一種機器人重復(fù)定位系統(tǒng)及其定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機器人重復(fù)定位系統(tǒng)，包括編碼器，安裝在機器人每個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)上，用于測量轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度；三軸加速度傳感器，安裝在機器人的操作端，用于測量機器人操作端在三維方向上的加速度；CCD鏡頭，安裝在機器人的操作端，用于捕捉位于定位參照物上的標(biāo)記點，標(biāo)記點為同心設(shè)置的若干個環(huán)形標(biāo)記，定為參照物上至少設(shè)置有三個標(biāo)記點；控制模塊，與編碼器、三軸加速度傳感器和CCD鏡頭通訊連接，用于對檢測到的定位參數(shù)進(jìn)行處理；數(shù)據(jù)庫模塊，與控制模塊通訊連接，用于存儲機器人定位過程的歷史數(shù)據(jù)。本發(fā)明還提供了一種上述機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高機器人重復(fù)定位的精度。
【專利說明】
一種機器人重復(fù)定位系統(tǒng)及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及工廠自動化技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種機器人重復(fù)定位系統(tǒng)及其定位方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在自動化生產(chǎn)中，各種機器人是代替人工進(jìn)行工件運輸、加工的主要設(shè)備。在機器 人的運動過程中，為了保證對于工件加工的精度，對于機器人運動的重復(fù)定位精度要求較 高?，F(xiàn)有技術(shù)中，機器人的重復(fù)定位通常使用參考定位點進(jìn)行重復(fù)定位。這種方式在定位末 期由于慣性的作用會出現(xiàn)往復(fù)的振動，影響定位精度和定位速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種機器人重復(fù)定位系統(tǒng)及其定位方法，能夠解 決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提尚機器人重復(fù)定位的精度。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。
[0005] -種機器人重復(fù)定位系統(tǒng)，包括，
[0006] 編碼器，安裝在機器人每個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)上，用于測量轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度；
[0007] 三軸加速度傳感器，安裝在機器人的操作端，用于測量機器人操作端在三維方向 上的加速度；
[0008] (XD鏡頭，安裝在機器人的操作端，用于捕捉位于定位參照物上的標(biāo)記點，標(biāo)記點 為同心設(shè)置的若干個環(huán)形標(biāo)記，定為參照物上至少設(shè)置有三個標(biāo)記點；
[0009] 控制模塊，與編碼器、三軸加速度傳感器和CCD鏡頭通訊連接，用于對檢測到的定 位參數(shù)進(jìn)行處理；
[0010] 數(shù)據(jù)庫模塊，與控制模塊通訊連接，用于存儲機器人定位過程的歷史數(shù)據(jù)。
[0011] -種用于上述的機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟：
[0012] A、機器人根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動作，編碼器對各個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行監(jiān)控， 控制模塊根據(jù)編碼器的測量數(shù)據(jù)判斷機器人操作端的實時位置；
[0013] B、當(dāng)機器人操作端靠近定位位置時，CCD鏡頭通過捕捉標(biāo)記點使控制模塊進(jìn)行機 器人操作端的精確定位；
[0014] C、三軸加速度傳感器對機器人操作端的三維方向加速度進(jìn)行測量，控制模塊使用 加速度數(shù)據(jù)對CCD鏡頭捕捉標(biāo)記點過程中機器人操作端的移動方向和速度進(jìn)行修正。
[0015] 作為優(yōu)選，步驟A中，使用三軸加速度傳感器的加速度測量結(jié)果對轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動 角度進(jìn)行修正。
[0016] 作為優(yōu)選，對轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行修正的修正函數(shù)為，
[0018]其中，c為修正后的轉(zhuǎn)動角度，(^為修正前的轉(zhuǎn)動角度，a為此轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動方向上 的加速度測量值，ki~k3為比例常數(shù)。
[0019] 作為優(yōu)選，步驟B中，當(dāng)(XD鏡頭捕捉到任意一個環(huán)形標(biāo)記時，控制模塊控制機器人 操作端沿著這一環(huán)形標(biāo)記進(jìn)行移動，同時降低速度，當(dāng)CCD鏡頭捕捉到其它環(huán)形標(biāo)記時，控 制模塊控制機器人操作端沿著已捕捉到的環(huán)形標(biāo)記的圓心所形成的多邊形進(jìn)行移動，直至 C⑶鏡頭捕捉到所有標(biāo)記點。
[0020] 作為優(yōu)選，機器人操作端的速度降低變化率隨著CCD鏡頭捕捉到的環(huán)形標(biāo)記數(shù)量 增加而提尚。
[0021] 作為優(yōu)選，步驟C中，機器人操作端沿著環(huán)形標(biāo)記進(jìn)行移動時，移動的方向與機器 人操作端投影在標(biāo)記點參考平面上的加速度方向相同。
[0022] 作為優(yōu)選，步驟C中，機器人操作端沿著環(huán)形標(biāo)記進(jìn)行移動時，其移動速度根據(jù)CCD 鏡頭捕捉到的環(huán)形標(biāo)記數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時，再進(jìn)行二次修正，修正函數(shù)為，
[0024]其中，v為機器人操作端移動的實時速度，V1為機器人操作端移動的初始速度，&1為 三維方向加速度投影在標(biāo)記點參考平面上的加速度分量，助為三維方向加速度垂直于標(biāo)記 點參考平面的加速度分量，k4~k 6為比例常數(shù)。
[0025]采用上述技術(shù)方案所帶來的有益效果在于:本發(fā)明通過利用編碼器、(XD鏡頭來確 定機器人操作端的實時位置，并同時使用三軸加速度傳感器采集到的機器人操作端加速度 對機器人操作端的實時位置進(jìn)行修正，從而降低了定位過程的往復(fù)波動幅度，提高了定位 速度和定位精度。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的一個【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖中：1、編碼器;2、三軸加速度傳感器;3、CCD鏡頭;4、控制模塊;5、數(shù)據(jù)庫模塊。
【具體實施方式】
[0028]參照圖1，本發(fā)明的一個【具體實施方式】包括編碼器1，安裝在機器人每個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié) 上，用于測量轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度；
[0029]三軸加速度傳感器2,安裝在機器人的操作端，用于測量機器人操作端在三維方向 上的加速度；
[0030] (XD鏡頭3,安裝在機器人的操作端，用于捕捉位于定位參照物上的標(biāo)記點，標(biāo)記點 為同心設(shè)置的若干個環(huán)形標(biāo)記，定為參照物上至少設(shè)置有三個標(biāo)記點；
[0031]控制模塊4,與編碼器1、三軸加速度傳感器2和CCD鏡頭3通訊連接，用于對檢測到 的定位參數(shù)進(jìn)行處理；
[0032] 數(shù)據(jù)庫模塊5,與控制模塊4通訊連接，用于存儲機器人定位過程的歷史數(shù)據(jù)。
[0033] -種用于上述機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟：
[0034] A、機器人根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動作，編碼器1對各個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行監(jiān)控， 控制模塊4根據(jù)編碼器1的測量數(shù)據(jù)判斷機器人操作端的實時位置;步驟A中，使用三軸加速 度傳感器2的加速度測量結(jié)果對轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行修正，對轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度進(jìn) 行修正的修正函數(shù)為，
[0036] 其中，c為修正后的轉(zhuǎn)動角度，(^為修正前的轉(zhuǎn)動角度，a為此轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動方向上 的加速度測量值，ki~k3為比例常數(shù)。
[0037] B、當(dāng)機器人操作端靠近定位位置時，(XD鏡頭3通過捕捉標(biāo)記點使控制模塊4進(jìn)行 機器人操作端的精確定位;當(dāng)CCD鏡頭3捕捉到任意一個環(huán)形標(biāo)記時，控制模塊4控制機器人 操作端沿著這一環(huán)形標(biāo)記進(jìn)行移動，同時降低速度，當(dāng)CCD鏡頭3捕捉到其它環(huán)形標(biāo)記時，控 制模塊4控制機器人操作端沿著已捕捉到的環(huán)形標(biāo)記的圓心所形成的多邊形進(jìn)行移動，直 至CCD鏡頭3捕捉到所有標(biāo)記點，機器人操作端的速度降低變化率隨著CCD鏡頭3捕捉到的環(huán) 形標(biāo)記數(shù)量增加而提高。
[0038] C、三軸加速度傳感器2對機器人操作端的三維方向加速度進(jìn)行測量，控制模塊4使 用加速度數(shù)據(jù)對CCD鏡頭3捕捉標(biāo)記點過程中機器人操作端的移動方向和速度進(jìn)行修正;機 器人操作端沿著環(huán)形標(biāo)記進(jìn)行移動時，移動的方向與機器人操作端投影在標(biāo)記點參考平面 上的加速度方向相同，機器人操作端沿著環(huán)形標(biāo)記進(jìn)行移動時，其移動速度根據(jù)CCD鏡頭3 捕捉到的環(huán)形標(biāo)記數(shù)量進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時，再進(jìn)行二次修正，修正函數(shù)為，
[0040] 其中，v為機器人操作端移動的實時速度，V1為機器人操作端移動的初始速度，&1為 三維方向加速度投影在標(biāo)記點參考平面上的加速度分量，助為三維方向加速度垂直于標(biāo)記 點參考平面的加速度分量，k 4~k6為比例常數(shù)。
[0041] 其中，步驟A中，使用三軸加速度傳感器2的加速度測量結(jié)果對轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角 度進(jìn)行修正時，從遠(yuǎn)離機器人操作端的一側(cè)進(jìn)行修正，下一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)進(jìn)行修正時，根據(jù)上 一個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的修正量，對本次修正過程中的k 3進(jìn)行等比例調(diào)整。
[0042] 另外，控制模塊4通過讀取數(shù)據(jù)庫模塊5內(nèi)記錄的CCD鏡頭3捕捉到第一個環(huán)形標(biāo)記 至定位完成過程中操作端的位移和速度變化數(shù)據(jù)，對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均，使用得到的 結(jié)果修正轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)，從而縮短整個定位過程的時間和復(fù)雜度。加權(quán)過程中， 生成時間較早的數(shù)據(jù)的權(quán)重值小于生成時間較晚的數(shù)據(jù)的權(quán)重值。
[0043]本發(fā)明可以明顯縮短機器人定位的速度，減少定位過程中出現(xiàn)的位置波動問題， 提高了最終的定位精度。
[0044]上述描述僅作為本發(fā)明可實施的技術(shù)方案提出，不作為對其技術(shù)方案本身的單一 限制條件。
【主權(quán)項】
1. 一種機器人重復(fù)定位系統(tǒng)，其特征在于:包括， 編碼器(1 )，安裝在機器人每個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)上，用于測量轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度； Ξ軸加速度傳感器(2)，安裝在機器人的操作端，用于測量機器人操作端在Ξ維方向上 的加速度； CCD鏡頭(3)，安裝在機器人的操作端，用于捕捉位于定位參照物上的標(biāo)記點，標(biāo)記點為 同屯、設(shè)置的若干個環(huán)形標(biāo)記，定為參照物上至少設(shè)置有Ξ個標(biāo)記點； 控制模塊(4)，與編碼器（1)、Ξ軸加速度傳感器（2)和CCD鏡頭（3)通訊連接，用于對檢 測到的定位參數(shù)進(jìn)行處理； 數(shù)據(jù)庫模塊巧），與控制模塊(4)通訊連接，用于存儲機器人定位過程的歷史數(shù)據(jù)。2. -種權(quán)利要求1所述的機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于包括W下步驟： Α、機器人根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動作，編碼器(1)對各個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行監(jiān)控，控 制模塊(4)根據(jù)編碼器(1)的測量數(shù)據(jù)判斷機器人操作端的實時位置； Β、當(dāng)機器人操作端靠近定位位置時，CCD鏡頭(3)通過捕捉標(biāo)記點使控制模塊(4)進(jìn)行 機器人操作端的精確定位； C、^軸加速度傳感器(2)對機器人操作端的Ξ維方向加速度進(jìn)行測量，控制模塊(4)使 用加速度數(shù)據(jù)對CCD鏡頭(3)捕捉標(biāo)記點過程中機器人操作端的移動方向和速度進(jìn)行修正。3. 根據(jù)權(quán)利2所述的機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于:步驟A中，使用Ξ軸 加速度傳感器(2)的加速度測量結(jié)果對轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度進(jìn)行修正。4. 根據(jù)權(quán)利3所述的機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于:對轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動 角度進(jìn)行修正的修正函數(shù)為，其中，C為修正后的轉(zhuǎn)動角度，C1為修正前的轉(zhuǎn)動角度，a為此轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動方向上的加 速度測量值，ki~k3為比例常數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利2所述的機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于：步驟B中，當(dāng)CCD鏡 頭(3)捕捉到任意一個環(huán)形標(biāo)記時，控制模塊(4)控制機器人操作端沿著運一環(huán)形標(biāo)記進(jìn)行 移動，同時降低速度，當(dāng)CCD鏡頭(3)捕捉到其它環(huán)形標(biāo)記時，控制模塊(4)控制機器人操作 端沿著已捕捉到的環(huán)形標(biāo)記的圓屯、所形成的多邊形進(jìn)行移動，直至CCD鏡頭(3)捕捉到所有 申不記點。6. 根據(jù)權(quán)利5所述的機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于:機器人操作端的速 度降低變化率隨著CCD鏡頭(3)捕捉到的環(huán)形標(biāo)記數(shù)量增加而提高。7. 根據(jù)權(quán)利6所述的機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于:步驟C中，機器人操 作端沿著環(huán)形標(biāo)記進(jìn)行移動時，移動的方向與機器人操作端投影在標(biāo)記點參考平面上的加 速度方向相同。8. 根據(jù)權(quán)利6所述的機器人重復(fù)定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于:步驟C中，機器人操 作端沿著環(huán)形標(biāo)記進(jìn)行移動時，其移動速度根據(jù)CCD鏡頭(3)捕捉到的環(huán)形標(biāo)記數(shù)量進(jìn)行調(diào) 節(jié)的同時，再進(jìn)行二次修正，修正函數(shù)為，其中，V為機器人操作端移動的實時速度，VI為機器人操作端移動的初始速度，ai為Ξ維 方向加速度投影在標(biāo)記點參考平面上的加速度分量，曰2為Ξ維方向加速度垂直于標(biāo)記點參 考平面的加速度分量，k4~k6為比例常數(shù)。
【文檔編號】G01B21/22GK106092053SQ201510988678
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2015年12月25日
【發(fā)明人】宋明安, 孫潔, 付煥清, 劉學(xué)平, 同彥恒, 李志博, 麻輝
【申請人】寧夏巨能機器人系統(tǒng)有限公司