专利汇可以提供一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量机构及测量方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于拉线旋转 传感器 的工业 机器人 空间 位姿 测量机构及测量方法,测量机构基于三个拉线 编码器 和一个 旋转编码器 ;方法具体为:测量机构在测量之前对自身进行校准,测量机构测量时, 工业机器人 变换一次末端空间待测试点位姿,首先旋转编码器不旋转,测量机构获得三个拉线位移长度数据,然后旋转编码器旋转一定 角 度第一次,测量机构又获得三个拉线位移长度数据,基于以上数据并借助Stewart数学模型得到工业机器人末端空间待测试点在测试机构基 坐标系 下的一组位姿解,通过坐标转换,得到在工业机器人末端运动的基坐标系中的一组位姿解。本发明具有自身校准功能,结构简单,环境适应性强,成本低, 精度 高。,下面是一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量机构及测量方法专利的具体信息内容。
1.一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量机构,其特征在于,包括:基座(1)和测试平台(7);基座(1)上安装有旋转平台(2),在上述旋转平台(2)上分方向安装有三个拉线编码器(3)和三个转向机构(4),所述的测试平台(7)上安装有三个拉线适配机构(6),三个拉线编码器(3)中的拉线(5)通过各自的转向机构(4)与各自的拉线适配机构(6)相连。
2.一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)机器人处于初始位姿,在此位姿下,把机器人的腕坐标系作为机器人末端运动的基坐标系,机器人运动,对应的腕坐标系相对上述基坐标系的位姿变化即为机器人的位姿解;
(2)旋转平台(2)旋转,通过旋转编码器获得旋转平台(2)旋转角度,通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据;
(3)重复步骤(2)共5次;借助步骤(2)中数据,共获得三个拉线(5)的位移长度数据18个,其中每根拉线的位移长度数据6个,记为1组拉线数据;共获得旋转平台(2)旋转角度6个,记为1组旋转平台数据;选择上述1组拉线数据和1组旋转平台数据,根据并联机构运动学原理联立方程,并利用牛顿迭代法进行反复迭代求出解析解,其他2组拉线数据分别和上述1组旋转平台数据结合同理可得,完成转向机构(4)在旋转平台(2)上、拉线适配机构(6)在测试平台(7)上的校准,并计算出转向机构(4)与拉线适配机构(6)之间三个拉线(5)的初始长度;
(4)机器人回到初始位姿,控制机器人的腕坐标系的原点不变,改变机器人的姿态1次,通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据;
(5)重复步骤(2),并借助步骤(4)中所得数据,基于Stewart数学模型计算方法,确定三个拉线适配机构(6)在测试机构基坐标系下的坐标,从而确定机器人末端运动的基坐标系的坐标原点在测试机构基坐标系下的坐标,因此上述坐标原点与所述的三个拉线适配机构(6)组成的三棱锥的大小已经确定;
(6)机器人回到初始位姿,让机器人沿机器人末端运动的基坐标系的X轴方向移动△X,记为位置1,通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据;
(7)重复步骤(2),并借助步骤(6)中所得数据,基于Stewart数学模型计算方法,获得位置1在测试机构基坐标系下的坐标;
(8)机器人回到初始位姿,让机器人沿机器人末端运动的基坐标系的Z轴方向移动△Z,记为位置2,通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据;
(9)重复步骤(2),并借助步骤(8)中所得数据,基于Stewart数学模型计算方法,获得位置2在测试机构基坐标系下的坐标;利用步骤(6)至步骤(9)中所得数据,得到机器人末端运动的基坐标系与测试机构基坐标系之间的旋转变换关系;利用步骤(5)中所得的机器人末端运动的基坐标系的坐标原点在测试机构基坐标系下的坐标,得到机器人末端运动的基坐标系与测试机构基坐标系之间的平移变换关系;基于上述旋转和平移变换关系,任何测试机构基坐标系下的坐标均可以转换到机器人末端运动的基坐标系中表示;
(10)校准完成,对机器人开始测试:机器人从初始位姿运动到待测试位姿;
(11)通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据;
(12)重复步骤(2),并借助步骤(11)中所得数据,通过步骤(9)中的旋转和平移变换关系,得到机器人在待测试位姿下腕坐标系相对于机器人末端运动的基坐标系的旋转和平移关系,即获得了机器人末端空间位姿的三维测量;
(13)机器人继续运动,重复步骤(11)-步骤(12),得到机器人一系列的位姿。
3.如权利要求2所述的基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量方法,其特征在于,步骤(3)中,借助步骤(2)中数据,完成转向机构(4)在旋转平台(2)上、拉线适配机构(6)在测试平台(7)上的校准,并计算出转向机构(4)与拉线适配机构(6)之间三个拉线(5)的初始长度,即计算精确的Aj0和Bj0点在O-XYZ坐标系中的坐标值,具体如下:
所述的旋转平台(2)上的虚拟等效基点Aji在O-XYZ坐标系中,以球坐标形式表示j=1,2,3;i=k+1;k=0,1···5,其中rj0为Aji到O点距离,θj0为OAji与Z轴夹角, 为OAji与X轴夹角;所述的 为旋转平台(2)初始位姿下OAji与X轴夹角;于是转向机构(4)在旋转平台(2)上的校准便是计算rj0,θj0和 的精确解;
所述的测试平台(7)上的虚拟等效基点Bjm在O-XYZ坐标系中,以直角坐标形式表示Bjm(xjm,yjm,zjm),j=1,2,3;m表示测试平台(7)在第m个位姿,初始情况下m=0;于是拉线适配机构(6)在测试平台(7)上的校准便是计算Bj0的精确解;
所述的 与 之差 为旋转平台(2)第i次的旋转角度,上述 通过旋转编码器读取;所述的拉线长度AjiBjm与AjkBjm之差△Ljim为测试平台(7)在第m个位姿下,旋转平台(2)第i次旋转后拉线位移长度变化数据,上述△Ljim通过拉线编码器读取;
三个拉线编码器(3)中的拉线(5)位移长度变化如下关系:
基于以上关系式并借助Stewart数学模型计算方法,得到三组精确解
其中三组精确解分别对应j=1,2,3,以上便得到了精确的Aj0和
Bj0点的坐标值,进而得到Aj0Bj0的精确解。
4.如权利要求2所述的基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量方法,其特征在于,步骤(5)中,重复步骤(2),并借助步骤(4)中所得数据,基于Stewart数学模型计算方法,确定三个拉线适配机构(6)在测试机构基坐标系O-XYZ下的坐标,基于PBjm长度不随机器人姿态变化而改变,得到如下关系:
上述公式便是关于机器人末端运动的基坐标系的坐标原点P点在O-XYZ坐标系中的空间坐标变量的三个三元一次方程,直接得到P点在O-XYZ坐标系中的空间坐标,进而得到三棱锥P-B1mB2mB3m棱长的长度精确解,因此上述坐标原点与所述的三个拉线适配机构(6)组成的三棱锥P-B1mB2mB3m的大小已经确定。
测量方法
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