CN117007299A - 一种工业机器人加工刚度检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种工业机器人加工刚度检测方法，属于工业机器人技术领域，方法包括控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，再利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块在姿态变化参数和受力变化参数，代入预先存储的刚度函数中后，即可得到输出的加工刚度，代替了传统技术中利用激光跟踪仪进行测量的方法，大幅降低机器人刚度检测成本和效率，避免了激光跟踪仪、千分表等传统检测方法易受温度、振动、光照、位置偏差等因素影响的缺点，采用工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器检测机器人末端变形和受力能够有效提高机器人加工精度。

Description

一种工业机器人加工刚度检测方法及装置

技术领域

本申请涉及工业机器人领域，特别涉及一种工业机器人加工刚度检测方法及装置。

背景技术

工业机器人已经广泛应用于制孔、铣削等加工工艺。相对于数控机床，工业机器人的优势在于其更适合加工大型工件，空间可达性好，可以快速重构，且适合小批量多品种加工生产。

但相对的，工业机器人的刚度仅为传统数控机床的2％-5％，末端刚性较弱，导致工业机器人在制孔、铣削加工工艺中，如果加工载荷较大，则会影响加工稳定性，甚至产生颤振等现象，严重影响加工精度，破坏零件表面质量，难以满足高精度加工需求。

针对工业机器人刚性较弱的问题，需要对工业机器人在特定姿态下的加工刚度进行检测。在传统技术中，一般是利用激光跟踪仪对机器人末端位姿测进行跟踪测量，从而得出机器人刚度。但这种检测方法对检测设备和操作人员要求高，成本高，而且光照强度不稳定还会严重影响激光跟踪仪的精度，导致最终测量结果不准确，精度不足。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种工业机器人加工刚度检测方法和装置，能够在降低成本的前提下提高检测精度。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，本申请提供了一种工业机器人加工刚度检测方法，方法包括：

控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，并确定机械臂末端的机械参数。

将配重块安装在工业机器人末端，利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块的姿态变化参数和受力变化参数。

将机械参数、姿态变化参数和受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中，得到输出的加工刚度。

可选择地，刚度函数采用下式表示：

K＝F/U

其中K为加工刚度，F为受力函数，U为姿态函数。

可选择地，受力函数F采用下式表示：

其中，ΔF_z指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第一方向上的第一受力变化参数，ΔF_y指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第二方向上的第二受力变化参数，ΔF_x指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第三方向上的第三受力变化参数，第一方向、第二方向和第三方向正交且分别和标准块的第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面垂直，标准块是立方体，第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面互相垂直且有一个共同顶点。

其中指机器人关节函数，工业机器人包括底座、多段机械臂，以及将多段机械臂之间顺序连接的六个关节，其中机器人关节函数/>采用下式计算得到：

其中是预先存储的底座与六个关节中的第一关节之间的坐标系的变换矩阵，知/>分别是预先存储的各组相邻关节之间的坐标系的变换矩阵。

可选择地，多个传感器包括六个传感器，标准块的第一外侧面与第一传感器、第二传感器和第三传感器接触，标准块的第二外侧面与第四传感器和第五传感器接触，标准块的第三外侧面与第六传感器接触，ΔF_z指配重块安装前后，第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的受力变化量的第一平均值，ΔF_y指配重块安装前后，第四传感器和第五传感器多次测量得到的受力变化量的第二平均值，ΔF_x指配重块安装前后，第六传感器多次测量得到的受力变化量的第三平均值。

可选择地，姿态函数U采用下式表示：

U＝[ΔU_x ΔU_y ΔU_z]*R

其中，ΔU_z指配重块安装前后，第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，ΔU_y指配重块安装前后，第四传感器和第五传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，当目标方向为第三方向时，ΔU_x指配重块安装前后，第六传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，R指检测装置上的检测坐标系和标准块上的标准坐标系之间的坐标转换矩阵。

可选择地，坐标转换矩阵R采用下式计算得到：

R＝P*Q

其中P是位移转换矩阵，Q是角度转换矩阵，位移转换矩阵P采用下式计算：

P＝[X′ Y′ Z′]÷[X Y Z]

其中X′＝X+ΔX，Y′＝Y+ΔY，Z′＝Z+ΔZ，X、Y和Z是预先存储的，ΔX是配重块安装前后第四传感器和第五传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔY是是配重块安装前后第六传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔZ是是配重块安装前后第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的位移变化量的平均值。

角度转换矩阵Q采用下式计算：

其中δ、θ和ε是利用控制器确定出的机械臂末端机械参数，机械参数包括机械臂末端在第一方向、第二方向和第三方向的基础上旋转的角度。

另一方面，本申请还提供了一种工业机器人加工刚度检测装置，装置包括：

控制模块，被配置为控制工业机器人的机械臂末端装配的标准。和检测装置上设置的多个传感器接触，并确定机械臂末端的机械参数；

获取模块，被配置为将配重块安装在工业机器人末端，利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块的姿态变化参数和受力变化参数。

计算模块，被配置为将机械参数、姿态变化参数和受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中，得到输出的加工刚度。

可选择地，刚度函数采用下式表示：

K＝F/U

其中K为加工刚度，F为受力函数，U为姿态函数。

可选择地，受力函数F采用下式表示：

其中，ΔF_z指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第一方向上的第一受力变化参数，ΔF_y指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第二方向上的第二受力变化参数，ΔF_x指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第三方向上的第三受力变化参数，第一方向、第二方向和第三方向正交且分别和标准块的第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面垂直，标准块是立方体，第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面互相垂直且有一个共同顶点。

其中指机器人关节函数，工业机器人包括底座、多段机械臂，以及将多段机械臂之间顺序连接的六个关节，其中机器人关节函数/>采用下式计算得到：

其中是预先存储的底座与六个关节中的第一关节之间的坐标系的变换矩阵，知/>分别是预先存储的各组相邻关节之间的坐标系的变换矩阵。

可选择地，多个传感器包括六个传感器，标准块的第一外侧面与第一传感器、第二传感器和第三传感器接触，标准块的第二外侧面与第四传感器和第五传感器接触，标准块的第三外侧面与第六传感器接触，ΔF_z指配重块安装前后，第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的受力变化量的第一平均值，ΔF_y指配重块安装前后，第四传感器和第五传感器多次测量得到的受力变化量的第二平均值，ΔF_x指配重块安装前后，第六传感器多次测量得到的受力变化量的第三平均值。

可选择地，姿态函数U采用下式表示：

U＝[ΔU_x ΔU_y ΔU_z]*R

其中，ΔU_z指配重块安装前后，第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，ΔU_y指配重块安装前后，第四传感器和第五传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，当目标方向为第三方向时，ΔU_x指配重块安装前后，第六传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，R指检测装置上的检测坐标系和标准块上的标准坐标系之间的坐标转换矩阵。

可选择地，坐标转换矩阵R采用下式计算得到：

R＝P*Q

其中P是位移转换矩阵，Q是角度转换矩阵，位移转换矩阵P采用下式计算：

P＝[X′ Y′ Z′]÷[X Y Z]

其中X′＝X+ΔX，Y′＝Y+ΔY，Z′＝Z+ΔZ，X、Y和Z是预先存储的，ΔX是配重块安装前后第四传感器和第五传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔY是是配重块安装前后第六传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔZ是是配重块安装前后第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的位移变化量的平均值。

角度转换矩阵Q采用下式计算：

其中δ、θ和ε是利用控制器确定出的机械臂末端机械参数，机械参数包括机械臂末端在第一方向、第二方向和第三方向的基础上旋转的角度。

采用本申请提供的工业机器人加工刚度检测方法及装置，控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，从而利用标准块模拟机械臂末端的工具，进一步的，再利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块在姿态变化参数和受力变化参数，最终将机械臂的机械参数、姿态变化参数和受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中后，即可得到输出的加工刚度，代替了传统技术中利用激光跟踪仪进行测量的方法，方案成本更低，精度更高，检测结果更准确。

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。

图1为本申请实施例提供的工业机器人加工刚度检测方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的工业机器人加工刚度检测方法的另一流程图；

图3为本申请实施例提供的工业机器人和检测装置的结构图；

图4为本申请实施例提供的标准块和检测装置接触关系的结构图；

图5为本申请实施例提供的坐标旋转的示意图；

图6为本申请实施例提供的工业机器人加工刚度检测装置的结构图。

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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

鉴于此，本申请实施例提供了如下技术方案：

本申请实施例提供了一种工业机器人加工刚度检测方法，能够在降低成本的前提下提高检测精度，该检测方法可以由工业机器人的控制器执行。如图1所示，方法包括步骤S101、S102和S103，其中：

在步骤S101中，控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，并确定机械臂末端的机械参数。

在步骤S102中，将配重块安装在工业机器人末端，利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块的姿态变化参数和受力变化参数。

在步骤S103中，将机械参数、姿态变化参数和受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中，得到输出的加工刚度。

在一些可选的实施例中，刚度函数采用下式表示：

K＝F/U

其中K为加工刚度，F为受力函数，U为姿态函数。

在一些可选的实施例中，受力函数F采用下式表示：

其中，ΔF_z指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第一方向上的第一受力变化参数，ΔF_y指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第二方向上的第二受力变化参数，ΔF_x指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第三方向上的第三受力变化参数，第一方向、第二方向和第三方向正交且分别和标准块的第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面垂直，标准块是立方体，第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面互相垂直且有一个共同顶点。

其中指机器人关节函数，工业机器人包括底座、多段机械臂，以及将多段机械臂之间顺序连接的六个关节，其中机器人关节函数/>采用下式计算得到：

其中是预先存储的底座与六个关节中的第一关节之间的坐标系的变换矩阵，知/>分别是预先存储的各组相邻关节之间的坐标系的变换矩阵。

在一些可选的实施例中，多个传感器包括六个传感器，标准块的第一外侧面与第一传感器、第二传感器和第三传感器接触，标准块的第二外侧面与第四传感器和第五传感器接触，标准块的第三外侧面与第六传感器接触，ΔF_z指配重块安装前后，第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的受力变化量的第一平均值，ΔF_y指配重块安装前后，第四传感器和第五传感器多次测量得到的受力变化量的第二平均值，ΔF_x指配重块安装前后，第六传感器多次测量得到的受力变化量的第三平均值。

在一些可选的实施例中，姿态函数U采用下式表示：

U＝[ΔU_x ΔU_y ΔU_z]*R

其中，ΔU_z指配重块安装前后，第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，ΔU_y指配重块安装前后，第四传感器和第五传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，当目标方向为第三方向时，ΔU_x指配重块安装前后，第六传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，R指检测装置上的检测坐标系和标准块上的标准坐标系之间的坐标转换矩阵。

在一些可选的实施例中，坐标转换矩阵R采用下式计算得到：

R＝P*Q

其中P是位移转换矩阵，Q是角度转换矩阵，位移转换矩阵P采用下式计算：

P＝[X′ Y′ Z′]÷[X Y Z]

其中X′＝X+ΔX，Y′＝Y+ΔY，Z′＝Z+ΔZ，X、Y和Z是预先存储的，ΔX是配重块安装前后第四传感器和第五传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔY是是配重块安装前后第六传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔZ是是配重块安装前后第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的位移变化量的平均值。

角度转换矩阵Q采用下式计算：

其中δ、θ和ε是利用控制器确定出的机械臂末端机械参数，机械参数包括机械臂末端在第一方向、第二方向和第三方向的基础上旋转的角度。

采用本申请提供的工业机器人加工刚度检测方法，控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，从而利用标准块模拟机械臂末端的工具，进一步的，再利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块在姿态变化参数和受力变化参数，最终将机械臂的机械参数、姿态变化参数和受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中后，即可得到输出的加工刚度，代替了传统技术中利用激光跟踪仪进行测量的方法，方案成本更低，精度更高，检测结果更准确。

本申请实施例还提供了另一种工业机器人加工刚度检测方法，能够在降低成本的前提下提高检测精度，该检测方法可以由工业机器人的控制器执行。如图2所示，方法包括步骤S201、S202、S203和S204，其中：

在步骤S201中，控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触。

可以理解的是，如图3所示，工业机器人的机械臂末端装配的标准块301和检测装置302上设置的多个传感器接触。

在步骤S202中，确定机械臂末端的机械参数。

机械臂末端的机械参数可以由工业机器人的控制器获取。

在步骤S203中，将配重块安装在工业机器人末端，利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块的姿态变化参数和受力变化参数。

如图3所示，配重块303同样被安装在工业机器人的机械臂的末端，配重块303比标准块301更远离检测装置302。

在步骤S204中，将机械参数、姿态变化参数和受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中，得到输出的加工刚度。

在一些可选的实施例中，刚度函数是预先确定的，刚度函数采用下式表示：

K＝F/U

其中K为加工刚度，F为受力函数，U为姿态函数。

在一些可选的实施例中，受力函数F采用下式表示：

在一些可选的实施例中，其中指机器人关节函数，也是机械臂末端的机械参数之一。工业机器人包括底座、多段机械臂，以及将多段机械臂之间顺序连接的六个关节，其中机器人关节函数/>采用下式计算得到：

其中是预先存储的底座与六个关节中的第一关节之间的坐标系的变换矩阵，知/>分别是预先存储的各组相邻关节之间的坐标系的变换矩阵。由上式可见，/>表示了从底座到机械臂末端的变换矩阵。

可以理解的是，由于不同型号的工业机器人有不同的机械结构，因此当工业机器人的型号被确定后，就可以得到知/>

其中，ΔF_z指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第一方向上的第一受力变化参数，ΔF_y指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第二方向上的第二受力变化参数，ΔF_x指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第三方向上的第三受力变化参数。如图4所示，第一方向401、第二方向402和第三方向403正交且分别和标准块的第一外侧面404、第二外侧面405和第三外侧面406垂直，标准块是立方体，第一外侧面404、第二外侧面405和第三外侧面406互相垂直且有一个共同顶点。

在一些可选的实施例中，多个传感器包括六个传感器，如图4所示，标准块的第一外侧面404与第一传感器407、第二传感器408和第三传感器409接触，标准块的第二外侧面405与第四传感器410和第五传感器411接触，标准块的第三外侧面406与第六传感器412接触，ΔF_z指配重块安装前后，第一传感器407、第二传感器408和第三传感器409多次测量得到的受力变化量的第一平均值，ΔF_y指配重块安装前后，第四传感器410和第五传感器411多次测量得到的受力变化量的第二平均值，ΔF_x指配重块安装前后，第六传感器412多次测量得到的受力变化量的第三平均值。可以理解的是，六个传感器具有测力功能，受力变化量指配重块安装前后传感器测出的受力值的差值的绝对值。图4中的413是标准块。

在一些可选的实施例中，姿态函数U采用下式表示：

U＝[ΔU_x ΔU_y ΔU_z]*R

其中，ΔU_z指配重块安装前后，第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，ΔU_y指配重块安装前后，第四传感器和第五传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，当目标方向为第三方向时，ΔU_x指配重块安装前后，第六传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值。可以理解的是，六个传感器还具有测量位置和距离的功能，能够测量出坐标变化量。

R指检测装置上的检测坐标系和标准块上的标准坐标系之间的坐标转换矩阵。如图4所示，检测装置上设置有一个检测坐标系(O_b，X_b，Y_b，Z_b)，标准块的中心设置有一个标准坐标系(O_n，X_n，Y_n，Z_n)。

在一些可选的实施例中，坐标转换矩阵R采用下式计算得到：

R＝P*Q

其中P是位移转换矩阵，Q是角度转换矩阵，位移转换矩阵P采用下式计算：

P＝[X′ Y′ Z′]÷[X Y Z]

其中X′＝X+ΔX，Y′＝Y+ΔY，Z′＝Z+ΔZ，[X Y Z]是没有安装配重块时标准坐标系的原点在检测坐标系中的坐标表示，X、Y和Z均可以通过标定得到并预先存储。

ΔX是配重块安装前后第四传感器和第五传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔY是是配重块安装前后第六传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔZ是是配重块安装前后第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的位移变化量的平均值。

角度转换矩阵Q采用下式计算：

其中δ、θ和ε是机械臂末端在第一方向、第二方向和第三方向的基础上旋转的角度，也属于利用控制器确定出的机械臂末端机械参数。

可以理解的是，如图5所示，标准坐标系(O_n，X_n，Y_n，Z_n)存在三个坐标轴X_n，Y_n，Z_n，δ、θ和ε可以是利用控制器确定出的在配重块安装前后三个坐标轴X_n，Y_n，Z_n分别转过的角度，配重块安装前坐标轴为X_n，Y_n，Z_n，配重块安装后坐标轴为X_n′，Y_n′，Z_n′。

采用本申请提供的工业机器人加工刚度检测方法，控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，从而利用标准块模拟机械臂末端的工具，进一步的，再利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块在姿态变化参数和受力变化参数，最终将机械臂的机械参数、姿态变化参数和受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中后，即可得到输出的加工刚度，代替了传统技术中利用激光跟踪仪进行测量的方法，大幅降低机器人刚度检测成本和效率，避免了激光跟踪仪、千分表等传统检测方法易受温度、振动、光照、位置偏差等因素影响的缺点，采用工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器检测机器人末端变形和受力能够有效提高机器人加工精度。

本申请实施例还提供了一种工业机器人加工刚度检测装置，能够在降低成本的前提下提高检测精度，该检测装置可以设置在工业机器人的控制器中。如图6所示，装置包括：

控制模块601，被配置为控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，并确定机械臂末端的机械参数。

获取模块602，被配置为将配重块安装在工业机器人末端，利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块的姿态变化参数和受力变化参数。

计算模块603，被配置为将机械参数、姿态变化参数和受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中，得到输出的加工刚度。

在一些可选的实施例中，刚度函数采用下式表示：

K＝F/U

其中K为加工刚度，F为受力函数，U为姿态函数。

在一些可选的实施例中，受力函数F采用下式表示：

其中，ΔF_z指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第一方向上的第一受力变化参数，ΔF_y指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第二方向上的第二受力变化参数，ΔF_x指多个传感器获取的配重安装前后，标准块在第三方向上的第三受力变化参数，第一方向、第二方向和第三方向正交且分别和标准块的第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面垂直，标准块是立方体，第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面互相垂直且有一个共同顶点。

其中指机器人关节函数，工业机器人包括底座、多段机械臂，以及将多段机械臂之间顺序连接的六个关节，其中机器人关节函数/>采用下式计算得到：

其中是预先存储的底座与六个关节中的第一关节之间的坐标系的变换矩阵，知/>分别是预先存储的各组相邻关节之间的坐标系的变换矩阵。

在一些可选的实施例中，多个传感器包括六个传感器，标准块的第一外侧面与第一传感器、第二传感器和第三传感器接触，标准块的第二外侧面与第四传感器和第五传感器接触，标准块的第三外侧面与第六传感器接触，ΔF_z指配重块安装前后，第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的受力变化量的第一平均值，ΔF_y指配重块安装前后，第四传感器和第五传感器多次测量得到的受力变化量的第二平均值，ΔF_x指配重块安装前后，第六传感器多次测量得到的受力变化量的第三平均值。

在一些可选的实施例中，姿态函数U采用下式表示：

U＝[ΔU_x ΔU_y ΔU_z]*R

其中，ΔU_z指配重块安装前后，第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，ΔU_y指配重块安装前后，第四传感器和第五传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，当目标方向为第三方向时，ΔU_x指配重块安装前后，第六传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，R指检测装置上的检测坐标系和标准块上的标准坐标系之间的坐标转换矩阵。

在一些可选的实施例中，坐标转换矩阵R采用下式计算得到：

R＝P*Q

其中P是位移转换矩阵，Q是角度转换矩阵，位移转换矩阵P采用下式计算：

P＝[X′ Y′ Z′]÷[X Y Z]

其中X′＝X+ΔX，Y′＝Y+ΔY，Z′＝Z+ΔZ，X、Y和Z是预先存储的，ΔX是配重块安装前后第四传感器和第五传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔY是是配重块安装前后第六传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔZ是是配重块安装前后第一传感器、第二传感器和第三传感器多次测量得到的位移变化量的平均值。

角度转换矩阵Q采用下式计算：

其中δ、θ和ε是利用控制器确定出的机械臂末端机械参数，机械参数包括机械臂末端在第一方向、第二方向和第三方向的基础上旋转的角度。

采用本申请提供的工业机器人加工刚度检测装置，控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，从而利用标准块模拟机械臂末端的工具，进一步的，再利用多个传感器获取配重块安装前后，标准块在姿态变化参数和受力变化参数，最终将机械臂的机械参数、姿态变化参数和受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中后，即可得到输出的加工刚度，代替了传统技术中利用激光跟踪仪进行测量的方法，方案成本更低，精度更高，检测结果更准确。

本实施例与方法实施例基于相同的发明构思，是与方法实施例相对应的装置实施例，因此本领域技术人员应该理解，对方法实施例的说明也同样适应于本实施例，有些技术细节在本实施例中不再详述。

本申请实施例还提供了一种车辆，包括上一实施例提供的基于滑膜控制的自适应巡航控制装置。

在本申请中，应该理解到，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的。

应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

以上仅是为了便于本领域的技术人员理解本申请的技术方案，并不用以限制本申请。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种工业机器人加工刚度检测方法，其特征在于，所述方法包括：

控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，并确定所述机械臂末端的机械参数；

将配重块安装在所述工业机器人末端，利用所述多个传感器获取所述配重块安装前后，所述标准块的姿态变化参数和受力变化参数；

将所述机械参数、所述姿态变化参数和所述受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中，得到输出的加工刚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刚度函数采用下式表示：

K＝F/U

其中K为所述加工刚度，F为受力函数，U为姿态函数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述受力函数F采用下式表示：

其中，ΔF_z指所述多个传感器获取的所述配重安装前后，所述标准块在第一方向上的第一受力变化参数，ΔF_y指所述多个传感器获取的所述配重安装前后，所述标准块在第二方向上的第二受力变化参数，ΔF_x指所述多个传感器获取的所述配重安装前后，所述标准块在第三方向上的第三受力变化参数，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向正交且分别和所述标准块的第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面垂直，所述标准块是立方体，所述第一外侧面、所述第二外侧面和所述第三外侧面互相垂直且有一个共同顶点；

其中指机器人关节函数，所述工业机器人包括底座、多段机械臂，以及将所述多段机械臂之间顺序连接的六个关节，其中所述机器人关节函数/>采用下式计算得到：

其中是预先存储的所述底座与所述六个关节中的第一关节之间的坐标系的变换矩阵，/>和/>分别是预先存储的各组相邻关节之间的坐标系的变换矩阵。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多个传感器包括六个传感器，所述标准块的第一外侧面与第一传感器、第二传感器和第三传感器接触，所述标准块的第二外侧面与第四传感器和第五传感器接触，所述标准块的第三外侧面与第六传感器接触，ΔF_z指所述配重块安装前后，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器多次测量得到的受力变化量的第一平均值，ΔF_y指所述配重块安装前后，所述第四传感器和所述第五传感器多次测量得到的受力变化量的第二平均值，ΔF_x指所述配重块安装前后，所述第六传感器多次测量得到的受力变化量的第三平均值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述姿态函数U采用下式表示：

U＝[ΔU_xΔU_yΔU_z]*R

其中，ΔU_z指所述配重块安装前后，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，ΔU_y指所述配重块安装前后，所述第四传感器和所述第五传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，当所述目标方向为所述第三方向时，ΔU_x指所述配重块安装前后，所述第六传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，R指所述检测装置上的检测坐标系和所述标准块上的标准坐标系之间的坐标转换矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述坐标转换矩阵R采用下式计算得到：

R＝P*Q

其中P是位移转换矩阵，Q是角度转换矩阵，所述位移转换矩阵P采用下式计算：

P＝[X^′Y^′Z^′]÷[XYZ]

其中X′＝X+ΔX，Y′＝Y+ΔY，Z′＝Z+ΔZ，X、Y和Z是预先存储的，ΔX是所述配重块安装前后所述第四传感器和所述第五传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔY是是所述配重块安装前后所述第六传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔZ是是所述配重块安装前后所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器多次测量得到的位移变化量的平均值；

所述角度转换矩阵Q采用下式计算：

其中δ、θ和ε是利用控制器确定出的所述机械臂末端所述机械参数，所述机械参数包括所述机械臂末端在所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向的基础上旋转的角度。

7.一种工业机器人加工刚度检测装置，其特征在于，所述装置包括：

控制模块，被配置为控制工业机器人的机械臂末端装配的标准块和检测装置上设置的多个传感器接触，并确定所述机械臂末端的机械参数；

获取模块，被配置为将配重块安装在所述工业机器人末端，利用所述多个传感器获取所述配重块安装前后，所述标准块的姿态变化参数和受力变化参数；

计算模块，被配置为将所述机械参数、所述姿态变化参数和所述受力变化参数作为自变量代入预先存储的刚度函数中，得到输出的加工刚度。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述刚度函数采用下式表示：

K＝F/U

其中K为所述加工刚度，F为受力函数，U为姿态函数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述受力函数F采用下式表示：

其中，ΔF_z指所述多个传感器获取的所述配重安装前后，所述标准块在第一方向上的第一受力变化参数，ΔF_y指所述多个传感器获取的所述配重安装前后，所述标准块在第二方向上的第二受力变化参数，ΔF_x指所述多个传感器获取的所述配重安装前后，所述标准块在第三方向上的第三受力变化参数，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向正交且分别和所述标准块的第一外侧面、第二外侧面和第三外侧面垂直，所述标准块是立方体，所述第一外侧面、所述第二外侧面和所述第三外侧面互相垂直且有一个共同顶点；

其中指机器人关节函数，所述工业机器人包括底座、多段机械臂，以及将所述多段机械臂之间顺序连接的六个关节，其中所述机器人关节函数/>采用下式计算得到：

其中是预先存储的所述底座与所述六个关节中的第一关节之间的坐标系的变换矩阵，/>和/>分别是预先存储的各组相邻关节之间的坐标系的变换矩阵。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述多个传感器包括六个传感器，所述标准块的第一外侧面与第一传感器、第二传感器和第三传感器接触，所述标准块的第二外侧面与第四传感器和第五传感器接触，所述标准块的第三外侧面与第六传感器接触，ΔF_z指所述配重块安装前后，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器多次测量得到的受力变化量的第一平均值，ΔF_y指所述配重块安装前后，所述第四传感器和所述第五传感器多次测量得到的受力变化量的第二平均值，ΔF_x指所述配重块安装前后，所述第六传感器多次测量得到的受力变化量的第三平均值。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述姿态函数U采用下式表示：

U＝[ΔU_xΔU_yΔU_z]*R

其中，ΔU_z指所述配重块安装前后，所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，ΔU_y指所述配重块安装前后，所述第四传感器和所述第五传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，当所述目标方向为所述第三方向时，ΔU_x指所述配重块安装前后，所述第六传感器多次测量得到的坐标变化量的平均值，R指所述检测装置上的检测坐标系和所述标准块上的标准坐标系之间的坐标转换矩阵。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述坐标转换矩阵R采用下式计算得到：

R＝P*Q

其中P是位移转换矩阵，Q是角度转换矩阵，所述位移转换矩阵P采用下式计算：

P＝[X^′Y^′Z^′]÷[XYZ]

其中X′＝X+ΔX，Y′＝Y+ΔY，Z′＝Z+ΔZ，X、Y和Z是预先存储的，ΔX是所述配重块安装前后所述第四传感器和所述第五传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔY是是所述配重块安装前后所述第六传感器多次测量得到的位移变化量的平均值，ΔZ是是所述配重块安装前后所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器多次测量得到的位移变化量的平均值；

所述角度转换矩阵Q采用下式计算：

其中δ、θ和ε是利用控制器确定出的所述机械臂末端所述机械参数，所述机械参数包括所述机械臂末端在所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向的基础上旋转的角度。