[发明专利]一种两平面间相对位姿的非接触检测装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人检测技术领域，特别涉及一种两平面间相对位姿的非接触检测装置及其检测方法。 

背景技术

随着科学技术的日新月异，自动化已广泛应用于各行各业，特别是工业生产中。在这些应用中，检测被操作物体相对于动作主体的位姿则是所有工序的第一步。其中有一类工作涉及平面与平面之间的相对位姿检测，例如：在工业搬运和爬壁机器人等应用中，通常包含动平面（一般较小，例如吸盘平面）与静平面（一般较大，例如被吸附物体表面），如何利用简单高效的传感器保证动平面与静平面快速紧密贴合，即是典型应用之一。 

传统技术一般采用接触传感器或者光纤曲率传感器来解决这一问题，如美国密歇根州立大学研制的两种双足式小型爬壁机器人FLIPPER和CRAWLER等。但是该方法存在诸多的不足： 

1）只有当两平面接触后才有信号产生，而此时两平面间相对位姿的调整量却往往很有限，否则容易产生碰撞，显得被动；

2）在两平面靠近的过程中，无法提供有效的启发和引导信息，显得盲目；

3）调整量往往只是逻辑信号，而非量化信息，显得低效。而要克服这些困难，非接触式检测是个极佳的选择。机器视觉也是一种解决方法。但它对光照、背景等有要求，而且一般需要设置多视角和多个路标点，相应的图像处理程序复杂、耗时多，检测成本难免大幅提高。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有机器人检测的技术不足，提供一种非接触即可检测的两平面间相对位姿的非接触检测装置。 

进一步地，本发明提供一种非接触即可检测的两平面间相对位姿的非接触检测方法。 

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为： 

提供一种两平面间相对位姿的非接触检测装置，包括倾角传感器、安装架、基于单片机的主控系统与至少3个距离传感器；所述倾角传感器安装在安装架上且倾角传感器的至少1个测量轴与安装架垂直；所述基于单片机的主控系统通过I²C总线与3个距离传感器连接；另外，所述倾角传感器也与基于单片机的主控系统连接。

优选地，所述三个所述距离传感器呈正三角形分布在安装架上。 

优选地，所述安装架上设有三个真空吸盘，用于与外界平面相接触；且三个距离传感器组成的三角形与三个真空吸盘组成的三角形相错开。 

优选地，三个所述真空吸盘也呈正三角形分布，且三个距离传感器组成的正三角形与三个真空吸盘组成的正三角形正相错开，而且三个距离传感器组成的正三角形的外圆与三个真空吸盘组成的正三角形的外圆同心。 

优选地，所述距离传感器为超声波传感器或红外传感器。 

优选地，所述倾角传感器采用单轴、双轴或三轴倾角传感器。 

优选地，所述基于单片机的主控系统通过数据线与上位机相连接。 

一种使用上述装置的两平面间相对位姿的非接触检测方法，包括如下步骤：设有第一平面与第二平面；其中，第一平面作为动平面，第二平面为静平面；上述距离传感器与倾角传感器设于第一平面内；设第一平面与第二平面之间的夹角和增量转角 以及第一平面到第二平面的距离三种位姿信息；对于增量转角的测量，倾角传感器的测量轴与第一平面垂直，当第一平面绕自身法向量转动时，倾角传感器在转动前和转动后所测得的相对于重力方向而言的角度之差即为第一平面相对于第二平面的增量转角；3个距离传感器在第一平面上呈三角形分布，其测量方向均垂直于第一平面、指向第二平面，通过如下公式计算即可获取第一平面和第二平面之间的夹角以及第一平面到第二平面的距离： 

；

； 

其中，、、——各距离传感器所测得的值；——三个距离传感器的分布圆半径；。

优选地，所述第一平面先绕自身法向量转动至增量转角为零的位置，则之后倾角传感器所测得值即为第一平面相对于第二平面的增量转角。 

优选地，所述3个距离传感器在第一平面上呈正三角形分布。 

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明通过非接触检测，避免了“不接触即无信号”的盲区，有效增大了测量距离和范围；本发明的检测方法简单，易于实现，精度高，设备成本低，便于推广应用；本发明的检测装置独立、完整，便于与其它系统融合。 

附图说明

图1为本发明的检测原理图； 

图2是本发明倾角传感器安装的示意图；

图3是第一平面和第二平面之间且绕z轴的增量转角为β时的倾角传感器安装示意图；

图4是本发明所使用装置的框图；