CN116460893B - 机器人关节空程图像测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人关节空程图像测量装置及其测量方法，涉及图像测量技术领域，该机器人关节空程图像测量装置用于测量机器人的关节空程值，包括基架、调节机构以及图像测量组件，基架用于连接机器人，调节机构包括旋转台和弧形轨，旋转台可转动地设于基架，弧形轨连接于旋转台背向基架的一侧，图像测量组件部分可滑动地设于弧形轨，图像测量组件用于通过视觉图像测量机器人的关节空程值；其中，图像测量组件在旋转台转动的平面和在弧形轨滑动的平面相交。本发明在无需拆卸机器人和减速器的基础上，即可快速地进行关节空程值测量，有效提高机器人关节空程测量的效率，并有效提高测量灵活性。

Description

机器人关节空程图像测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及图像测量技术领域，特别涉及一种机器人关节空程图像测量装置及其测量方法。

背景技术

现有机器人为了降低转速、增大扭力，通常会在关节电机处连接有减速器以形成减速电机，减速电机具有传动效率高、输出力矩大、运转平稳等优点，由于减速器传动机构间形成的齿轮侧隙，使得机器人关节处也形成有空程，也即当输入轴由正向改变反向旋转时，输出轴在转角上存在有滞后，该滞后量即为机器人关节的空程，因此对机器人关节空程的测量是提高机器人精度的重要步骤之一。

传统技术中对机器人关节空程的测量，其只能对机器人的关节处部分位置进行检测，无法适应较复杂或结构尺寸较大的机器人，导致其应用范围较小，测量的效率较低，整体测量的灵活性也较低。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种机器人关节空程图像测量装置及其测量方法，在无需拆卸机器人和减速器的基础上，即可通过时间图像测量方式快速地进行关节空程值测量，有效提高机器人关节处空程值测量的效率，并有效提高测量灵活性。

为实现上述目的，本发明提出一种机器人关节空程图像测量装置，用于测量机器人的关节空程值，所述机器人关节空程图像测量装置包括：

基架，所述基架用于连接所述机器人；

调节机构，所述调节机构包括旋转台和弧形轨，所述旋转台可转动地设于所述基架，所述弧形轨连接于所述旋转台背向所述基架的一侧；以及

图像测量组件，所述图像测量组件部分可滑动地设于所述弧形轨，所述图像测量组件用于通过视觉图像测量所述机器人的关节空程值；

其中，所述图像测量组件在所述旋转台转动的平面和在所述弧形轨滑动的平面相交。

在一实施例中，所述弧形轨呈圆弧状，所述弧形轨内凹的一侧面向所述旋转台设置，且所述图像测量组件在所述旋转台转动的平面和在所述弧形轨滑动的平面相垂直。

在一实施例中，所述弧形轨设有滑块，部分所述图像测量组件连接于所述滑块，以使所述滑块带动部分所述图像测量组件沿所述弧形轨滑动；

所述基架设有第一限位块，所述旋转台对应所述第一限位块设有第二限位块，所述第一限位块通过与所述第二限位块限位抵接，实现对所述旋转台旋转角度的限制。

在一实施例中，所述图像测量组件包括：

连接臂，所述连接臂可滑动地连接于所述弧形轨；

图像获取模组，所述图像获取模组设于所述连接臂远离所述弧形轨的一端，所述图像获取模组用于获取所述机器人的位置图像；以及

图像处理模组，所述图像处理模组信号连接于所述图像获取模组，所述图像处理模组用于处理所述位置图像，以得到所述机器人的关节空程值。

在一实施例中，所述图像获取模组包括相连接的拍摄单元和发光单元，所述拍摄单元用于获取所述位置图像，所述发光单元用于为所述拍摄单元提供环境光源；

其中，所述发光单元面对所述机器人的关节设置，所述拍摄单元的延伸方向与所述发光单元的光线方向呈夹角设置。

在一实施例中，所述发光单元包括：

壳体，所述壳体围合形成有导光腔，所述壳体开设有与所述导光腔相连通的第一开孔和第二开孔，所述第一开孔面向所述机器人设置，所述第二开孔面向所述拍摄单元设置；

光源，所述光源面向所述机器人设于所述导光腔中；以及

导光镜，所述导光镜面向所述第一开孔和所述第二开孔一侧倾斜设于所述导光腔中，且所述导光镜位于所述光源与所述第一开孔之间；

其中，所述光源发出光线穿过所述导光镜以及所述第一开孔照射向所述机器人，所述机器人反射所述光线并通过所述导光镜折射入所述拍摄单元中，以获取所述位置图像。

在一实施例中，所述第二开孔的轴线与所述拍摄单元的延伸轴线重合，且所述第一开孔的轴线与所述第二开孔的轴线相垂直，以使所述拍摄单元的延伸方向与所述光源发出的光线相垂直。

本发明还提出一种上述机器人关节空程图像测量装置的测量方法，用于测量机器人的关节空程值θ，所述机器人包括定臂和动臂，所述定臂和所述动臂的转动连接处为关节，所述关节处安装有减速器，所述测量方法包括：

控制所述减速器转动一周，以使所述动臂相对于所述定臂沿顺时针转动到初始位置；

控制调节机构带动图像测量组件获取所述机器人的初始位置图像；

控制所述减速器转动，以使所述动臂相对于所述定臂沿逆时针方向转动到终止位置，并获取所述减速器的转动角度θsi；

控制所述调节机构带动所述图像测量组件获取所述机器人的终止位置图像；

根据所述转动角度、所述初始位置图像以及所述终止位置图像获得所述机器人的关节空程值θ。

在一实施例中，所述控制所述减速器转动，以使所述动臂相对于所述定臂沿逆时针方向转动到终止位置，并获取所述减速器的转动角度θsi的步骤包括：

控制所述减速器沿逆时针转动；

获取所述减速器转动时的角速度；

所述动臂到达所述终止位置，并获取所述减速器的转动时间；

根据所述角速度和所述转动时间计算得到所述转动角度θsi。

在一实施例中，所述根据所述转动角度、所述初始位置图像以及所述终止位置图像获得所述机器人的关节空程值θ的步骤包括：

通过图像处理模组对齐所述初始位置图像和所述终止位置图像，以获得对齐图像；

获取所述对齐图像中所述定臂和所述动臂的初始关节角θci；

获取所述对齐图像中所述定臂和所述动臂的终止关节角θoi；

所述机器人的关节空程值为θ=θsi-（│θoi-θci│）。

本发明技术方案的机器人关节空程图像测量装置用于测量机器人关节处的空程值，通过基架连接于机器人，并且在基架上设置有调节机构和图像测量组件，调节机构包括相连接的旋转台和弧形轨，部分图像测量组件可滑动地设于弧形轨上，旋转台可转动地设于基架上，使得图像测量组件在沿弧形轨滑动的同时，也能通过旋转台实现转动，并且图像测量组件在所述旋转台转动的平面和在所述弧形轨滑动的平面相交，为图像测量组件提供多个方向的调节；该图像测量组件用于通过视觉图像测量机器人的关节空程值，实现在无需拆卸机器人和减速器的基础上，即可快速地进行关节空程值检测，有效提高机器人关节空程检测的效率，并有效提高检测灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一实施例中基架和调节机构的结构示意图；

图2为本发明一实施例中图像测量组件的结构示意图；

图3为本发明一实施例中发光单元的结构示意图；

图4为本发明一实施例中机器人的结构示意图；

图5为本发明一实施例中测量方法的流程示意图；

图6为本发明一实施例中获取减速器的转动角度θsi的流程示意图；

图7为本发明一实施例中获取机器人的关节空程值的流程示意图。

附图标号说明：1、基架；11、第一限位块；2、调节机构；21、旋转台；211、第二限位块；22、弧形轨；221、滑块；3、图像测量组件；31、连接臂；32、图像获取模组；321、拍摄单元；322、发光单元；3221、壳体；322a、导光腔；322b、第一开孔；322c、第二开孔；3222、光源；3223、导光镜；4、机器人；41、定臂；42、动臂；43、减速器；4a、关节。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图作进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

同时，全文中出现的“和/或”或“且/或”的含义为，包括三个方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1至图4所示，为实现上述目的，本发明提出一种机器人4关节空程图像测量装置，用于测量机器人4关节4a处的空程值，机器人4关节空程图像测量装置包括基架1、调节机构2以及图像测量组件3，基架1用于连接机器人4，调节机构2包括旋转台21和弧形轨22，旋转台21可转动地设于基架1，弧形轨22连接于旋转台21背向基架1的一侧；图像测量组件3部分可滑动地设于弧形轨22，图像测量组件3用于通过视觉图像测量机器人4关节4a处的空程值；其中，图像测量组件3在旋转台21转动的平面和在弧形轨22滑动的平面相交。

在本实施例中，如图1所示，该机器人4关节空程图像测量装置用于测量机器人4关节4a处的空程值，该测量装置包括有基架1、调节机构2以及图像测量组件3，基架1为该测量装置的结构支撑部件，基架1可以是安装架、机架或基台等，在此不做限定，基架1用于连接机器人4，同时调节机构2和图像测量组件3也设置、安装于基架1上，使得调节机构2和图像测量组件3能够针对机器人4的关节4a处进行图像测量工作，以获得机器人4关节4a处的空程值。

可以理解的是，由于机器人4在关节4a处的空程主要是由设于关节4a处的减速器43传动间隙引起的，因此传统关节4a处的空程值测量方式是将机器人4关节4a处的减速器43拆卸下来，并通过专用的空程测量装置进行测量，使得对机器人4的关节4a空程测量较为繁琐，耗费较多的人力和物力，不仅需要额外配备减速器43空程测量装置，而且在拆卸、测量以及安装的过程中，会产生较多的精度误差和安装公差，降低了测量结果的准确性。

而本申请中，如图2所示，图像测量组件3能够通过视觉图像的方式，无需拆卸机器人4和减速器43，即能快速、高效地对机器人4的关节4a处进行空程值测量；具体来说，通过减速器43驱动机器人4的运动部分移动到不同位置，并通过图像测量组件3对运动前后不同的位置进行视觉拍摄，得到不同位置的位置图像，并对获取到的位置图像进行图像数据处理，以计算得到关节4a处的空程值；并且，采用视觉图像测量方式，不仅有效的提高了测量的效率，也进一步地提高了测量结果的精准度。

在本实施例中，调节机构2包括旋转台21和弧形轨22，旋转台21可转动地设于基架1上，具体来说，基架1上形成有安装面，安装面上设置有转动件，旋转台21可转动地连接于转动件，以使旋转台21可以带动图像测量组件3相对基架1以及机器人4进行转动，转动件可以是轴承、转轴或能够实现转动的转动结构等，在此不做限定。

同时，在旋转台21背向安装面（或背向基架1）的一侧连接有弧形轨22，图像测量组件3部分可滑动地设于弧形轨22，并形成有滑动平面，由于弧形轨22的延伸方向为弧形，使得图像测量组件3沿弧形轨22滑动所形成的滑动平面为扇形；并且，图像测量组件3在旋转台21转动时形成有转动平面，使得转动平面和滑动平面呈角度设置，并相交。当然，在另一实施例中，弧形轨22也可为直线轨，其沿直线延伸，使得图像测量组件3能够沿直线运动，以对机器人4的关节4a处进行图像的拍摄。

现有针对机器人4的相关图像测量装置，通常只能对机器人4的部分位置进行测量，如较小区域或范围的关节4a或机器人的支臂，当面对结构尺寸较大或结构较为复杂的机器人4时，传统图像测量装置其可调节性和灵活性均较低，无法有效、全面以及快速地对机器人4进行相关图像测量。

而本申请中，通过设置调节机构2，并将图像测量组件3安装于调节机构2上，使得图像测量组件3能够在转动平面内实现大角度转动，和在滑动平面内实现大角度的摆动，有效的提高了图像测量组件3的活动范围，以使图像测量组件3能够对结构尺寸更大的机器人4进行拍摄，以及对机器人4部分结构较为复杂的区域进行多角度、全方面以及更为细致的拍摄，以获取更为准确和全面的图像数据，为后续对图像数据的处理，获取更为准确的关节4a处空程值提供支撑。

本技术方案的机器人关节空程图像测量装置用于测量机器人4关节4a处的空程值，通过基架1连接于机器人4，并且在基架1上设置有调节机构2和图像测量组件3，调节机构2包括相连接的旋转台21和弧形轨22，部分图像测量组件3可滑动地设于弧形轨22上，旋转台21可转动地设于基架1上，使得图像测量组件3在沿弧形轨22滑动的同时，也能通过旋转台21实现转动，并且图像测量组件3在所述旋转台21转动的平面和在所述弧形轨22滑动的平面相交，为图像测量组件3提供多个方向的调节；该图像测量组件3用于通过视觉图像测量机器人4关节4a处的空程值，实现在无需拆卸机器人4和减速器43的基础上，即可快速地进行关节4a空程值检测，有效提高机器人4关节4a空程检测的效率，并有效提高检测灵活性。

在一实施例中，弧形轨22呈圆弧状，弧形轨22内凹的一侧面向旋转台21设置，且图像测量组件3在旋转台21转动的平面和在弧形轨22滑动的平面相垂直。

在本实施例中，如图1所示，弧形轨22呈圆弧状，也即弧形轨22为圆环的一部分弧线，并且弧线轨内凹的一侧朝向旋转台21设置，使得图像测量组件3能够沿弧形轨22所形成的弧线滑动，并且，图像测量组件3在沿弧形轨22每一处位置滑动时在垂直于转动平面上所形成的面为平直面，也即图像测量组件3与机器人4之间的距离始终保持不变，仅相对于机器人4的拍摄角度发生变化。

在本发明的另一实施例中，弧形轨22内凹的一侧朝向机器人4一侧设置，使得图像测量组件3在沿弧形轨22的每一处位置滑动时，在垂直于转动平面上所形成的面为曲弧面，也即图像测量组件3与机器人4之间的距离随弧形轨22到机器人4之间的距离变化而发生变化，同时图像测量组件3在沿弧形轨22滑动的过程中，其拍摄角度也在不断变化；并且，在本发明中，针对机器人4实际的形状、结构尺寸以及所拍摄的部位不同，弧形轨22也可以设置为多种形状的曲线或直线，如抛物曲线、螺旋曲线、摆线等，在此不做限定。

可以理解的是，弧形轨22的设置，能够为图像测量组件3提供更为丰富和多样的运动路径，使图像测量组件3能够根据机器人4的实际形状和尺寸，进行精准和有针对性的拍摄，从而使对机器人4图像的采集更加全面和精准，并且能够有效提高图像采集的效率，以及有效提高后期机器人4关节4a处空程值的计算精度；同时，图像测量组件3在旋转台21转动的平面和在弧形轨22滑动的平面相垂直，表明图像测量组件3在弧形轨22上滑动所形成的滑动面，始终是围绕或邻近机器人4的关节4a处设置，也即限定调节机构2对图像测量组件3的调节仅限于机器人4关节4a处附近，进一步提高图像采集的效率和精准度。

在一实施例中，弧形轨22设有滑块221，部分图像测量组件3连接于滑块221，以使滑块221带动部分图像测量组件3沿弧形轨22滑动；基架1设有第一限位块11，旋转台21对应第一限位块11设有第二限位块211，第一限位块11通过与第二限位块211限位抵接，实现对旋转台21旋转角度的限制。

在本实施例中，如图1所示，图像测量组件3的部分结构连接于滑块221，同时，滑块221可滑动地设于弧形轨22上，使得图像测量组件3可沿弧形轨22滑动，滑块221与弧形轨22之间存在有阻尼结构，阻尼结构可以是弧形轨22和/或滑块221上带有的较为粗糙的涂层、覆膜或表面处理结构，也可以是设置阻尼轮、弹性阻尼等结构，在此不做限定。可以理解的是，图像测量组件3可通过滑块221停留到弧形轨22的任意位置，并且该阻尼结构也能对图像测量组件3提供有效且强力的支撑，避免图像测量组件3在图像采集时发生晃动和偏斜，提高采集精度。

在本实施例中，基架1的周缘设置有第一限位块11，旋转台21的周缘对应第一限位块11设置有第二限位块211，当旋转台21相对于基架1转动时，第一限位块11能够对第二限位块211进行限位，以限制旋转台21的旋转角度。可以理解的是，第一限位块11和第二限位块211的设置，能够限制旋转台21转动时的角度，从而能够避免图像测量组件3在跟随旋转台21转动时，与机器人4发生干涉和碰撞，并且第一限位块11通常设置于基架1邻近机器人4的一侧/一端；也能通过改变第一限位块11的长度或位置，而适应不同机器人4的不同尺寸和不同形状，有效提高该调节机构2的通用性和适用性。

在一实施例中，图像测量组件3包括连接臂31、图像获取模组32以及图像处理模组，连接臂31可滑动地连接于弧形轨22，图像获取模组32设于连接臂31远离弧形轨22的一端，图像获取模组32用于获取机器人4的位置图像，图像处理模组信号连接于图像获取模组32，图像处理模组用于处理位置图像，以得到机器人4关节4a处的空程值。

在本实施例中，如图2所示，连接臂31一端连接于滑块221，以实现随滑块221沿弧形轨22滑动，连接臂31远离滑块221的一端形成有安装端，图像获取模组32和图像处理模组设于安装端，并朝向机器人4设置，在本发明的另一实施例中，安装端设有折页结构，折页结构包括转动连接的第一板和第二板，第一板连接于安装端，图像获取模组32和图像处理模组设于第二板，第二板能够带动图像获取模组32和图像处理模组相对连接臂31转动，并且可沿水平轴线或竖直轴线在空间做绕轴旋转运动，以灵活调整图像获取模组32和图像处理模组的位置。

可以理解的是，图像获取模组32用于获取和采集机器人4的位置图像，也即机器人4在不同时间和状态下的实时图像，当测量机器人4的关节4a处空程值时，图像获取模组32采集机器人4在绕关节4a轴线顺时针方向上的一张或多张初始位置图像，并当机器人4在绕关节4a轴线逆时针转动后，图像获取模组32采集机器人4的一张或多张终止位置图像，实现机器人4不同时间和不同位置的位置图像的采集。

同时，图像处理模组与图像获取模组32信号连接，图像获取模组32将采集到的初始位置图像和终止位置图像传输至图像处理模组，图像处理模组对初始位置图像和终止位置图像进行对齐和融合处理，以使将减速器43中同一齿间隙的初始位置图像和终止位置图像合成为一张对齐位置图像，并对该对齐位置图像进行角度分析和计算，以获得机器人4关节4a处的空程值；实现在无需拆卸机器人4和关节4a处减速器43的基础上，快速对机器人4的关节4a处进行图像采集和图像处理，并快速获取关节4a处空程值，有效提高机器人4关节4a空程测量的效率，并有效提高测量灵活性。

在一实施例中，图像获取模组32包括相连接的拍摄单元321和发光单元322，拍摄单元321用于获取位置图像，发光单元322用于为拍摄单元321提供环境光源3222；其中，发光单元322面对机器人4的关节4a设置，拍摄单元321的延伸方向与发光单元322的光线方向呈夹角设置。

可以理解的是，如图2和图3所示，拍摄单元321包括相机和镜头，相机为带有CCD图像传感器、CMOS图像传感器以及其他光电传感器的拍摄主体，镜头能够为相机提供可调节的焦距范围和光圈大小，以使相机能够清晰、完整地拍摄机器人4，并能实时、动态地采集到所需的图像。发光单元322用于为拍摄单元321提供环境光源3222，发光单元322发出光线的方向朝向机器人4的关节4a处设置，以照亮机器人4被拍摄的部位，使相机所采集的图像更加清晰，以便于后期图像处理模组对机器人4的位置图像进行处理，并有效提高关节4a处空程值测量结果的精度。

并且，发光单元322也具有调整光线方向和调整拍摄单元321获取光线方向的功能。；=传统的布置方式中，拍摄单元321和发光单元322均朝向被拍摄物体设置，使得整体结构在拍摄单元321的延伸方向上占用较多空间，对于一些较为狭窄和复杂的环境，其运动的灵活性较低，所覆盖的范围较小。

而本申请中拍摄单元321的延伸方向与发光单元322发出光线的方向呈夹角设置，也即当发光单元322发出的光线面对机器人4设置时，拍摄单元321的延伸方向与机器人4呈角度设置，使得图像获取模组32结构更为紧凑，能够适应空间较为狭窄，结构较为复杂的安装环境。

在一实施例中，发光单元322包括壳体3221、光源3222以及导光镜3223，壳体3221围合形成有导光腔322a，壳体3221开设有与导光腔322a相连通的第一开孔322b和第二开孔322c，第一开孔322b面向机器人4设置，第二开孔322c面向拍摄单元321设置，光源3222面向机器人4设于导光腔322a中，导光镜3223面向第一开孔322b和第二开孔322c一侧倾斜设于导光腔322a中，且导光镜3223位于光源3222与第一开孔322b之间；其中，光源3222发出光线穿过导光镜3223以及第一开孔322b照射向机器人4，机器人4反射光线并通过导光镜3223折射入拍摄单元321中，以获取位置图像。

在本实施例中，如图3所示，壳体3221安装于安装端，其内部形成有中空的导光腔322a，光源3222以及导光镜3223安装于导光腔322a中，壳体3221上还开设有与导光腔322a相连通的第一开孔322b和第二开孔322c，其中第一开孔322b朝向机器人4一侧设置，并且第一开孔322b轴线所在方向与光源3222发出的光线所在方向重合，上述的镜头安装于壳体3221的第二开孔322c处，镜头的轴线和相机的长度延伸方向相同，并与第二开孔322c轴线方向呈角度设置，使得光线可通过第二开孔322c进入镜头，并被相机所接收。

在本实施例中，光源3222可以发出光线，其可以是点光源3222、也可以是面光源3222，导光镜3223是一个集透射光线和反射光线为一体的光学部件，从导光腔322a内部发出的光线可以通过第一开孔322b照射到机器人4待采集图像区域上，并经过导光镜3223的反射通过第二开孔322c进入拍摄单元321中，导光镜3223倾斜设置于导光腔322a中，其镜面朝向第一开孔322b和第二开孔322c一侧设置，光源3222设置在导光镜3223远离第一开孔322b的一侧，并且光源3222轴线所在方向与第一开孔322b轴线所在方向重合。

可以理解的是，光源3222用于发出光线，使得光线穿过导光镜3223，通过第一开孔322b照射向机器人4待采集图像区域，以将机器人4照亮，被照亮的机器人4将其反射的光线通过第一开孔322b照射向导光镜3223中，并通过倾斜设置的导光镜3223，将反射的光线二次反射到第二开孔322c中，进而通过镜头传输到相机中，相机接收到关于机器人4位置和形状的光学信号，并将光学信号转换为数字信号，再传递到图像处理模组中，以便于进行后续的图像加工和处理步骤。可以理解的是，本实施例中的导光镜3223兼具反射光线和透射光线的功能，如半反半透镜，对光源3222所发出的特定光线进行部分分光，把分光回来的光路作为对拍摄单元321的反馈信号，以调整拍摄单元321接收信号的稳定性，确保机器视觉的正常运作。当光线从其上方，也就是从光源3222一侧照向导光镜3223时，光线可穿透导光镜3223，进入第一开孔322b中；当从机器人4反射的光线从第一开孔322b进入导光镜3223中时，此时导光镜3223仅能反射光线，并通过导光镜3223倾斜设置，将反射的光线沿与第二开孔322c轴线呈角度的方向入射到第二开孔322c中，进而入射到相机中。

在一实施例中，第二开孔322c的轴线与拍摄单元321的延伸轴线重合，且第一开孔322b的轴线与第二开孔322c的轴线相垂直，以使拍摄单元321的延伸方向与光源3222发出的光线相垂直。

可以理解的，如图3所示，第二开孔322c的轴线与拍摄单元321的延伸方向相同，并且，第一开孔322b的轴线和第二开孔322c的轴线相垂直，也即此时光源3222所发出的光线始终垂直照射向机器人4，而拍摄单元321的延伸方向始终处于水平位置，如此设置，可以有效的节省图像获取模组32所占据的空间，提高空间利用率。并且，通过发光单元322的设置，可以在保证发出光线的基础上，也能改变光线的传播方向，有效的实现了该发光单元322的集成化和微型化，并提高了该图像获取模组32的通用性和适用性。

本发明还提出一种上述机器人4关节空程图像测量装置的测量方法，用于测量机器人4的关节4a空程值θ，机器人4包括定臂41和动臂42，定臂41和动臂42的转动连接处为关节4a，关节4a处安装有减速器43，测量方法包括：

步骤S10，控制减速器43转动一周，以使动臂42相对于定臂41沿顺时针转动到初始位置；

步骤S20，控制调节机构2带动图像测量组件3获取机器人4的初始位置图像；

步骤S30，控制减速器43转动，以使动臂42相对于定臂41沿逆时针方向转动到终止位置，并获取减速器43的转动角度θsi；

步骤S40，控制调节机构2带动图像测量组件3获取机器人4的终止位置图像；

步骤S50，根据转动角度、初始位置图像以及终止位置图像获得机器人4的关节4a空程值θ。

在本实施例中，如图4和图5所示，机器人4的基础结构为两个相转动连接，并能相对转动的定臂41和动臂42，定臂41和动臂42的转动连接处为关节4a，并且在关节4a处安装有电机以及减速器43，电机和减速器43共同形成有减速电机，减速电机能够驱动动臂42相对于定臂41转动，本发明所提出的机器人4关节空程图像测量装置及其测量方法，均是在不拆卸机器人4定臂41、动臂42以及两者之间减速电机的基础上，实现对减速器43传功机构空程值θ的测量。

同时，本申请中的调节机构2中的旋转台21和弧形轨22均安装有驱动件，如伺服电机，可通过驱动件而实现对旋转台21和弧形轨22的控制，从而实现调整图像测量组件3相对于机器人4的位置。

该测量方法是基于上述的机器人关节空程图像测量装置所提出的测量方法，首先通过控制减速器43沿一个方向，如顺时针转动一周，使得动臂42相对于定臂41转动到初始位置处，然后控制调节机构2调整图像测量组件3的位置，以在最合适的位置采集机器人4图像，获取到动臂42在初始位置的初始位置图像；进而再控制减速器43沿相反方向转动，如沿逆时针方向转动一定角度，并当动臂42相对于定臂41的位置发生改变之后，停止驱动减速器43，此时动臂42处于终止位置，在获取减速器43的转动角度θsi后，控制调节机构2调整图像测量组件3的位置，获取到动臂42在终止位置的终止位置图像；最后通过图像处理模组对转动角度、初始位置图像以及终止位置图像进行计算和处理，以获得机器人4关节4a处的空程值θ。

可以理解的是，本申请中还设置有控制模组，控制模组能够控制减速电机的转动速度、转动角度以及转动时间，也能控制调节机构2中旋转台21和弧形轨22的运动，从而实现对图像获取模组32位置的调整，同时也能控制图像获取模组32采集机器人4图像。该控制方法在不拆卸机器人4和减速器43的基础上，通过对动臂42的初始位置和终止位置进行图像采集，如果图像获取模组32输出的是模拟信号，则图像处理模组将对从图像获取模组32接收的模拟信号进行A/D转换，以将其数字化；如果输出的是数字信号，则将保存图像并捕获数字信号；否则，将保存图像获取模组32所拍摄的图像。后续通过图像处理模组对所采集的图像进行分析和处理，即能获得机器人4关节4a处的空程值，并且图像获取模组32与调节机构2和减速电机相耦合，协同运动，以快速、高效且精准地对机器人4待采集区域进行图像采集，有效提高测量的效率和灵活性。并且视觉图像测量也具有良好的连续性和准确性，大大提高了工业在线测量的实时性和准确性，也显著的提高了生产效率和质量控制。

在一实施例中，控制减速器43转动，以使动臂42相对于定臂41沿逆时针方向转动到终止位置，并获取减速器43的转动角度θsi的步骤包括：

步骤S301，控制减速器43沿逆时针转动；

步骤S302，获取减速器43转动时的角速度；

步骤S303，动臂42到达终止位置，并获取减速器43的转动时间；

步骤S304，根据角速度和转动时间计算得到转动角度θsi。

可以理解的是，如图6所示，上述的控制模组中包括有计时器和速度计，通过速度计获取到减速器43在沿逆时针转动时的角速度，并当动臂42到达终止位置后，通过计时器获取到减速器43从开始到停止转动的总的转动时间，并通过角速度和转动时间计算得到上述的转动角度；具体来说，定义时间为t，定义角速度为ω，当角速度恒定为ω时，转动角度θsi=ω*t；当角速度不恒定时，转动角度θsi=。

在一实施例中，根据转动角度、初始位置图像以及终止位置图像获得机器人4关节4a处的空程值的步骤包括：

步骤S501，通过图像处理模组对齐初始位置图像和终止位置图像，以获得对齐图像；

步骤S502，获取对齐图像中定臂41和动臂42的初始关节角θci；

步骤S503，获取对齐图像中定臂41和动臂42的终止关节角θoi；

步骤S504，机器人4关节4a处的空程值为θ=θsi-（│θoi-θci│）。

在本实施例中，如图7所示，图像处理模组通过对齐初始位置图像和终止位置图像，以形成对齐图像，也即将机器人4在初始位置图像和终止位置图像中位置不发生变化的部件进行对齐和融合，如机器人4的定臂41和关节4a处，其在初始位置图像和终止位置图像中的两个位置合并为对齐图像中的一个位置；且机器人4在初始位置图像和终止位置图像中发生变化的部位分别进行保留，如机器人4的动臂42，并且变化的部位共用一个保留部位，如初始位置的动臂42和终止位置的动臂42共用一个定臂41。

并且图像处理模组在初始位置和终止位置的动臂42以及定臂41上设置有多个特征点，如特殊标记、开孔处、连接处或其他可识别程度较高的点位，使得图像处理模组能够通过上述的特征点获取到动臂42在初始位置时，与定臂41的初始关节角，和动臂42在终止位置时，与定臂41的终止关节角；该关节角由于所选取的特征点位置不同，其实际上并不能体现机器人4真正的关节角度，但是本申请中，由于定臂41的特征点相对于初始位置的动臂42和终止位置的动臂42固定不变，所以初始关节角和终止关节角差值的绝对值，也能准确的反映动臂42相对于定臂41所转动的角度；最后，通过结合上述的转动角度θsi，计算所得机器人4关节4a处的空程值为θ=θsi-（│θoi-θci│）。

以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种机器人关节空程图像测量装置，用于测量机器人的关节空程值，其特征在于，所述机器人关节空程图像测量装置包括：

基架，所述基架用于连接所述机器人；

调节机构，所述调节机构包括旋转台和弧形轨，所述旋转台可转动地设于所述基架，所述弧形轨连接于所述旋转台背向所述基架的一侧；以及

图像测量组件，所述图像测量组件包括连接臂、图像获取模组以及图像处理模组，所述连接臂可滑动地连接于所述弧形轨，所述图像获取模组设于所述连接臂远离所述弧形轨的一端，所述图像获取模组包括相连接的拍摄单元和发光单元，所述发光单元面对所述机器人的关节设置，所述拍摄单元的延伸方向与所述发光单元的光线方向呈夹角设置，所述拍摄单元用于获取所述机器人的位置图像，所述发光单元用于为所述拍摄单元提供环境光源；

所述发光单元包括壳体、光源以及导光镜，所述壳体围合形成有导光腔，所述壳体开设有与所述导光腔相连通的第一开孔和第二开孔，所述第一开孔面向所述机器人设置，所述第二开孔面向所述拍摄单元设置，所述光源面向所述机器人设于所述导光腔中，所述导光镜面向所述第一开孔和所述第二开孔一侧倾斜设于所述导光腔中，且所述导光镜位于所述光源与所述第一开孔之间；

所述图像处理模组信号连接于所述图像获取模组，所述图像处理模组用于处理所述位置图像，以得到所述机器人的关节空程值；

其中，所述光源发出光线穿过所述导光镜以及所述第一开孔照射向所述机器人，所述机器人反射所述光线并通过所述导光镜折射入所述拍摄单元中，以获取所述位置图像，所述图像测量组件在所述旋转台转动的平面和在所述弧形轨滑动的平面相交。

2.根据权利要求1所述的机器人关节空程图像测量装置，其特征在于，所述弧形轨呈圆弧状，所述弧形轨内凹的一侧面向所述旋转台设置，且所述图像测量组件在所述旋转台转动的平面和在所述弧形轨滑动的平面相垂直。

3.根据权利要求2所述的机器人关节空程图像测量装置，其特征在于，所述弧形轨设有滑块，部分所述图像测量组件连接于所述滑块，以使所述滑块带动所述图像测量组件沿所述弧形轨滑动；

所述基架设有第一限位块，所述旋转台对应所述第一限位块设有第二限位块，所述第一限位块通过与所述第二限位块限位抵接，实现对所述旋转台旋转角度的限制。

4.根据权利要求1所述的机器人关节空程图像测量装置，其特征在于，所述第二开孔的轴线与所述拍摄单元的延伸轴线重合，且所述第一开孔的轴线与所述第二开孔的轴线相垂直，以使所述拍摄单元的延伸方向与所述光源发出的光线相垂直。

5.一种如权利要求1至4中任一项所述的机器人关节空程图像测量装置的测量方法，用于测量机器人的关节空程值θ，所述机器人包括定臂和动臂，所述定臂和所述动臂的转动连接处为关节，所述关节处安装有减速器，其特征在于，所述测量方法包括：

控制所述减速器转动一周，以使所述动臂相对于所述定臂沿顺时针转动到初始位置；

控制调节机构带动图像测量组件获取所述机器人的初始位置图像；

控制所述减速器转动，以使所述动臂相对于所述定臂沿逆时针方向转动到终止位置，并获取所述减速器的转动角度θsi；

控制所述调节机构带动所述图像测量组件获取所述机器人的终止位置图像；

根据所述转动角度、所述初始位置图像以及所述终止位置图像获得所述机器人的关节空程值θ。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述控制所述减速器转动，以使所述动臂相对于所述定臂沿逆时针方向转动到终止位置，并获取所述减速器的转动角度θsi的步骤包括：

控制所述减速器沿逆时针转动；

获取所述减速器转动时的角速度；

所述动臂到达所述终止位置，并获取所述减速器的转动时间；

根据所述角速度和所述转动时间计算得到所述转动角度θsi。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述根据所述转动角度、所述初始位置图像以及所述终止位置图像获得所述机器人的关节空程值θ的步骤包括：

通过图像处理模组对齐所述初始位置图像和所述终止位置图像，以获得对齐图像；

获取所述对齐图像中所述定臂和所述动臂的初始关节角θci；

获取所述对齐图像中所述定臂和所述动臂的终止关节角θoi；

所述机器人的关节空程值为θ=θsi-（│θoi-θci│）。