本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于PSD的工業(yè)機(jī)器人自標(biāo)定裝置，其將兩個PSD分別安裝在V形夾具的兩個板上，且V形夾具放置在機(jī)器人可達(dá)范圍內(nèi)，根據(jù)機(jī)器人在不同位置時，使固定在機(jī)器人末端的激光器發(fā)出的激光束的投射光斑和反射光斑分別定位在兩個PSD的中心點位置，并通過兩條虛擬約束線，進(jìn)行機(jī)器人零位偏差自標(biāo)定和空間位姿的自標(biāo)定。本發(fā)明專利技術(shù)的自標(biāo)定裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝與操作簡單，定位精度高，可同時實現(xiàn)機(jī)器人空間位姿與零位偏差的自標(biāo)定；本發(fā)明專利技術(shù)還提供一種基于PSD的工業(yè)機(jī)器人自標(biāo)定方法。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于エ業(yè)機(jī)器人的標(biāo)定
，尤其涉及一種基于PSD和激光虛擬約束線的6自由度エ業(yè)機(jī)器人零位偏差及空間位姿自標(biāo)定方法及裝置。
技術(shù)介紹
隨著工業(yè)機(jī)器人在エ業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍以及所完成任務(wù)復(fù)雜程度的不斷擴(kuò)大，對エ業(yè)機(jī)器人位姿精度的要求也越來越高。目前，大多數(shù)商品化的機(jī)器人重復(fù)精度很高，能達(dá)到0. Imm數(shù)量級，但其定位精度卻很差，只能達(dá)到Cm數(shù)量級，這樣的定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代エ業(yè)發(fā)展的要求。導(dǎo)致エ業(yè)機(jī)器人定位精度不高的原因有很多，例如機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型的參數(shù)偏差、機(jī)器人桿件的彈性變形、齒輪傳動誤差、關(guān)節(jié)間隙以及環(huán)境因素等，對于不同結(jié)構(gòu)、不同用途的機(jī)器人，以上各因素的影響也不盡相同。但一般來講，機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模 型中幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)偏差所引起的定位誤差占機(jī)器人總誤差的80%左右。因此，對機(jī)器人運(yùn)動學(xué)模型進(jìn)行偏差標(biāo)定補(bǔ)償進(jìn)而提高其定位精度是目前機(jī)器人
內(nèi)急需解決的問題。所謂標(biāo)定就是應(yīng)用先進(jìn)的測量手段和基于模型的參數(shù)識別方法辨識出機(jī)器人模型的準(zhǔn)確參數(shù)，從而提高機(jī)器人定位精度的過程。標(biāo)定的結(jié)果是一組被識別的機(jī)器人參數(shù)，這些參數(shù)可以供機(jī)器人生產(chǎn)廠家作為產(chǎn)品質(zhì)量檢驗指標(biāo)，也可以幫助機(jī)器人用戶提高機(jī)器人的定位精度。近年來，為了提高工業(yè)機(jī)器人的定位精度，國內(nèi)外學(xué)者相繼提出了一些標(biāo)定方法，這些方法大致可以分為以下三種第一種方法是利用ー些高精度的測量設(shè)備來獲取機(jī)器人末端精準(zhǔn)的位置與姿態(tài)，例如三坐標(biāo)測量機(jī)、電子經(jīng)緯儀、球桿儀等。上述這些測量儀器在精度、成本及是否容易使用等方面有很大差異，但均具有需要專業(yè)的技術(shù)人員來操作這些儀器、數(shù)據(jù)采集費時費力、難以實現(xiàn)自動化、成本高、測量方法繁瑣等缺點；第二種方法是增加外部冗余傳感器，通過傳感器提供的信息來實現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動學(xué)參數(shù)的自標(biāo)定，例如利用安裝于機(jī)器人末端的攝像頭對機(jī)器人運(yùn)動學(xué)參數(shù)進(jìn)行了自標(biāo)定，但是使用視覺傳感器的問題在于攝像機(jī)本身需要標(biāo)定，而且由于視野和分辨率之間的矛盾導(dǎo)致很難獲得較高的測量精度。第三種方法通過在機(jī)器人工作空間施加位置已知或形狀已知的物理約束，利用機(jī)器人末端與這些約束接觸，形成運(yùn)動學(xué)閉合鏈并建立約束方程來求解運(yùn)動學(xué)參數(shù)，例如中國專利技術(shù)專利號為CN101968341A所公開的ー種エ業(yè)機(jī)器人零位自標(biāo)定方法及裝置，其首先將ー個PSD器件任意放置在機(jī)器人可達(dá)工作空間，然后僅依賴于通過機(jī)器人末端的一束激光以不同位置自動定位投射在該P(yáng)SD的中心點即可實現(xiàn)機(jī)器人的標(biāo)定任務(wù)，但采用此種方法只能進(jìn)行零位偏差自標(biāo)定，不能進(jìn)行機(jī)器人空間位姿的自標(biāo)定，并且進(jìn)行零位偏差自標(biāo)定時，需要機(jī)器人末端或激光器從至少7個不同的方位將光斑投射到PSD的中心，因此標(biāo)定過程復(fù)雜。由上述可見，研發(fā)適合機(jī)器人工作現(xiàn)場、便于攜帶并且成本低廉的機(jī)器人自標(biāo)定方法及裝置，已經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用企業(yè)迫切需要解決的難題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的就是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于PSD的エ業(yè)機(jī)器人自標(biāo)定裝置，其結(jié)構(gòu)簡単，價格便宜，安裝與操作簡單，定位精度高，可同時實現(xiàn)機(jī)器人空間位姿與零位偏差的自標(biāo)定；本專利技術(shù)還提供一種基于PSD的エ業(yè)機(jī)器人自標(biāo)定方法。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的基于PSD的エ業(yè)機(jī)器人自標(biāo)定裝置包·括機(jī)器人；安裝在機(jī)器人末端的激光器；設(shè)置于機(jī)器人可達(dá)工作空間內(nèi)的V形夾具；分別安裝在V形夾具的兩個板上的兩個位置敏感器件PSD，即第一 PSD和第二 PSD，其中，機(jī)器人在不同位置吋，激光器發(fā)出的激光束投射在第一 PSD或第二 PSD上，以便形成投射光斑和反射光束，且反射光束投射到第二 PSD或第一 PSD上，形成反射光斑；與第一 PSD和第二 PSD分別連接的機(jī)器人閉環(huán)控制単元，其將所述投射光斑和反射光斑分別定位在第一 PSD或第二 PSD的中心點位置，并確定對應(yīng)的機(jī)器人末端的位置和機(jī)器人的6個關(guān)節(jié)角度值，以便通過點線關(guān)系，建·立兩條虛擬約束線的幾何方程組，從而實現(xiàn)機(jī)器人零位偏差自標(biāo)定和空間位姿自標(biāo)定；其中，所述兩條虛擬約束線為第一 PSD和第二 PSD中心點連線分別在第一 PSD和第二 PSD表面反射所形成的反射線。其中，所述機(jī)器人閉環(huán)控制単元包括與所述第一 PSD和第二 PSD分別連接的信號處理電路，其對兩個PSD的輸出信號進(jìn)行處理，并反饋投射光斑和反射光斑在對應(yīng)PSD上的ニ維坐標(biāo)位置；通過數(shù)據(jù)采集卡與信號處理電路連接的エ業(yè)控制計算機(jī)，其基于所述投射光斑和反射光斑在PSD上的ニ維坐標(biāo)位置的反饋，發(fā)送指令給機(jī)器人控制器，使機(jī)器人控制器控制機(jī)器人帶動激光器將所述投射光斑和反射光斑分別定位在對應(yīng)PSD的中心點位置，同時傳送對應(yīng)位置時機(jī)器人的關(guān)節(jié)角度值。 特別是，所述數(shù)據(jù)采集卡通過無線通訊或機(jī)器人通訊接ロ方式與所述エ業(yè)控制計算機(jī)連接。優(yōu)選的，所述激光器通過連接裝置安裝在機(jī)器人末端。本專利技術(shù)還提供一種基于PSD的エ業(yè)機(jī)器人自標(biāo)定方法，該方法包括A)安裝在機(jī)器人末端的激光器將發(fā)出的激光束投射在第一 PSD或第二 PSD上，形成投射光斑和反射光束，通過將反射光束投射到第二 PSD或第一 PSD上，形成反射光斑；B)通過閉環(huán)控制，使所述投射光斑定位在第一 PSD或第二 PSD的中心點位置，使所述反射光斑定位在第二 PSD或第一 PSD的中心點位置，然后將此時機(jī)器人末端所處位置標(biāo)記為第一位置Pl ;C)根據(jù)機(jī)器人末端所處位置，確定機(jī)器人在當(dāng)前位置的6個關(guān)節(jié)角度值；D)改變機(jī)器人末端所處位置，按照步驟A)—步驟C)的處理方式，分別得到基于第一位置的第二位置P2、第三位置P3和第四位置P4，以及與第二位置P2、第三位置P3和第四位置P4分別對應(yīng)的機(jī)器人6個關(guān)節(jié)角度值；E)通過機(jī)器人末端所處的第一位置Pl和第二位置P2及機(jī)器人末端所處的第三位置P3和第四位置P4，以及確定的與上述各位置所對應(yīng)的機(jī)器人6個關(guān)節(jié)角度值，分別通過點線關(guān)系，建立由兩個PSD的中心點連線分別在兩個PSD表面反射所形成的兩條虛擬約束線的幾何方程組，從而實現(xiàn)機(jī)器人零位偏差自標(biāo)定和空間位姿自標(biāo)定。特別是，所述B)步驟包括如下進(jìn)行步驟BI)兩個所述PSD的輸出信號經(jīng)所述信號處理電路處理后，給出所述投射光斑和反射光斑在兩個所述PSD上的ニ維坐標(biāo)位置，并將兩個所述坐標(biāo)位置通過數(shù)據(jù)采集卡反饋給エ業(yè)控制計算機(jī)；B2)エ業(yè)控制計算機(jī)基于所述坐標(biāo)位置的反饋，發(fā)送指令給機(jī)器人控制器，并控制機(jī)器人帶動激光器將所述投射光斑和反射光斑分別定位在相應(yīng)PSD的中心點位置，同時標(biāo)記機(jī)器人末端所處位置。。特別是，所述D)步驟包括如下進(jìn)行步驟Dl)機(jī)器人末端基于第一位置Pl向上或向下移動一定距離，按照步驟A)—步驟C)的處理方式，將機(jī)器人末端所處位置標(biāo)記為第二位置P2，確定機(jī)器人在對應(yīng)位置處的6個關(guān)節(jié)角度值； D2)機(jī)器人末端基于第二位置向右偏轉(zhuǎn)一定角度，按照步驟A)—步驟C)的處理方式，將機(jī)器人末端所處位置標(biāo)記為第三位置P3，確定機(jī)器人在對應(yīng)位置處的6個關(guān)節(jié)角度值；D3)機(jī)器人末端基于第三位置向上或向下移動一定距離，按照步驟A) —步驟C)的處理方式，將機(jī)器人末端所處位置標(biāo)記為第四位置P4，確定機(jī)器人在對應(yīng)位置處的6個關(guān)節(jié)角度值。特別是，所述E)步驟包括如下步驟El)通過機(jī)器人末端所處的第一位置和第二位置及機(jī)器人末端所處的第三位置和第四位置，及所確定的各對應(yīng)位置處的機(jī)器人關(guān)節(jié)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于PSD的工業(yè)機(jī)器人自標(biāo)定裝置，其特征在于，包括：機(jī)器人（1）；安裝在機(jī)器人末端（2）的激光器（4）；設(shè)置于機(jī)器人（1）可達(dá)工作空間內(nèi)的V形夾具（9）；分別安裝在V形夾具（9）的兩個板上的兩個位置敏感器件PSD，即第一PSD（7）和第二PSD（8），其中，機(jī)器人在不同位置時，激光器發(fā)出的激光束投射在第一PSD或第二PSD上，以便形成投射光斑和反射光束，且反射光束投射到第二PSD或第一PSD上，形成反射光斑；與第一PSD（7）和第二PSD（8）分別連接的機(jī)器人閉環(huán)控制單元，其將所述投射光斑和反射光斑分別定位在第一PSD或第二PSD的中心點位置，并確定對應(yīng)的機(jī)器人末端的位置和機(jī)器人的6個關(guān)節(jié)角度值，以便通過點線關(guān)系，建立兩條虛擬約束線的幾何方程組，從而實現(xiàn)機(jī)器人零位偏差自標(biāo)定和空間位姿自標(biāo)定；其中，所述兩條虛擬約束線為第一PSD和第二PSD中心點連線分別在第一PSD和第二PSD表面反射所形成的反射線（5、6）。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：杜必強(qiáng)，席寧，
申請(專利權(quán))人：華北電力大學(xué)保定，
類型：發(fā)明
國別省市：
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