与激光位移传感器（20）的标定工作，包括对遥操作机器人机械臂Y轴和激光位移传感器（20）射出激光方向进行标定、对遥操作机器人机械臂X轴和激光位移传感器（20）射出激光垂直方向进行标定以及对激光位移传感器（20）射出激光落在激光接收板（10）的棱边（13）上进行标定。
4.根据权利要求3所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：对遥操作机器人机械臂Y轴和激光位移传感器（20）射出激光方向进行标定的具体过程为：控制遥操作机器人机械臂沿其工具坐标系Y轴方向前后移动，移动过程中激光位移传感器（20）射出激光始终落在激光接收板（10）的第一表面（11）中心位置，则完成标定；否则，控制遥操作机器人机械臂重新运动到起点位置，再绕工具坐标系的X轴和Z轴旋转指定角度后，重复沿遥操作机器人机械臂工具坐标系Y轴方向的前后移动及确认激光落点位置的操作，反复调节直至遥操作机器人机械臂沿工具坐标系Y轴方向前后移动时，激光始终落在激光接收板（10）的第一表面（11）中心位置，完成标定。
5.根据权利要求3所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：对遥操作机器人机械臂X轴和激光位移传感器（20）射出激光垂直方向进行标定的具体过程为：控制遥操作机器人机械臂，使激光位移传感器（20）射出激光在激光接收板（10）第一表面（11）的最左端移动到最右端，若激光位移传感器（20）的读数变化大于设定目标阈值，则控制遥操作机器人机械臂绕其工具坐标系的Z轴旋转指定角度，直至激光在此过程中读数变化小于或等于设定目标阈值，则停止转动，完成标定。
6.根据权利要求3所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：对激光位移传感器（20）射出激光落在激光接收板（10）的棱边（13）上进行标定的具体过程为：控制遥操作机器人机械臂沿其工具坐标系X轴方向移动，使激光位移传感器（20）射出激光在激光接收板（10）第一表面（11）与第二表面（12）上重复移动，在激光由激光接收板（10）第一表面（11）向第二表面（12）移动的过程中，当激光位移传感器（20）读数发生变化时，停止遥操作机器人机械臂运动，完成标定。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：所述第一表面（11）处设有用于标定激光位移传感器（20）激光射出方向的环形靶心（14），第二表面（12）上设有用于标定激光接收板（10）的水平状态的水平刻度线（15）。
8.根据权利要求7所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：所述激光接收板（10）的上板面处设有用于安装和定位激光接收板（10）与遥操作机器人机械臂相对位置的回转定位槽（16）。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：令第二表面（12）沿激光位移传感器（20）激光射出方向的高度差为H，所述高度差H与激光位移传感器（20）的量程R之间满足下式：
Figure QLYQS_3
其中，μ为所述高度差H与所述量程R之间的比例系数；
同时，令第二表面（12）与垂直于激光位移传感器（20）激光射出方向的校正面的夹角为α，α满足下式：
Figure QLYQS_4
其中，v为比例系数；M为实际测量范围；
同时，令第二表面（12）和第一表面（11）沿垂直于激光位移传感器（20）激光射出方向的总水平长度为D，该总水平长度D与所述高度差H及所述夹角α之间满足下式：
Figure QLYQS_5
。
10.系统，该系统应用如权利要求2所述的激光位移传感器测试机器人主从距离准确度方法，其特征在于：包括作为水平安装基准的安装平台（40）以及布置在安装平台（40）上的三轴滑台（30），三轴滑台（30）的X轴滑组的滑移动作方向与安装平台（40）处坐标系的X轴方向平行，三轴滑台（30）的Y轴滑组的滑移动作方向与安装平台（40）处坐标系的Y轴方向平行，三轴滑台（30）的Z轴滑组的滑移动作方向与安装平台（40）处坐标系的Z轴方向平行，三轴滑台（30）的Z轴滑组的动作端设置用于固定主端设备的安装夹具（60）；安装平台（40）上还设置有板面垂直安装平台（40）所在平面的竖直安装板（50），竖直安装板（50）上安装有所述激光位移传感器（20）。
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