一種機械臂末端運動補償裝置及其補償方法
【專利摘要】本發明公開了一種機械臂末端運動補償裝置，包括視覺采集裝置、激光測距儀、拉繩編碼器和控制裝置，所述拉繩編碼器固定安裝于水平面上，且拉繩與機械臂固定連接；所述激光測距儀固定安裝于機械臂上；所述視覺采集裝置安裝于所述拉繩編碼器的上方。還提供一種補償方法，包括以下步驟：1)控制裝置通過視覺采集裝置對動作的拉繩編碼器進行圖像采集，獲取拉繩轉角；2)通過拉繩編碼器和激光測距儀，獲取繩子長度和機械臂高度；3)通過以上獲取的三個參數，計算出機械臂末端坐標；4)通過末端坐標實時補償和修正機械臂的運動路徑。本發明具有結構簡單、使用方便、投入成本低和使用范圍廣的有益效果。
【專利說明】
一種機械臂末端運動補償裝置及其補償方法
技術領域
[0001]本發明屬于機械臂控制技術領域，尤其是一種機械臂末端運動補償裝置及其補償方法。【背景技術】
[0002]隨著現代工業4.0的提出，對機器人控制的要求也越來越高，為實現實時顯示工業機器人使用過程中的動態特性，盡可能消除動態誤差，我們需要對機械臂末端位置進行位置定位，實現全閉環控制系統。對于開放的工作環境中，現有測量系統采用4個拉繩編碼器對機械臂末端位置進行標定，但是拉繩編碼器本身對機械臂末端有一定力的作用，對輕載機械臂來說是極大的負擔，并且其三維的定位精度都是一樣的，當只需要對某一維數精度要求較高時，則整個系統的性能被浪費，投入成本較高。另外，現有測量系統還可采用激光跟蹤儀對機械臂末端位置進行標定，但是這種系統只能在開放的環境中使用，無法在密閉環境中工作。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了解決現有測量系統存在的成本高和使用范圍小的問題，提供一種結構簡單、使用方便、投入成本低和使用范圍廣的機械臂末端運動補償裝置及其補償方法。
[0004]本發明的目的可以通過以下技術方案達到:
[0005]—種機械臂末端運動補償裝置，包括視覺采集裝置、激光測距儀、拉繩編碼器和控制裝置，所述拉繩編碼器固定安裝于水平面上，且其拉繩與機械臂固定連接;所述激光測距儀固定安裝于機械臂上，且豎直向下照射到水平面上;所述視覺采集裝置安裝于所述拉繩編碼器的上方，所述視覺采集裝置、激光測距儀和拉繩編碼器的輸出端與所述控制裝置的輸入端連接，所述控制裝置的輸出端與機械臂的動力輸入端連接。
[0006]進一步地，所述控制裝置為單片機或PLC。
[0007]—種機械臂末端運動補償方法，包括以下步驟:
[0008]1)以拉繩編碼器的拉繩一端為原點建立世界坐標系以實時確定與機械臂連接的拉繩一端P點的坐標；
[0009]2)控制裝置通過視覺采集裝置對動作的拉繩編碼器進行圖像采集，通過圖像處理采集拉繩的坐標點數據，并將各個坐標點數據擬合成一條直線，以此獲得拉繩初始位置與最終位置，并計算出兩條擬合直線的夾角以獲取拉繩旋轉角度比[〇〇1〇] 3)通過拉繩編碼器可以測量得到拉繩伸出長度s，通過激光測距儀可以得到與機械臂連接的拉繩一端的高度h，并將測量的s和h數據傳送到控制裝置，則可以計算出拉繩在 X，Y平面的投影的長度d，其中h為P點的Z軸的坐標；
[0011]4)通過機器視覺系統測量拉繩在X，Y平面的投影與X軸之間的夾角0，并將測量的0數據傳送到控制裝置，則通過d和抑勺參數可以計算出P點的X軸和Y軸坐標，通過P點的坐標(x，y，z)實時補償和修正機械臂的運動路徑。
[0012]進一步地，所述步驟1)的具體步驟如下:通過最小二乘法將拉繩的坐標數據點數據擬合成一條直線。
[0013]進一步地，所述控制裝置間隔性地采集視覺采集裝置、激光測距儀和拉繩編碼器的數據。
[0014]本發明具有如下突出的有益效果:
[0015]本發明采用視覺采集裝置通過對拉繩編碼器的拉繩的位置進行圖像采集，同時通過激光測距儀對與機械臂連接的拉繩一端的高度進行測量，并將數據傳送到控制裝置進行計算，則可實時得到機械臂的位置坐標，從而對控制裝置的機械臂坐標進行補償和修正。本發明只采用單一的拉繩編碼器且可在開放或閉合的環境中使用，具有結構簡單、使用方便、 投入成本低和使用范圍廣的特點。【附圖說明】
[0016]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0017]圖1是本發明機械臂末端運動補償裝置的結構示意圖；
[0018]圖2是本發明機械臂末端運動補償方法的示意圖。【具體實施方式】
[0019]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0020]實施例:
[0021]如圖1所示，本實施例涉及一種機械臂末端運動補償裝置，包括視覺采集裝置1、激光測距儀2、拉繩編碼器3和控制裝置，所述拉繩編碼器3固定安裝于水平面上10,且其拉繩 31與機械臂4固定連接;所述激光測距儀2固定安裝于機械臂4上，且豎直向下照射到水平面上10;所述視覺采集裝置1安裝于所述拉繩編碼器3的上方，所述視覺采集裝置1、激光測距儀2和拉繩編碼器3的輸出端與所述控制裝置的輸入端連接，所述控制裝置的輸出端與機械臂4的動力輸入端連接。在工作時，機械臂4需要對放置于水平面上10的玻片100進行夾取。 首先，視覺采集裝置1通過對拉繩編碼器3的拉繩31的位置進行圖像采集，同時通過激光測距儀2對與機械臂4連接的拉繩31—端的高度進行測量，并將數據傳送到控制裝置進行計算，則可實時得到機械臂4的位置坐標，從而對控制裝置的機械臂4坐標進行補償和修正。在該動作中，對于玻片100的夾取僅在Z軸方向需要高精度要求。本補償裝置只采用單一的拉繩編碼器3且可在開放或閉合的環境中使用，具有結構簡單、使用方便、投入成本低和使用范圍廣的特點。[〇〇22]所述控制裝置為單片機或PLC。當然，其它具有數據接收和處理功能的設備也適用于控制裝置，例如PC機。
[0023]如圖1和圖2所示，本實施例還提供一種機械臂末端運動補償方法，包括以下步驟:
[0024]1)控制裝置每隔一定的時間通過視覺采集裝置1對拉繩編碼器3進行圖像采集，以采集拉繩31的坐標點數據，通過最小二乘法將拉繩31的坐標點數據擬合成一條直線，以此獲得拉繩初始位置與最終位置，并計算出兩條擬合直線的夾角以獲取拉繩旋轉角度比
[0025]2)以拉繩編碼器3的拉繩31—端為原點建立世界坐標系以實時確定與機械臂4連接的拉繩31—端P點的坐標;通過拉繩編碼器3可以測量得到拉繩31伸出長度s，通過激光測距儀2可以得到與機械臂4連接的拉繩31—端的高度h;控制裝置每隔一定的時間通過拉繩編碼器3和激光測距儀2采集s和h的數據，并計算出拉繩31在X，Y平面的投影的長度d，其中h 為P點的Z軸的坐標；
[0026]3)通過機器視覺系統測量拉繩31在X，Y平面的投影與X軸之間的夾角0，并將測量的0數據傳送到控制裝置，則通過d和邱勺參數可以計算出P點的X軸和Y軸坐標，通過P點的坐標(x，y，z)實時補償和修正機械臂4的運動路徑。
[0027]例如，此時控制裝置自身獲取P點的坐標為(100.0，100.2，99.8)，而通過視覺采集裝置1、激光測距儀2和拉繩編碼器3采集拉繩31的坐標點數據并通過計算獲得的坐標為 (99.212,99.313,101.112)，則控制裝置的坐標即修正為(99.2,99.3,101.1)，來進行動作補償。控制裝置每輸出10個脈沖，獲取一次激光測距儀2的數據進行補償，每輸出30個脈沖， 完全修正x、y、z坐標，實時補償機械臂4動作，最后夾取玻片100。
[0028]本補償方法采用視覺采集裝置1通過對拉繩編碼器3的拉繩31的位置進行圖像采集，同時通過激光測距儀2對與機械臂4連接的拉繩31—端的高度進行測量，并將數據傳送到控制裝置進行計算，則可實時得到機械臂4的位置坐標，從而對控制裝置的機械臂4坐標進行補償和修正。[〇〇29]以上所揭露的僅為本發明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【主權項】
1.一種機械臂末端運動補償裝置，其特征在于:包括視覺采集裝置、激光測距儀、拉繩 編碼器和控制裝置，所述拉繩編碼器固定安裝于水平面上，且其拉繩與機械臂固定連接;所 述激光測距儀固定安裝于機械臂上，且豎直向下照射到水平面上;所述視覺采集裝置安裝 于所述拉繩編碼器的上方，所述視覺采集裝置、激光測距儀和拉繩編碼器的輸出端與所述 控制裝置的輸入端連接，所述控制裝置的輸出端與機械臂的動力輸入端連接。2.根據權利要求1所述的一種機械臂末端運動補償裝置，其特征在于:所述控制裝置為 單片機或PLC。3.—種機械臂末端運動補償方法，其特征在于，包括以下步驟:1)以拉繩編碼器的拉繩一端為原點建立世界坐標系，以實時確定與機械臂連接的拉繩 一端P點的坐標；2)控制裝置通過視覺采集裝置對動作的拉繩編碼器進行圖像采集，通過圖像處理采集 拉繩的坐標點數據，并將各個坐標點數據擬合成一條直線，以此獲得拉繩初始位置與最終 位置，并計算出兩條擬合直線的夾角以獲取拉繩旋轉角度比3)通過拉繩編碼器可以測量得到拉繩伸出長度s，通過激光測距儀可以得到與機械臂 連接的拉繩一端的高度h，并將測量的s和h數據傳送到控制裝置，則可以計算出拉繩在X，Y 平面的投影的長度d，其中h為P點的Z軸的坐標；4)通過機器視覺系統測量拉繩在X，Y平面的投影與X軸之間的夾角13，并將測量的13數據 傳送到控制裝置，則通過d和邱勺參數可以計算出P點的X軸和Y軸坐標，通過P點的坐標(x，y， z)實時補償和修正機械臂的運動路徑。4.根據權利要求3所述的一種機械臂末端運動補償裝置及其補償方法，其特征在于:所 述步驟1)的具體步驟如下:通過最小二乘法將拉繩的坐標數據點數據擬合成一條直線。5.根據權利要求3所述的一種機械臂末端運動補償裝置及其補償方法，其特征在于:所 述控制裝置間隔性地采集視覺采集裝置、激光測距儀和拉繩編碼器的數據。
【文檔編號】G05B19/042GK106020024SQ201610350073
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】王晗, 駱偉岸, 陳新, 陳新度, 劉強, 羅迪, 勞劍東, 鄒學涌, 房飛宇, 張寬
【申請人】廣東工業大學