CN107036568A - 空间大尺寸轨迹检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间大尺寸轨迹检测装置及方法，包括法兰盘和手持式检测设备,所述的法兰盘包括三轴加速度检测***集成板、叠层电池盒和法兰平面盖，法兰盘与工业机器人的末端法兰相连接。所述的手持式检测设备包括显示屏和控制按钮。测量时，工业机器人按照设定好的轨迹运动，三轴加速度传感器实时检测工业机器人末端运动时三个轴上的加速度分量值，测量结束后，通过蓝牙模块把加速度数据传到手持式检测设备上。通过各个轴上的加速度分量值和时间的积分，拟合出每个轴上的运动轨迹，最后把三个轴上的轨迹拟合在一起，形成三维轨迹，即为工业机器人运动的实际轨迹。本发明采用测量三轴加速度来检测轨迹，代替了传统的直接测量轨迹的方法，能精确的测量空间大尺寸的轨迹。

Description

空间大尺寸轨迹检测装置及方法
技术领域
本发明涉及轨迹检测装置及方法，尤其涉及一种空间大尺寸轨迹检测装置及方法。
背景技术
随着生产力的提高和科学技术的进步，工业机器人凭借其技术附加值高，应用范围广的特点逐步代替人从事特定单调、重复和危险作业。机器人显著地提高了劳动生产率，改善产品质量，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。
国标中对工业机器人的性能规范和其试验方法做了部分阐述，其中轨迹特征检测包括：轨迹准确度、轨迹重复性。轨迹速度特性包括：轨迹速度准确度、轨迹速度重复性、轨迹速度波动。
目前国内外主要通过激光跟踪仪法对工业机器人进行标定和检测，但使用激光跟踪仪成本太高，且在检测过程中不能断光，一旦断光会导致仪器检测不到数据，继续检测需要调整对光，重新开始检测。激光跟踪仪还存在检测死角问题，在空间大尺寸测量时，不能很好的完成相应工作，测量检测过程也比较复杂。
申请号为201610144262.4的专利公开了一种工业机器人轨迹检测装置，包括工业机器人、标准轨迹样板和机器人末端执行器，末端执行器为激光测距仪。激光测距仪通过测量机器人末端和标准样板的距离得出运动轨迹，但这个装置只能测量机器人的特定轨迹，不能测量空间中任意轨迹，且测量结果受标准样板形状限制。
申请号为201610140917.0的专利公开了一种工业机器人激光轨迹检测装置，包括工业机械手、工业机械手末端执行器顶部三个两两垂直的激光测距仪和激光接收装置三个两两垂直的薄长方形组成。三个激光测距仪分别测量距三个薄长方形的距离，得出空间中的点，点再拟合出机器人的运动轨迹，但这个装置受薄长方形大小影响较大，只能在一个固定的空间内进行测量，超出这个范围，激光测距仪的光不能再打到薄长方形上，测不到数据。
本发明中采用的是对机器人运动时的加速度进行测量，从而求出机器人的速度和轨迹，可同时对速度和轨迹进行检测，且可以测量空间大尺寸中的任意轨迹，工作范围广。
发明内容
针对现有检测存在的不足，本发明提供一种用于空间大尺寸轨迹检测、操作简单方便实用的轨迹检测装置及方法,装置克服现有设备的缺点，检测方法方便，实现了一定空间内大尺寸轨迹的检测。
本发明提供了如下技术方案：一种空间大尺寸轨迹检测装置及方法，其特征在于，包括工业机器人、设置在工业机器人末端的法兰盘、法兰盘盖和手持式检测设备。所述的法兰盘内开了一个方形的槽，装有三轴加速度检测***集成板，在槽的上面装有法兰盘盖。所述的三轴加速度检测***集成板上集成了叠层电池、电压转换模块、三轴加速度传感器模块、蓝牙模块和单片机模块。所述的手持式检测设备上包括显示屏、开关键、保存数据键、轨迹变化显示键、速度变化显示键、清空屏幕键。
优选的，所述的叠层电池采用12V供电的电池。所述的电压转换模块采用7805电压转换芯片。所述的三轴加速度传感器模块采用MPU6050传感器芯片。所述的蓝牙模块采用HC-05无线串口模块。所述的单片机模块采用STM32F103单片机最小***。
优选的，所述的三轴加速度传感器模块必须安装在法兰盘的中心上，其中的三个轴分别是指工业机器人在笛卡尔坐标系下的X，Y，Z轴，三轴加速度传感器模块在工业机器人运动时实时检测机器人在X，Y，Z轴上的加速度分量值，组成一个N行3列的加速度矩阵，矩阵的第一列是机器人运动时机器人末端在笛卡尔坐标系下X轴的加速度值，矩阵的第二列是机器人运动时机器人末端在笛卡尔坐标系下Y轴的加速度值，矩阵的第三列是机器人运动时机器人末端在笛卡尔坐标系下Z轴的加速度值，传送给单片机模块，单片机模块通过蓝牙模块远传到手持检测设备上，完成加速度数据采集。
优选的，所述的手持式检测设备接收到三轴加速度传感器模块采集到N行3列的加速度矩阵和检测所用时间，先把X，Y，Z轴上的加速度值从N行3列矩阵中提取出来，通过公式Vi＝∫taidt i＝X,Y,Z，Vi为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的速度分量值，ai为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的加速度分量，t为测量所用的时间，即对加速度值进行一次积分，可以分别得到三个轴上速度分量的变化曲线，通过公式V为机器人运动时的实际速度值，即把X，Y，Z三个轴上的速度分量变化曲线拟合到一起，就可以得出机器人末端实际速度的变化曲线图，与标准运动速度相对比，通过建模得出实际轨迹速度与标准轨迹速度的误差，计算出速度的变动量，从而检测出机器人的轨迹速度特性；通过公式Si＝∫tVidt i＝X,Y,Z，Si为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的运动轨迹分量，Vi为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的速度分量值，t为测量所用的时间，即再对速度值进行一次积分，可以分别得到三个轴上运动轨迹分量的变化曲线，通过公式S为机器人运动时的实际轨迹变化曲线，即把X，Y，Z三个轴上运动轨迹分量的变化曲线拟合到一起，就可以得出机器人末端实际运动轨迹变化曲线图，与标准运动轨迹相对比，通过建模得出实际轨迹与标准轨迹的误差，计算出运动轨迹的变动量，从而检测出机器人的轨迹特性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
利用三轴加速度传感器来检测空间轨迹，可以适用于各种空间大尺寸轨迹检测场合，降低了检测成本，也避免了用激光跟踪仪在测量过程中可能断光产生的影响，提高了检定效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的立体结构图；
图2是本发明中法兰盘的立体结构图；
图3是本发明中手持式检测设备立体结构图；
图4是本发明中三轴加速度检测***集成板结构框图；
图中：1、工业机器人，2、法兰盘，21、三轴加速度检测***集成板，211、电压转换模块，212、叠层电池，213、三轴加速度传感器模块，214、蓝牙模块，215单片机模块，3、法兰盘盖，4手持式检测设备，41、显示屏，42、开关键，43、保存数据键，44、轨迹变化显示键，45、速度变化显示键，46、清空屏幕键。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种空间大尺寸轨迹检测装置及方法，其特征在于，包括工业机器人1、设置在工业机器人1末端的法兰盘2、法兰盘盖3和手持式检测设备4。所述的法兰盘1内开了一个方形的槽，装有三轴加速度检测***集成板21，在槽的上面装有法兰盘盖3。所述的三轴加速度检测***集成板21上集成了叠层电池212、电压转换模块211、三轴加速度传感器模块213、蓝牙模块214和单片机模块215。所述的手持式检测设备4上包括显示屏41、开关键42、保存数据键43、轨迹变化显示键44、速度变化显示键45、清空屏幕键46。
本实施例中，所述的叠层电池212采用12V供电的电池。所述的电压转换模块211采用7805电压转换芯片。所述的三轴加速度传感器模块213采用MPU6050传感器芯片。所述的蓝牙模块214采用HC-05无线串口模块。所述的单片机模块215采用STM32F103单片机最小***。
工作原理：工业机器人1在空间中按设置好的指令运动一条轨迹后，机器人开始运动。三轴加速度传感器模块213必须安装在法兰盘2的中心上，其中的三个轴分别是指工业机器人1在笛卡尔坐标系下的X，Y，Z轴。三轴加速度传感器模块213在工业机器人1运动时实时检测机器人在X，Y，Z轴上的加速度分量值，组成一个N行3列的加速度矩阵，矩阵的第一列是机器人运动时机器人末端在笛卡尔坐标系下X轴的加速度值，矩阵的第二列是机器人运动时机器人末端在笛卡尔坐标系下Y轴的加速度值，矩阵的第三列是机器人运动时机器人末端在笛卡尔坐标系下Z轴的加速度值，传送给单片机模块215，单片机模块215通过蓝牙模块214远传到手持检测设备4上，完成加速度数据采集。手持式检测设备4接收到三轴加速度传感器模块213采集到N行3列的加速度矩阵和检测所用时间，先把X，Y，Z轴上的加速度值从N行3列矩阵中提取出来，通过公式Vi＝∫taidt i＝X,Y,Z，Vi为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的速度分量值，ai为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的加速度分量，t为测量所用的时间，即对加速度值进行一次积分，可以分别得到三个轴上速度分量的变化曲线，通过公式V为机器人运动时的实际速度值，即把X，Y，Z三个轴上的速度分量变化曲线拟合到一起，就可以得出机器人末端实际速度的变化曲线图，与标准运动速度相对比，通过建模得出实际轨迹速度与标准轨迹速度的误差，计算出速度的变动量，从而检测出机器人的轨迹速度特性。按速度变化显示键45可以把机器人轨迹速度检测结果显示在手持设备的显示屏41上。通过公式Si＝∫tVidt i＝X,Y,Z，Si为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的运动轨迹分量，Vi为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的速度分量值，t为测量所用的时间，即再对速度值进行一次积分，可以分别得到三个轴上运动轨迹分量的变化曲线，通过公式S为机器人运动时的实际轨迹变化曲线，即把X，Y，Z三个轴上运动轨迹分量的变化曲线拟合到一起，就可以得出机器人末端实际运动轨迹变化曲线图，与标准运动轨迹相对比，通过建模得出实际轨迹与标准轨迹的误差，计算出运动轨迹的偏差值，从而检测出机器人的轨迹特性。按轨迹变化显示键44可以把机器人轨迹检测结果显示在手持设备的显示屏41上。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种空间大尺寸轨迹检测装置，包括工业机器人(1),其特征在于，还包括工业机器人(1)末端的法兰盘(2)、法兰盘盖(3)和手持式检测设备(4)；
所述的法兰盘(2)内开了一个方形的槽，槽内装有三轴加速度检测***集成板(21)，在槽的上面装有法兰盘盖(3)，用于把三轴加速度检测***集成板(21)盖住，防止外界干扰；
所述的三轴加速度检测***集成板(21)上集成了叠层电池(212)、电压转换模块(211)、三轴加速度传感器模块(213)、蓝牙模块(214)和单片机模块(215),叠层电池(212)用于为单片机和传感器供电，电压转换模块(211)用于把叠层电池(212)的电压转换成单片机和传感器的工作电压值，三轴加速度传感器模块(213)用于测量采集机器人末端机械手的加速度矩阵，并传给单片机模块(215),单片机模块(215)通过蓝牙模块(214)把加速度矩阵传给手持式检测设备(4)；
所述的手持式检测设备(4)上包括显示屏(41)、开关键(42)、保存数据键(43)、轨迹变化显示键(44)、速度变化显示键(45)、清空屏幕键(46)，显示屏(41)用于显示检测的结果，开关键(42)用于控制手持式检测设备(4)的开关，保存数据键(43)用于保存本次检测的结果，轨迹变化显示键(44)用于在显示屏(41)上显示本次的轨迹检测结果，速度变化显示键(45)用于在显示屏(41)上显示本次的速度变化检测结果，清空屏幕键(46)用于清空屏幕上的结果。
2.根据权利要求1所述的一种空间大尺寸轨迹检测装置，其特征在于，所述的叠层电池(212)采用12V供电的电池；所述的电压转换模块(211)采用7805电压转换芯片；所述的三轴加速度传感器模块(213)采用MPU6050传感器芯片；所述的蓝牙模块(214)采用HC-05无线串口模块；所述的单片机模块(215)采用STM32F103单片机最小***。
3.一种根据权利要求1所述的空间大尺寸轨迹检测装置的轨迹检测方法，其特征在于，所述的三轴加速度传感器模块(213)安装在法兰盘(2)的中心上，其中的三个轴分别是指工业机器人(1)末端机械手在笛卡尔坐标系下的X，Y，Z轴，三轴加速度传感器模块(213)在工业机器人(1)运动时实时检测机器人在X，Y，Z轴上的加速度分量值，组成一个N行3列的加速度矩阵，矩阵的第一列是机器人运动时机器人末端在笛卡尔坐标系下X轴的加速度值，矩阵的第二列是机器人运动时机器人末端在笛卡尔坐标系下Y轴的加速度值，矩阵的第三列是机器人运动时机器人末端在笛卡尔坐标系下Z轴的加速度值，传送给单片机模块(215)，单片机模块(215)通过蓝牙模块(214)远传到手持检测设备(4)上，完成加速度数据采集。
4.一种根据权利要求1所述的空间大尺寸轨迹检测装置的轨迹检测方法，其特征在于，所述的手持式检测设备(4)接收到三轴加速度传感器模块(213)采集到N行3列的加速度矩阵和检测所用时间，先把X，Y，Z轴上的加速度值从N行3列矩阵中提取出来，通过公式Vi＝∫taidt i＝X,Y,Z，Vi为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的速度分量值，ai为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的加速度分量，t为测量所用的时间，即对加速度值进行一次积分，可以分别得到三个轴上速度分量的变化曲线，通过公式V为机器人运动时的实际速度值，即把X，Y，Z三个轴上的速度分量变化曲线拟合到一起，就可以得出机器人末端实际速度的变化曲线图，与标准运动速度相对比，通过建模得出实际轨迹速度与标准轨迹速度的误差，计算出速度的变动量，从而检测出机器人的轨迹速度特性；通过公式Si＝∫tVidt i＝X,Y,Z，Si为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的运动轨迹分量，Vi为机器人运动时在X，Y，Z每个轴上的速度分量值，t为测量所用的时间，即再对速度值进行一次积分，可以分别得到三个轴上运动轨迹分量的变化曲线，通过公式S为机器人运动时的实际轨迹变化曲线，即把X，Y，Z三个轴上运动轨迹分量的变化曲线拟合到一起，就可以得出机器人末端实际运动轨迹变化曲线图，与标准运动轨迹相对比，通过建模得出实际轨迹与标准轨迹的误差，计算出运动轨迹的变动量，从而检测出机器人的轨迹特性。
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