[發明專利]基于工業機器人內置傳感器信號的運動特性檢測方法

有效

• 申請號: 201710213581.0
• 申請日: 2017-04-01
• 公開（公告）號: CN107081787B
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發明（設計）人: 梅雪松;蔡航航;耿濤;符桂銘;梅準
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 劉國智

本發明公開了一種基于工業機器人內置傳感器信號的運動特性檢測方法，數據采集板卡采集工業機器人各個關節伺服電機編碼器的信號，讀取工業機器人關節伺服電機發給機器人控制柜的位置反饋脈沖數；計算處理單元根據機器人運動學D?H模型，將工業機器人各關節的運動信息經D?H模型中的關節轉換矩陣的坐標變換運算，得出工業機器人末端實時點位在工業機器人的基坐標系下的坐標值和運動軌跡；計算處理單元將坐標值和運動軌跡通過顯示屏進行三維空間實時顯示；通過工業機器人末端理論點位與所得坐標值進行比較，給出位置精度信息。本發明的檢測原理簡單，實現容易，具有便捷、快速、實時檢測的優點，不用在機器人末端加裝測量的裝置，大大降低了成本。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，涉及一種基于工業機器人內置傳感器信號的運動特性檢測方法。

背景技術

工業機器人是典型的機電一體化裝備，隨著工業機器人應用領域的不斷擴大以及現代工業的快速發展，人們對工業機器人性能的要求越來越高，因此高速、高精度、智能和模塊化成為目前工業機器人發展的主要趨勢。由于工業機器人在制造業的地位日益凸顯，作為高科技、高精度的生產制造業裝備，故其的性能、精度以及智能化程度都要求更高，尤其是精度問題，學者為了提高機器人精度做了很多努力和工作。工業機器人的精度分為定位精度和重復定位精度。研究表明，工業機器人的重復定位精度很高(um級)，而定位精度則較差(mm級)。這些不足，使機器人還難以發揮更大的作用。

運動精度是衡量機器人性能的一個重要指標，因此無論在理論上還是在實際應用中都受到了專家學者們的廣泛關注。由于工業機器人存在制造、裝配誤差以及磨損等，會造成末端精度不夠。目前對工業機器人的動態特性和運動精度檢測手段有限，且成本很高，操作相對復雜(例如激光跟蹤儀，激光干涉儀)；對工業機器人在線實時檢測方法更是沒有；而在工業機器人上加裝檢測裝置的方法，受到工作空間、成本、復雜程度等因素影響，難以實現。

不過也有人將球桿儀用來對工業機器人的運動進行檢測和分析。通過離線編程，使機器人末端在小范圍內以空間圓軌跡運動，與理論圓對比，從而評價機器人誤差和動態特性。這種方法的優點是簡便易行，測量精度較高；缺點是由于球桿長度有限，限制在小范圍內對機器人的圓軌跡進行測量、評估和分析，測量模式固定，不能滿足機器人運動特性的研究。

激光跟蹤儀是一種高精度的工業測量裝置，由于激光為單色光，發散小，測量精確。激光跟蹤儀和激光干涉儀基本原理一樣，結合了干涉儀、續光再續和高精度角度編碼器，使其功能得到增強。激光跟蹤儀能對工業機器人進行高精度、實時跟蹤測量。其缺點是操作復雜，價格昂貴，暫無法大范圍應用。

目前，鮮有對工業機器人在工作狀態中進行運動檢測，工作狀態機器人因為負載，工作環境不同與空載運行的情況下肯定有所差別。在工作狀態下，對機器人的運動特性檢測才更接近真實情況。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種基于工業機器人內置傳感器信號的運動特性檢測方法，能實現工業機器人末端位置的軌跡與精度的實時檢測，可用于機器人運動軌跡與精度的監測與優化。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種基于工業機器人內置傳感器信號的運動特性檢測方法，包括以下操作：

1)當工業機器人根據機器人控制柜發來的控制指令運動時，數據采集板卡采集工業機器人各個關節伺服電機的編碼器的信號，讀取關節伺服電機發給機器人控制柜的位置反饋脈沖數；數據采集板卡將采集的信號發送給計算處理單元對其進行處理，通過位置反饋脈沖數獲取電機轉角，再通過電機轉角與關節轉角的減速比，獲得各關節轉動角度及關節運動信息，還原出工業機器人各關節包括位置、速度在內的運動信息；

2)計算處理單元根據機器人運動學D-H模型，將工業機器人各關節的運動信息經D-H模型中的關節轉換矩陣的坐標變換運算，得出工業機器人末端實時點位在工業機器人的基坐標系下的坐標值和運動軌跡；