[發明專利]提高破拆機器人末端工具遠程對接精度的方法

有效

• 申請號: 202010192941.5
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111360832B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 鄧騫;鄒樹梁;段偉雄;陳宏斌
• 申請（專利權）人: 南華大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J15/04
• 代理公司: 衡陽市科航專利事務所(普通合伙) 43101
• 代理人: 劉政旺

提高破拆機器人遠程對接精度的方法，基于破拆機器人遠程對接系統。方法步驟如下：1、建立坐標系；2、引入補償坐標系；3、獲取{W}相對于{T}的齊次變換矩陣本發明提供了一種破拆機器人末端工具遠程換裝的對接誤差補償方法，該方法通過引入設置在破拆機器人機械臂末端的第一裝配體上的參考坐標系{R}，使基于齊次變換矩陣得到的對接過程的實時相對位置更精確，對接過程中的位置誤差大幅縮小，破拆機器人末端工具換裝過程中的誤差從cm級降至mm級，可充分滿足遠程換裝精度需求。

技術領域

本發明涉及機器人遠程對接技術領域，特別是一種提高破拆機器人末端工具遠程對接精度的方法。

背景技術

破拆機器人因其動作的靈活性、可靠性及高效性，已在很多場景中得到廣泛應用。但在實際應用過程中，往往需要一臺破拆機器人處理數種不同產品或不同工藝過程，則該破拆機器人需要相應的匹配數種不同的末端工具，常見的末端工具包括鏟斗、液壓錘、液壓剪、液壓鉗、切割機等。在一些危險環境下(例如核輻射、高溫、低溫等)，破拆機器人可通過遠程控制換裝末端工具，無需操作人員直接進入破拆機器人的工作環境。

破拆機器人可通過快換裝置實現末端工具的換裝，所述快換裝置包括連接在破拆機器人機械臂末端的第一裝配體和用于連接末端工具的第二裝配體，第一裝配體與第二裝配體可對接或分離，分離過程為對接過程的逆過程。

對接過程可分為四個階段：

初始階段：末端工具連接在第二裝配體上，并擺放在換裝區域內，破拆機器人移動至末端工具附近；

預備階段：破拆機器人通過機械臂帶動第一裝配體移動至預備點位置，此時機械臂正對第二裝配體；

對接階段，破拆機器人通過機械臂帶動第一裝配體移動至對接點位置，此時機械臂對接坐標系的原點與末端工具對接坐標系的原點重合，或機械臂對接坐標系的任意兩條坐標軸與末端工具對接坐標系的對應坐標軸重合；

對齊階段，破拆機器人的機械臂進行旋轉或平移，使機械臂對接坐標系與末端工具對接坐標系完全重合，即完成第一裝配體與第二裝配體的連接。

破拆機器人在換裝過程中的坐標系建立如圖3所示，{B}為機器人機身坐標系，{W}為第一裝配體對接點坐標系，{T}為第二裝配體對接點坐標系，{C}為固定安裝在機器人機身上的相機坐標系。實現破拆機器人遠程換裝末端工具的關鍵問題是：獲取第二裝配體對接點坐標系{T}相對于第一裝配體對接點坐標系{W}的齊次變換矩陣并保證盡可能小的位置誤差。

參看圖4，破拆機器人在換裝過程中的誤差主要由兩部分組成：1、第一裝配體對接點真實值{W₁}與第一裝配體對接點測量值{W₂}之間的誤差e_W；2、第二裝配體對接點真實值{T₁}與第二裝配體對接點測量值{T₂}之間的誤差e_T。

關于誤差e_T的分析：

通過在第二裝配體上粘貼AprilTag 36h11系列標簽，再由BASLER avA1600-50gm型工業相繼獲取各標簽的姿態，最后通過計算輸出相機坐標系{C}相對于第二裝配體對接點坐標系{T}的齊次變換矩陣AprilTag 36h11系列標簽的捆綁標定方法、識別算法及可視化采用apriltag_ros工具包實現。

關于誤差e_W的分析：