專利名稱:一種工業(yè)機(jī)器人位姿檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種工業(yè)機(jī)器人位姿檢測裝置。其測量裝置：兩個(gè)移動(dòng)支架的垂直安裝于90o角軌道的兩側(cè)，不可移動(dòng)支架垂直安裝于90o角軌道的頂端，兩臺(tái)CCD相機(jī)分別安裝在移動(dòng)支架上，三臺(tái)激光測距儀分別放置于不可移動(dòng)支架上；其執(zhí)行器：呈正四面體，內(nèi)裝有垂直向下的固定桿，執(zhí)行器通過錐底面與工業(yè)機(jī)器人法蘭盤相連接，三個(gè)外表面分別鋪設(shè)平行光源，九個(gè)靶球，其中七個(gè)安裝于執(zhí)行器上作為CCD相機(jī)待測點(diǎn)，二個(gè)安裝于CCD相機(jī)上作為激光測距儀測量點(diǎn)；工業(yè)機(jī)器人放在測量裝置的視覺場內(nèi)。激光測距儀用于檢測相機(jī)的位置，為視覺場提供坐標(biāo)值。通過數(shù)據(jù)線將相機(jī)、激光測距儀采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入上位機(jī)中進(jìn)行處理，檢測工業(yè)機(jī)器人位姿特性。
【專利說明】一種工業(yè)機(jī)器人位姿檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及位姿檢測裝置，特別涉及一種工業(yè)機(jī)器人位姿檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]國標(biāo)GB/T 12642規(guī)定工業(yè)機(jī)器人位姿檢測包含位姿精確度和位姿重復(fù)性、多方向位姿準(zhǔn)確度變動(dòng)、距離準(zhǔn)確度和距離重復(fù)性、位置穩(wěn)定時(shí)間、位置超調(diào)量、位姿特性漂移、互換性。并且在其中的多項(xiàng)指標(biāo)需要各測量負(fù)載100%、50%、30%、10%時(shí)的值。目前比較成熟的檢測工業(yè)機(jī)器人位姿的方法主要有激光跟蹤儀法、三坐標(biāo)機(jī)測量法、視覺成像法等。激光跟蹤儀如萊卡AT901搭配特殊附件能夠大范圍精確檢測位姿特性，但是其存在價(jià)格高昂、存在檢測死角等問題。三坐標(biāo)機(jī)測量法又分便攜式檢測與固定式檢測兩種，便攜式檢測如ROMER絕對(duì)臂測量機(jī)能夠較好地完成測量工作，但是其價(jià)格較高、精度只能達(dá)到50微米不滿足高精度測量的要求，固定式三坐標(biāo)機(jī)測量精度高可以滿足精度要求，但是存在效率低、不能進(jìn)行現(xiàn)場測量等問題。視覺成像法如WLS qFLASH緊湊型白光拍照式測量系統(tǒng)能夠進(jìn)行立體成像，但是也存在價(jià)格高、精度不高等問題。總之，現(xiàn)在的檢測方法普遍存在儀器價(jià)格高、各自存在局限性等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有檢測設(shè)備的缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種工業(yè)機(jī)器人位姿檢測裝置，實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)可變負(fù)載值的精密測量，通過數(shù)據(jù)線將相機(jī)和激光測距儀的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，提高了測量的效率與準(zhǔn)確性。
[0004]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0005]本實(shí)用新型主要由測量裝置和裝在工業(yè)機(jī)器人末端的執(zhí)行器組成；其中:
[0006]測量裝置:能實(shí)現(xiàn)平移的第一移動(dòng)支架和第二移動(dòng)支架的一端垂直安裝于90°角軌道的兩側(cè)，不可移動(dòng)支架垂直安裝于于90°角軌道的頂端，第一臺(tái)CCD相機(jī)和第二臺(tái)CCD相機(jī)分別安裝在第一移動(dòng)支架、第二移動(dòng)支架上，三臺(tái)激光測距儀安裝在不可移動(dòng)支架上，第一激光測距儀對(duì)準(zhǔn)90°角軌道的底面，第二激光測距儀對(duì)準(zhǔn)在第一臺(tái)CCD相機(jī)的第一靶球SI，第一靶球SI為與激光測距儀8相配套的反射裝置，第三激光測距儀9對(duì)準(zhǔn)在第二臺(tái)CXD相機(jī)5的第二靶球S2，第二靶球S2為與激光測距儀9相配套的反射裝置。
[0007]執(zhí)行器11:呈正四面體，其錐底面為A，三個(gè)外表面分別為B、C、D，正四面體的三個(gè)外表面交點(diǎn)的頂部內(nèi)，裝有垂直向下的固定桿E，固定桿E能與不同重量的重物F、G、H、J相配合，執(zhí)行器11通過錐底面A與工業(yè)機(jī)器人10法蘭盤相連接，正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)分別設(shè)有一個(gè)靶球，即第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5和第六靶球S6，外表面B、C、D中心點(diǎn)均設(shè)有一個(gè)靶球，即第七靶球S7、第八靶球S8和第九靶球S9，第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5、第六靶球S6、第七靶球S7、第八靶球S8、第九靶球S9均為待測球體，三個(gè)外表面B、C、D分別鋪設(shè)平行光源；工業(yè)機(jī)器人10放置在測量裝置的視覺場內(nèi)。
[0008]所述不同重量的重物F、G、H、J為球形體、錐體或正方體。
[0009]所述錐底面A面與執(zhí)行器11底邊為鉸鏈連接。
[0010]與【背景技術(shù)】相比，本實(shí)用新型具有的有益效果是:
[0011]本實(shí)用新型通過X、y、z得知視覺場的坐標(biāo)信息，將x、y、z的數(shù)據(jù)值與(XD相機(jī)拍攝的圖像信息通過數(shù)據(jù)線傳送到PC機(jī)端，在PC機(jī)上選取合適的面進(jìn)行位姿測算，以平面的四個(gè)靶球位置確定平面姿態(tài)進(jìn)而確定末端法蘭盤姿態(tài)，以錐頂靶球位置確定末端法蘭盤位置，從而高效、精確的進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人位姿檢測。
[0012]本實(shí)用新型的執(zhí)行器可實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載值時(shí)的測量，并且執(zhí)行器的三面設(shè)計(jì)確保了測量位姿無死角。

【附圖說明】

[0013]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行器俯視圖。
[0015]圖3是工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是工業(yè)機(jī)器人執(zhí)行器加載重物示意圖。
[0017]圖中:1、90°角軌道，2、第一可移動(dòng)支架，3、第二可移動(dòng)支架，4、不可移動(dòng)支架，5、第一臺(tái)CXD相機(jī)，6、第二臺(tái)CXD相機(jī)，7、第一激光測距儀，8、第二激光測距儀，9、第三激光測距儀，10、工業(yè)機(jī)器人，11、執(zhí)行器。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
[0019]本實(shí)用新型主要由測量裝置和裝在工業(yè)機(jī)器人10末端的執(zhí)行器11組成；其中:
[0020]如圖1所示，測量裝置:能實(shí)現(xiàn)平移的第一移動(dòng)支架2和第二移動(dòng)支架3的一端垂直安裝于90°角軌道I的兩側(cè)，不可移動(dòng)支架4垂直安裝于于90°角軌道I的頂端，第一臺(tái)CXD相機(jī)5和第二臺(tái)CXD相機(jī)6分別安裝在第一移動(dòng)支架2、第二移動(dòng)支架3上，三臺(tái)激光測距儀7、8、9安裝在不可移動(dòng)支架4上(三臺(tái)激光測距儀相對(duì)位置固定，第二激光測距儀8和第三激光測距儀9高度相同，第一激光測距儀7高度可以不同)，第一激光測距儀7對(duì)準(zhǔn)90°角軌道I的底面，第二激光測距儀8對(duì)準(zhǔn)在第一臺(tái)CXD相機(jī)5的第一靶球SI，第一靶球SI為與激光測距儀8相配套的反射裝置，第三激光測距儀9對(duì)準(zhǔn)在第二臺(tái)CCD相機(jī)5的第二靶球S2，第二靶球S2為與激光測距儀9相配套的反射裝置。
[0021]如圖2、圖3、圖4所示，執(zhí)行器:呈正四面體，其錐底面為A，三個(gè)外表面分別為B、C、D，正四面體的三個(gè)外表面交點(diǎn)的頂部內(nèi)，裝有垂直向下的固定桿E，固定桿E能與不同重量的重物F、G、H、J相配合，執(zhí)行器通過錐底面A與工業(yè)機(jī)器人法蘭盤相連接，正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)分別設(shè)有一個(gè)靶球，即第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5和第六靶球S6，外表面B、C、D中心點(diǎn)均設(shè)有一個(gè)靶球，即第七靶球S7、第八靶球S8和第九靶球S9，第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5、第六靶球S6、第七靶球S7、第八靶球S8、第九靶球S9均為待測球體，三個(gè)外表面B、C、D分別鋪設(shè)平行光源；工業(yè)機(jī)器人放置在測量裝置的視覺場內(nèi)。所述錐底面A面與執(zhí)行器底邊為鉸鏈連接。
[0022]如圖4所示，所述不同重量的重物F、G、H、J為球形體、錐體或正方體等規(guī)則形體，只要是其體心與重心重合的重物均可，重物F的重量值為待測工業(yè)機(jī)器人額定負(fù)載值的10%，重物G的重量值為待測工業(yè)機(jī)器人額定負(fù)載值的30%，重物H的重量值為待測工業(yè)機(jī)器人額定負(fù)載值的50%，重物J的重量值為待測工業(yè)機(jī)器人額定負(fù)載值的100%。
[0023]以下為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例:
[0024]I)測量工業(yè)機(jī)器人負(fù)載值為額定負(fù)載10%時(shí)的位姿:
[0025]步驟I)打開執(zhí)行器11底面A，將重物F與執(zhí)行器11內(nèi)部的固定桿E相配合，閉合執(zhí)行器11底面A，通過錐底面A將執(zhí)行器11與工業(yè)機(jī)器人10末端法蘭盤相連接，將工業(yè)機(jī)器人10移動(dòng)到某一指定位姿，
[0026]步驟2)調(diào)整第一可移動(dòng)支架2、第二可移動(dòng)支架3與第一臺(tái)C⑶相機(jī)5、第二臺(tái)CXD相機(jī)6的位置，使執(zhí)行器11進(jìn)入CCD相機(jī)視場內(nèi)，調(diào)整第二激光測距儀8的高度，當(dāng)?shù)诙す鉁y距儀8捕捉第一臺(tái)CXD相機(jī)5上第一靶球SI的反射信號(hào)時(shí)，第二激光測距儀8與第一臺(tái)CXD相機(jī)5距離最短，第一激光測距儀7測量并記錄第一臺(tái)CXD相機(jī)5的高度，第二激光測距儀8測量并記錄第一臺(tái)CXD相機(jī)5到不可移動(dòng)支架4的水平距離，再次調(diào)整第三激測距儀9的高度，當(dāng)?shù)谌y距儀9捕捉第二臺(tái)CXD相機(jī)6上第二靶球S2的反射信號(hào)時(shí)，第三激光測距儀9與第二臺(tái)CXD相機(jī)6距離最短，第一激光測距儀7測量并記錄第二臺(tái)CXD相機(jī)6的高度，第三激光測距儀9測量并記錄第二臺(tái)CCD相機(jī)6到不可移動(dòng)支架4的水平距離，將二臺(tái)CCD相機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)與三臺(tái)激光測距儀測量的二臺(tái)CCD相機(jī)的位置數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)資料上傳至上位機(jī)中，首先在上位機(jī)中計(jì)算出相機(jī)的空間坐標(biāo)，再次在CCD相機(jī)采集的圖像中選取執(zhí)行器的三個(gè)外表面B、C、D中圖形最大的一面，如B面，提取該面上四個(gè)靶球S4、S5、S6、S7的位置，并以這四個(gè)靶球34、55、56、57位置確定平面并與底面形成平面角，此平面角換算得到末端法蘭盤姿態(tài)角，以靶球S6的位置作為執(zhí)行器的位置，換算得到工業(yè)機(jī)器人10末端法蘭盤位置，由此，可以確定工業(yè)機(jī)器人10末端姿態(tài)。
[0027]2)測量工業(yè)機(jī)器人負(fù)載值為額定負(fù)載30%時(shí)的位姿精度:
[0028]步驟I)打開執(zhí)行器11底面A，將重物G與執(zhí)行器11內(nèi)部固定桿E相配合，閉合執(zhí)行器11底面A，通過錐底面A將執(zhí)行器11與工業(yè)機(jī)器人10末端法蘭盤相連接，設(shè)定工業(yè)機(jī)器人10移動(dòng)到指定位姿。
[0029]步驟2)調(diào)整第一可移動(dòng)支架2、第二可移動(dòng)支架3與第一臺(tái)C⑶相機(jī)5、第二臺(tái)CXD相機(jī)6的位置，使執(zhí)行器11進(jìn)入CCD相機(jī)視場內(nèi)，調(diào)整第二激光測距儀8的高度當(dāng)?shù)诙す鉁y距儀8捕捉第一臺(tái)CXD相機(jī)5上第二靶球SI的反射信號(hào)時(shí)，第二激光測距儀8與第一臺(tái)CXD相機(jī)5距離最短，第一激光測距儀7測量并記錄第一臺(tái)CXD相機(jī)5的高度，第二激光測距儀8測量并記錄第一臺(tái)CCD相機(jī)5到不可移動(dòng)支架4的水平距離，再次調(diào)整第三激光測距儀的高度當(dāng)?shù)谌y距儀9捕捉第二臺(tái)CXD相機(jī)6上第二靶球S2的反射信號(hào)時(shí)，第三激光測距儀9與第二臺(tái)CXD相機(jī)6距離最短，第一激光測距儀7測量并記錄第二臺(tái)CXD相機(jī)6的高度，第三激光測距儀9測量并記錄第二臺(tái)CCD相機(jī)6到不可移動(dòng)支架4的水平距離，將二臺(tái)CCD相機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)與三臺(tái)激光測距儀測量的二臺(tái)CCD相機(jī)的位置數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)資料上傳至上位機(jī)中，首先在上位機(jī)中計(jì)算出相機(jī)的空間坐標(biāo)，再次在CCD相機(jī)采集的圖像中選取執(zhí)行器的三個(gè)外表面B、C、D中圖形最大的一面，如B面，提取該面上四個(gè)靶球S4、S5、S6、S7的位置，并以這四個(gè)靶球34、55、56、57位置確定平面并與底面形成平面角，此平面角換算得到末端法蘭盤姿態(tài)角，以靶球S6的位置作為執(zhí)行器的位置，換算得到工業(yè)機(jī)器人10末端法蘭盤位置，由此，可以確定工業(yè)機(jī)器人10末端姿態(tài)。
[0030]步驟3)通過步驟2)測的的位姿與步驟I)中工業(yè)機(jī)器人指定工業(yè)機(jī)器人位姿比較，可換算出測量裝置坐標(biāo)與工業(yè)機(jī)器人給定坐標(biāo)的差值，進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人標(biāo)定補(bǔ)償
[0031]步驟4)給定工業(yè)機(jī)器人另一指定位姿，重復(fù)步驟2)，測量得到的的機(jī)器人位姿與步驟3)中指定的工業(yè)機(jī)器人位姿比較，所得結(jié)果為工業(yè)機(jī)器人負(fù)載值為額定負(fù)載30%時(shí)的位姿精度。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)機(jī)器人位姿檢測裝置，其特征在于:主要由測量裝置和裝在工業(yè)機(jī)器人(10)末端的執(zhí)行器(11)組成；其中: 測量裝置:能實(shí)現(xiàn)平移的第一移動(dòng)支架(2)和第二移動(dòng)支架(3)的一端垂直安裝于90°角軌道(I)的兩側(cè)，不可移動(dòng)支架(4)垂直安裝于于90°角軌道(I)的頂端，第一臺(tái)CCD相機(jī)(5)和第二臺(tái)CCD相機(jī)(6)分別安裝在第一移動(dòng)支架(2)、第二移動(dòng)支架(3)上，三臺(tái)激光測距儀(7、8、9)安裝在不可移動(dòng)支架(4)上，第一激光測距儀(7)對(duì)準(zhǔn)90°角軌道(I)的底面，第二激光測距儀(8)對(duì)準(zhǔn)在第一臺(tái)CCD相機(jī)(5)的第一靶球SI，第一靶球SI為與激光測距儀(8)相配套的反射裝置，第三激光測距儀(9)對(duì)準(zhǔn)在第二臺(tái)CCD相機(jī)(5)的第二靶球S2，第二靶球S2為與激光測距儀(9)相配套的反射裝置； 執(zhí)行器(11):呈正四面體，其錐底面為A，三個(gè)外表面分別為B、C、D，正四面體的三個(gè)外表面交點(diǎn)的頂部內(nèi)，裝有垂直向下的固定桿E，固定桿E能與不同重量的重物F、G、H、J相配合，執(zhí)行器(11)通過錐底面A與工業(yè)機(jī)器人(10)法蘭盤相連接，正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)分別設(shè)有一個(gè)靶球，即第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5和第六靶球S6，外表面B、C、D中心點(diǎn)均設(shè)有一個(gè)靶球，即第七靶球S7、第八靶球S8和第九靶球S9，第三靶球S3、第四靶球S4、第五靶球S5、第六靶球S6、第七靶球S7、第八靶球S8、第九靶球S9均為待測球體，三個(gè)外表面B、C、D分別鋪設(shè)平行光源；工業(yè)機(jī)器人(10)放置在測量裝置的視覺場內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種工業(yè)機(jī)器人位姿檢測裝置，其特征在于:所述不同重量的重物F、G、H、J為球形體、錐體或正方體。3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種工業(yè)機(jī)器人位姿檢測裝置，其特征在于:所述錐底面A面與執(zhí)行器(11)底邊為鉸鏈連接。
【文檔編號(hào)】G01B11-00GK204286357SQ201420612594
【發(fā)明者】劉春學(xué), 孫堅(jiān), 沈斌, 孫曉斌, 趙凱, 柳順兵 [申請(qǐng)人]中國計(jì)量學(xué)院, 杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院