專利名稱:一種工業機器人位姿檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種工業機器人位姿檢測裝置。其測量裝置：兩個移動支架的垂直安裝于90o角軌道的兩側，不可移動支架垂直安裝于90o角軌道的頂端，兩臺CCD相機分別安裝在移動支架上，三臺激光測距儀分別放置于不可移動支架上；其執行器：呈正四面體，內裝有垂直向下的固定桿，執行器通過錐底面與工業機器人法蘭盤相連接，三個外表面分別鋪設平行光源，九個靶球，其中七個安裝于執行器上作為CCD相機待測點，二個安裝于CCD相機上作為激光測距儀測量點；工業機器人放在測量裝置的視覺場內。激光測距儀用于檢測相機的位置，為視覺場提供坐標值。通過數據線將相機、激光測距儀采集的數據導入上位機中進行處理，檢測工業機器人位姿特性。
【專利說明】一種工業機器人位姿檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及位姿檢測裝置，特別涉及一種工業機器人位姿檢測裝置。
【背景技術】
[0002]國標GB/T 12642規定工業機器人位姿檢測包含位姿精確度和位姿重復性、多方向位姿準確度變動、距離準確度和距離重復性、位置穩定時間、位置超調量、位姿特性漂移、互換性。并且在其中的多項指標需要各測量負載100%、50%、30%、10%時的值。目前比較成熟的檢測工業機器人位姿的方法主要有激光跟蹤儀法、三坐標機測量法、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，但是其存在價格高昂、存在檢測死角等問題。三坐標機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絕對臂測量機能夠較好地完成測量工作，但是其價格較高、精度只能達到50微米不滿足高精度測量的要求，固定式三坐標機測量精度高可以滿足精度要求，但是存在效率低、不能進行現場測量等問題。視覺成像法如WLS qFLASH緊湊型白光拍照式測量系統能夠進行立體成像，但是也存在價格高、精度不高等問題。總之，現在的檢測方法普遍存在儀器價格高、各自存在局限性等問題。
【發明內容】
[0003]為了克服上述現有檢測設備的缺點和不足，本實用新型的目的在于提供一種工業機器人位姿檢測裝置，實現較大范圍內可變負載值的精密測量，通過數據線將相機和激光測距儀的數據傳輸到計算機中，提高了測量的效率與準確性。
[0004]本實用新型采用的技術方案是:
[0005]本實用新型主要由測量裝置和裝在工業機器人末端的執行器組成；其中:
[0006]測量裝置:能實現平移的第一移動支架和第二移動支架的一端垂直安裝于90°角軌道的兩側，不可移動支架垂直安裝于于90°角軌道的頂端，第一臺CCD相機和第二臺CCD相機分別安裝在第一移動支架、第二移動支架上，三臺激光測距儀安裝在不可移動支架上，第一激光測距儀對準90°角軌道的底面，第二激光測距儀對準在第一臺CCD相機的第一靶球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對準在第二臺CXD相機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]執行器11:呈正四面體，其錐底面為A，三個外表面分別為B、C、D，正四面體的三個外表面交點的頂部內，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，執行器11通過錐底面A與工業機器人10法蘭盤相連接，正四面體的四個頂點分別設有一個靶球，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中心點均設有一個靶球，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，三個外表面B、C、D分別鋪設平行光源；工業機器人10放置在測量裝置的視覺場內。
[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面與執行器11底邊為鉸鏈連接。
[0010]與【背景技術】相比，本實用新型具有的有益效果是:
[0011]本實用新型通過X、y、z得知視覺場的坐標信息，將x、y、z的數據值與(XD相機拍攝的圖像信息通過數據線傳送到PC機端，在PC機上選取合適的面進行位姿測算，以平面的四個靶球位置確定平面姿態進而確定末端法蘭盤姿態，以錐頂靶球位置確定末端法蘭盤位置，從而高效、精確的進行工業機器人位姿檢測。
[0012]本實用新型的執行器可實現不同負載值時的測量，并且執行器的三面設計確保了測量位姿無死角。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0014]圖2是工業機器人執行器俯視圖。
[0015]圖3是工業機器人執行器內部結構示意圖。
[0016]圖4是工業機器人執行器加載重物示意圖。
[0017]圖中:1、90°角軌道，2、第一可移動支架，3、第二可移動支架，4、不可移動支架，5、第一臺CXD相機，6、第二臺CXD相機，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、工業機器人，11、執行器。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0019]本實用新型主要由測量裝置和裝在工業機器人10末端的執行器11組成；其中:
[0020]如圖1所示，測量裝置:能實現平移的第一移動支架2和第二移動支架3的一端垂直安裝于90°角軌道I的兩側，不可移動支架4垂直安裝于于90°角軌道I的頂端，第一臺CXD相機5和第二臺CXD相機6分別安裝在第一移動支架2、第二移動支架3上，三臺激光測距儀7、8、9安裝在不可移動支架4上(三臺激光測距儀相對位置固定，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對準90°角軌道I的底面，第二激光測距儀8對準在第一臺CXD相機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對準在第二臺CCD相機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，執行器:呈正四面體，其錐底面為A，三個外表面分別為B、C、D，正四面體的三個外表面交點的頂部內，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，執行器通過錐底面A與工業機器人法蘭盤相連接，正四面體的四個頂點分別設有一個靶球，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中心點均設有一個靶球，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，三個外表面B、C、D分別鋪設平行光源；工業機器人放置在測量裝置的視覺場內。所述錐底面A面與執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機器人額定負載值的10%，重物G的重量值為待測工業機器人額定負載值的30%，重物H的重量值為待測工業機器人額定負載值的50%，重物J的重量值為待測工業機器人額定負載值的100%。
[0023]以下為本實用新型的具體實施例:
[0024]I)測量工業機器人負載值為額定負載10%時的位姿:
[0025]步驟I)打開執行器11底面A，將重物F與執行器11內部的固定桿E相配合，閉合執行器11底面A，通過錐底面A將執行器11與工業機器人10末端法蘭盤相連接，將工業機器人10移動到某一指定位姿，
[0026]步驟2)調整第一可移動支架2、第二可移動支架3與第一臺C⑶相機5、第二臺CXD相機6的位置，使執行器11進入CCD相機視場內，調整第二激光測距儀8的高度，當第二激光測距儀8捕捉第一臺CXD相機5上第一靶球SI的反射信號時，第二激光測距儀8與第一臺CXD相機5距離最短，第一激光測距儀7測量并記錄第一臺CXD相機5的高度，第二激光測距儀8測量并記錄第一臺CXD相機5到不可移動支架4的水平距離，再次調整第三激測距儀9的高度，當第三激測距儀9捕捉第二臺CXD相機6上第二靶球S2的反射信號時，第三激光測距儀9與第二臺CXD相機6距離最短，第一激光測距儀7測量并記錄第二臺CXD相機6的高度，第三激光測距儀9測量并記錄第二臺CCD相機6到不可移動支架4的水平距離，將二臺CCD相機拍攝的圖像數據與三臺激光測距儀測量的二臺CCD相機的位置數據通過數據線將數據資料上傳至上位機中，首先在上位機中計算出相機的空間坐標，再次在CCD相機采集的圖像中選取執行器的三個外表面B、C、D中圖形最大的一面，如B面，提取該面上四個靶球S4、S5、S6、S7的位置，并以這四個靶球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角，以靶球S6的位置作為執行器的位置，換算得到工業機器人10末端法蘭盤位置，由此，可以確定工業機器人10末端姿態。
[0027]2)測量工業機器人負載值為額定負載30%時的位姿精度:
[0028]步驟I)打開執行器11底面A，將重物G與執行器11內部固定桿E相配合，閉合執行器11底面A，通過錐底面A將執行器11與工業機器人10末端法蘭盤相連接，設定工業機器人10移動到指定位姿。
[0029]步驟2)調整第一可移動支架2、第二可移動支架3與第一臺C⑶相機5、第二臺CXD相機6的位置，使執行器11進入CCD相機視場內，調整第二激光測距儀8的高度當第二激光測距儀8捕捉第一臺CXD相機5上第二靶球SI的反射信號時，第二激光測距儀8與第一臺CXD相機5距離最短，第一激光測距儀7測量并記錄第一臺CXD相機5的高度，第二激光測距儀8測量并記錄第一臺CCD相機5到不可移動支架4的水平距離，再次調整第三激光測距儀的高度當第三激測距儀9捕捉第二臺CXD相機6上第二靶球S2的反射信號時，第三激光測距儀9與第二臺CXD相機6距離最短，第一激光測距儀7測量并記錄第二臺CXD相機6的高度，第三激光測距儀9測量并記錄第二臺CCD相機6到不可移動支架4的水平距離，將二臺CCD相機拍攝的圖像數據與三臺激光測距儀測量的二臺CCD相機的位置數據通過數據線將數據資料上傳至上位機中，首先在上位機中計算出相機的空間坐標，再次在CCD相機采集的圖像中選取執行器的三個外表面B、C、D中圖形最大的一面，如B面，提取該面上四個靶球S4、S5、S6、S7的位置，并以這四個靶球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角，以靶球S6的位置作為執行器的位置，換算得到工業機器人10末端法蘭盤位置，由此，可以確定工業機器人10末端姿態。
[0030]步驟3)通過步驟2)測的的位姿與步驟I)中工業機器人指定工業機器人位姿比較，可換算出測量裝置坐標與工業機器人給定坐標的差值，進行工業機器人標定補償
[0031]步驟4)給定工業機器人另一指定位姿，重復步驟2)，測量得到的的機器人位姿與步驟3)中指定的工業機器人位姿比較，所得結果為工業機器人負載值為額定負載30%時的位姿精度。
【權利要求】
1.一種工業機器人位姿檢測裝置，其特征在于:主要由測量裝置和裝在工業機器人(10)末端的執行器(11)組成；其中: 測量裝置:能實現平移的第一移動支架(2)和第二移動支架(3)的一端垂直安裝于90°角軌道(I)的兩側，不可移動支架(4)垂直安裝于于90°角軌道(I)的頂端，第一臺CCD相機(5)和第二臺CCD相機(6)分別安裝在第一移動支架(2)、第二移動支架(3)上，三臺激光測距儀(7、8、9)安裝在不可移動支架(4)上，第一激光測距儀(7)對準90°角軌道(I)的底面，第二激光測距儀(8)對準在第一臺CCD相機(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)對準在第二臺CCD相機(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； 執行器(11):呈正四面體，其錐底面為A，三個外表面分別為B、C、D，正四面體的三個外表面交點的頂部內，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，執行器(11)通過錐底面A與工業機器人(10)法蘭盤相連接，正四面體的四個頂點分別設有一個靶球，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中心點均設有一個靶球，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，三個外表面B、C、D分別鋪設平行光源；工業機器人(10)放置在測量裝置的視覺場內。2.根據權利要求1中所述的一種工業機器人位姿檢測裝置，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.根據權利要求1中所述的一種工業機器人位姿檢測裝置，其特征在于:所述錐底面A面與執行器(11)底邊為鉸鏈連接。
【文檔編號】G01B11-00GK204286357SQ201420612594
【發明者】劉春學, 孫堅, 沈斌, 孫曉斌, 趙凱, 柳順兵 [申請人]中國計量學院, 杭州市質量技術監督檢測院