[發(fā)明專利]一種工業(yè)機(jī)器人高精度檢測裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810248250.5
• 申請日: 2018-03-24
• 公開（公告）號: CN108519081A
• 公開（公告）日: 2018-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林家春;徐巖;李睿;石照耀
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/18
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種工業(yè)機(jī)器人高精度檢測裝置，其特征在于：該裝置包括慣性測量裝置、慣性測量裝置安裝機(jī)構(gòu)和姿態(tài)解算裝置；

所述若干檢測裝置分別環(huán)繞設(shè)置在待檢測工業(yè)機(jī)器人末端周圍；

所述慣性測量裝置用于檢測的工業(yè)機(jī)器人為串聯(lián)六軸機(jī)器人；

所述慣性測量裝置由三個單軸加速度計(jì)傳感器和三個單軸光纖陀螺儀傳感器組成；三個單軸加速度計(jì)傳感器分別獲取工業(yè)機(jī)器人末端x軸、y軸、z軸三個方向上的加速度分量；三個單軸光纖陀螺儀分別獲取工業(yè)機(jī)器人末端x軸、y軸、z軸三個方向上的角加速度分量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人高精度檢測裝置，其特征在于：所述慣性測量裝置安裝機(jī)構(gòu)由六個帶有安裝孔和定位孔的鋁合金正方形板材組成。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人高精度檢測裝置，其特征在于：所述慣性測量裝置安裝機(jī)構(gòu)，其特征在于：六個板材安裝組成一個正方體，相互平行，相互正交；安裝機(jī)構(gòu)用于將三個單軸加速度計(jì)和三個單軸光纖陀螺儀安裝固定，使其靈敏軸相互正交；若不能保證其相互正交，需要對傳感器進(jìn)行安裝姿態(tài)標(biāo)定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人高精度檢測裝置，其特征在于：所述慣性測量裝置安裝機(jī)構(gòu)，其特征在于：將六個傳感安裝其中一端存在安裝孔，安裝孔的尺寸和規(guī)格視工業(yè)機(jī)器人型號而定，通過螺釘連接安裝在工業(yè)機(jī)器人末端。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人高精度檢測裝置，其特征在于：所述姿態(tài)解算機(jī)構(gòu)，其特征在于：六個傳感器將所采集到的模擬和數(shù)字信號通過信號采集卡采集傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人高精度檢測裝置，其特征在于：所述姿態(tài)解算機(jī)構(gòu)，其特征在于：通過上位機(jī)軟件進(jìn)行處理獲取的數(shù)據(jù)求解出工業(yè)機(jī)器人末端姿態(tài)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)機(jī)器人高精度檢測裝置，其特征在于：1)、將所述慣性測量裝置安裝在慣性測量裝置安裝機(jī)構(gòu)，同類傳感器相互正交安裝，即將三個加速度傳感器(3)分別安裝到三個正交的平面上，光纖陀螺儀(1)分別安裝到另外三個正交的平面上；如不能保證其相互正交安裝，通過傳感器安裝姿態(tài)標(biāo)定方法對其進(jìn)行姿態(tài)標(biāo)定，標(biāo)定方法具體如下：

通過工業(yè)機(jī)器人(5)的示教器控制工業(yè)機(jī)器人(5)沿自身的坐標(biāo)軸運(yùn)動，由于運(yùn)動中存在的慣性力，致使慣性測量傳感器的各軸讀數(shù)發(fā)生變化，從而由對應(yīng)的傳感器讀數(shù)標(biāo)定出工業(yè)機(jī)器人相應(yīng)坐標(biāo)軸在慣性測量傳感器坐標(biāo)系中的方向，最終得到工業(yè)機(jī)器人工具坐標(biāo)系到慣性測量傳感器坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換矩陣，從而實(shí)現(xiàn)對傳感器安裝姿態(tài)的標(biāo)定；

2)、將所述慣性測量裝置安裝機(jī)構(gòu)通過裝置安裝孔(2)和螺釘固連到工業(yè)機(jī)器人(5)末端的法蘭盤上，最終將所述工業(yè)機(jī)器人高精度檢測裝置(6)固連到工業(yè)機(jī)器人(5)上；

3)、通過工業(yè)機(jī)器人(5)示教器控制工業(yè)機(jī)器人(5)運(yùn)動，利用所述慣性測量裝置實(shí)時采集工業(yè)機(jī)器人末端加速度和角加速度增量數(shù)據(jù)；

4)、工業(yè)機(jī)器人姿態(tài)旋轉(zhuǎn)關(guān)系，通過姿態(tài)解算裝置處理采集卡獲取慣性測量裝置的數(shù)據(jù)，解算出工業(yè)機(jī)器人末端實(shí)時姿態(tài)信息，具體如下：

①采用定時采樣增量畢卡算法求解四元數(shù)微分方程得到求解結(jié)果為

其中Q為四元數(shù)變量，t為時間常數(shù)，ω為角速度，Δθ為角增量，I為單位矩陣，表示軸向角速度；ΔΘ為系數(shù)矩陣；

②求解得出上式中變量；

其中Δθ_x、Δθ_y、Δθ_z分別為定時采樣時工業(yè)機(jī)器人(5)三個軸向的角增量，即光纖陀螺儀(1)獲取的數(shù)據(jù)；ω^b_pbx、ω^b_pby、ω^b_pbz為通過工業(yè)機(jī)器人(5)三個軸向角速度，通過角增量計(jì)算得到；因此由時刻光纖陀螺儀陀螺儀1定時采樣的角增量，即可求出時刻的四元數(shù)變量Q；

③根據(jù)時刻四元數(shù)變量Q計(jì)算便能夠求解得出下式捷聯(lián)矩陣；

式中：q₀為常數(shù)，通常選取1；q₁,q₂,q₃為三個加速度計(jì)傳感器3采集得到加速度值計(jì)算得到的四元數(shù)；

④最終求解出工業(yè)機(jī)器人(5)機(jī)器人末端姿態(tài)角；

T₁₂、T₂₂、T₃₁、T₃₂、T₃₃為捷聯(lián)矩陣中的各個向量；

角度C對應(yīng)于工業(yè)機(jī)器人(5)的橫滾角，角度B對應(yīng)于工業(yè)機(jī)器人(5)的俯仰角，角度A對應(yīng)于工業(yè)機(jī)器人(5)的偏轉(zhuǎn)角。