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用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统和测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统和测量方法。装置包括工业机器人，测量组件包括测量适配器，拉线编码器，数据采集卡和计算终端；所述测量适配器安装在工业机器人末端执行器上；四个所述拉线编码器通过四条测试线缆连接测量适配器，四个拉线编码器的基点处于同一个平面且四点不共线，四条测试线缆的延长线在空间上交于一点；所述拉线编码器通过导线连接数据采集卡，所述数据采集卡连接计算终端。本方法能够获得工业机器人末端执行器的位置信息，在机器人移动时，可以实时描绘机器人的移动轨迹，计算实时的速度和加速度。本发明结构简单，操作方便，运动空间大，精度高。
【专利说明】用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统和测量方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统和测量方法。

【背景技术】
[0002]工业机器人，作为生产自动化的代表，被广泛应用与工业的各个领域，如汽车制造、化工等行业自动化生产线上的弧焊、点焊、搬运、包装等作业中。工业机器人在自动化生产中代替人完成高质量的工作，提高了产品的生产效率和质量，因此对工业机器人在运动时在空间上的准确定位和速度、加速度的大小要有严格的要求。一般情况下，工业机器人出厂的时候都需要进行定位精度的校准，以及运动过程中速度和加速度的检测。市场上现有的机器人校准方式其一是采用摄像头进行跟踪，采用手动编程，其精度低，且由于摄像光线等缘故对环境要求比较高；其二是采用激光干涉仪等跟踪校准，一般运用于机床上，其精度高，但空间检测实现难度大，且价格昂贵。


【发明内容】

[0003]本发明的目的在于解决已有技术存在的问题，提供一种用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统和测量方法，其测量精度高，可靠性好，运动空间范围大，而且对环境要求低，适用于工业现场。
[0004]为达到上述目的，本发明的构思是:
利用拉线编码器拉出的四条测试线缆，勾住机器人末端执行器上安装的测量适配器，使得四条测试线缆在延伸方向交于一点，根据数据采集卡反映的测试线缆的长度变化，以及测试线缆和测量杆的空间几何关系，换算出机器人末端执行器上的坐标位置，并根据机器人连续移动时的坐标位置描绘出实时运动轨迹，计算出机器人末端执行器的速度和加速度。
[0005]根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案:
一种用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统，包括工业机器人，测量组件包括测量适配器，拉线编码器，数据采集卡和计算终端；所述测量适配器安装在工业机器人末端执行器上；四个所述拉线编码器通过四条测试线缆连接测量适配器，四个拉线编码器的基点处于同一个平面且四点不共线，四条测试线缆的延长线在空间上交于一点；所述拉线编码器通过导线连接数据采集卡，所述数据采集卡连接计算终端。
[0006]所述计算终端为台式计算机或便携式计算机。本系统还包括两根测量杆，四个所述拉线编码器分别安装在测量杆的两端上。
[0007]—种用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量方法，具体步骤如下:
a.任意选取两个拉线编码器，通过数据采集卡反馈给计算终端两条测试线缆的长度值，测量这两个拉线编码器的距离，得到由这三条边构成的三角形；
b.通过迭代法计算得到测试线缆与底边两个拉线编码器基点连线的夹角；
C.通过三角形的空间几何关系解得工业机器人末端执行器上的点的空间坐标初值；
d.重复步骤a-c，得到由不同拉线编码器两两配合得到的末端执行器的空间坐标值，进行误差最小化处理，最终得到末端执行器点位坐标；
e.移动工业机器人的末端执行器，使其改变位置，从而得到不同的测试线缆的长度值；重复步骤a-d，用计算终端计算得到末端执行器不同的点位坐标；
f.操纵工业机器人，使末端执行器运动，计算终端记录下末端执行器实时的空间坐标位置，形成实时轨迹路线；根据采样间隔，由计算终端得到的运动轨迹计算出末端执行器的速度和加速度。
[0008]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著技术进
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少:
本发明采用拉线编码器作为测量的主体，利用拉线编码器的测试线缆长度来换算机器人末端执行器上的点位坐标值变化，适用于工业现场，测试设备使用寿命长，机器人运动空间大，且测得的数据准确性高。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1是本发明实施例一的测量装置示意图。
[0010]图2是本发明实施例二的测量装置示意图。

【具体实施方式】
[0011]本发明的实施例结合附图详述如下:
实施例一:
参见图1，一种用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统，包括工业机器人1，测量组件包括测量适配器2，测量杆3，拉线编码器4，数据采集卡5和台式计算机6 ;所述测量适配器2安装在工业机器人I末端执行器上；四个所述拉线编码器4分别安装在测量杆3的两端上，四个所述拉线编码器4通过四条测试线缆连接测量适配器2，四个拉线编码器4的基点处于同一个平面且四点不共线，四条测试线缆的延长线在空间上交于一点；所述拉线编码器4通过导线连接数据采集卡5，所述数据采集卡5连接台式计算机6。本实施例中的数据采集卡5采用NI PXI6602工控机。
[0012]一种用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量方法，具体步骤如下:
a.选取同一条测量杆3上的两个拉线编码器4，通过数据采集卡5反馈给台式计算机6两条测试线缆的长度值，测量这两个拉线编码器4的距离，得到由这三条边构成的三角形；
b.通过迭代法计算得到测试线缆与底边两个拉线编码器4基点连线的夹角；
c.通过三角形的空间几何关系解得工业机器人I末端执行器上的点的空间坐标初值；
d.重复步骤a-c，得到由不同拉线编码器4两两配合得到的末端执行器的空间坐标值，进行误差最小化处理，最终得到末端执行器点位坐标；
e.移动工业机器人I的末端执行器，使其改变位置，从而得到不同的测试线缆的长度值；重复步骤a-d，用台式计算机6计算得到末端执行器不同的点位坐标；
f.操纵工业机器人1，使末端执行器运动，台式计算机6记录下末端执行器实时的空间坐标位置，形成实时轨迹路线；根据采样间隔，由台式计算机6得到的运动轨迹计算出末端执行器的速度和加速度。
[0013]实施例二:
参见图2,本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于，将实施例一中的两条测量杆3撤去，使四个拉线编码器4安装于其他平面安装基座上，保证四个拉线编码器4安装点基本共面且不共线，同时采用便携式计算机7，重复实施例一的测量方法，也可得相同的结果，充分体现了本方法的简便性、可靠性和对环境要求低，适用于工业现场操作。
【权利要求】
1.一种用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统，包括工业机器人(1)，其特征在于，测量组件包括测量适配器(2)，拉线编码器(4)，数据采集卡(5)和计算终端；所述测量适配器(2)安装在工业机器人(I)末端执行器上；四个所述拉线编码器(4)通过四条测试线缆连接测量适配器(2)，四个拉线编码器(4)的基点处于同一个平面且四点不共线，四条测试线缆的延长线在空间上交于一点；所述拉线编码器(4)通过导线连接数据采集卡(5 )，所述数据采集卡(5 )连接计算终端。
2.根据权利要求1所述的用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统，其特征在于，所述计算终端为台式计算机(6)或便携式计算机(7)。
3.根据权利要求1所述的用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量系统，其特征在于，本系统还包括两根测量杆(3)，四个所述拉线编码器(4)分别安装在测量杆(3)的两端上。
4.一种用于工业机器人空间定位精度和轨迹测量的拉线式测量方法，其特征在于，具体步骤如下: a.任意选取两个拉线编码器(4)，通过数据采集卡(5)反馈给计算终端两条测试线缆的长度值，测量这两个拉线编码器(4)的距离，得到由这三条边构成的三角形； b.通过迭代法计算得到测试线缆与底边两个拉线编码器(4)基点连线的夹角； c.通过三角形的空间几何关系解得工业机器人(I)末端执行器上的点的空间坐标初值； d.重复步骤a-c，得到由不同拉线编码器(4)两两配合得到的末端执行器的空间坐标值，进行误差最小化处理，最终得到末端执行器点位坐标； e.移动工业机器人(I)的末端执行器，使其改变位置，从而得到不同的测试线缆的长度值；重复步骤a-d，用计算终端计算得到末端执行器不同的点位坐标； f.操纵工业机器人(1)，使末端执行器运动，计算终端记录下末端执行器实时的空间坐标位置，形成实时轨迹路线；根据采样间隔，由计算终端得到的运动轨迹计算出末端执行器的速度和加速度。
【文档编号】G01D21/02GK104236629SQ201410474330
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】鲍晟, 宋韬, 洪银芳, 何永义, 郭帅, 陆左锋 申请人:上海大学