[发明专利]基于工业机器人内置传感器信号的运动特性检测方法

说明书

本发明公开了一种基于工业机器人内置传感器信号的运动特性检测方法，数据采集板卡采集工业机器人各个关节伺服电机编码器的信号，读取工业机器人关节伺服电机发给机器人控制柜的位置反馈脉冲数；计算处理单元根据机器人运动学D‑H模型，将工业机器人各关节的运动信息经D‑H模型中的关节转换矩阵的坐标变换运算，得出工业机器人末端实时点位在工业机器人的基坐标系下的坐标值和运动轨迹；计算处理单元将坐标值和运动轨迹通过显示屏进行三维空间实时显示；通过工业机器人末端理论点位与所得坐标值进行比较，给出位置精度信息。本发明的检测原理简单，实现容易，具有便捷、快速、实时检测的优点，不用在机器人末端加装测量的装置，大大降低了成本。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种基于工业机器人内置传感器信号的运动特性检测方法。

背景技术

工业机器人是典型的机电一体化装备，随着工业机器人应用领域的不断扩大以及现代工业的快速发展，人们对工业机器人性能的要求越来越高，因此高速、高精度、智能和模块化成为目前工业机器人发展的主要趋势。由于工业机器人在制造业的地位日益凸显，作为高科技、高精度的生产制造业装备，故其的性能、精度以及智能化程度都要求更高，尤其是精度问题，学者为了提高机器人精度做了很多努力和工作。工业机器人的精度分为定位精度和重复定位精度。研究表明，工业机器人的重复定位精度很高(um级)，而定位精度则较差(mm级)。这些不足，使机器人还难以发挥更大的作用。

运动精度是衡量机器人性能的一个重要指标，因此无论在理论上还是在实际应用中都受到了专家学者们的广泛关注。由于工业机器人存在制造、装配误差以及磨损等，会造成末端精度不够。目前对工业机器人的动态特性和运动精度检测手段有限，且成本很高，操作相对复杂(例如激光跟踪仪，激光干涉仪)；对工业机器人在线实时检测方法更是没有；而在工业机器人上加装检测装置的方法，受到工作空间、成本、复杂程度等因素影响，难以实现。

不过也有人将球杆仪用来对工业机器人的运动进行检测和分析。通过离线编程，使机器人末端在小范围内以空间圆轨迹运动，与理论圆对比，从而评价机器人误差和动态特性。这种方法的优点是简便易行，测量精度较高；缺点是由于球杆长度有限，限制在小范围内对机器人的圆轨迹进行测量、评估和分析，测量模式固定，不能满足机器人运动特性的研究。

激光跟踪仪是一种高精度的工业测量装置，由于激光为单色光，发散小，测量精确。激光跟踪仪和激光干涉仪基本原理一样，结合了干涉仪、续光再续和高精度角度编码器，使其功能得到增强。激光跟踪仪能对工业机器人进行高精度、实时跟踪测量。其缺点是操作复杂，价格昂贵，暂无法大范围应用。

目前，鲜有对工业机器人在工作状态中进行运动检测，工作状态机器人因为负载，工作环境不同与空载运行的情况下肯定有所差别。在工作状态下，对机器人的运动特性检测才更接近真实情况。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种基于工业机器人内置传感器信号的运动特性检测方法，能实现工业机器人末端位置的轨迹与精度的实时检测，可用于机器人运动轨迹与精度的监测与优化。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于工业机器人内置传感器信号的运动特性检测方法，包括以下操作：

1)当工业机器人根据机器人控制柜发来的控制指令运动时，数据采集板卡采集工业机器人各个关节伺服电机的编码器的信号，读取关节伺服电机发给机器人控制柜的位置反馈脉冲数；数据采集板卡将采集的信号发送给计算处理单元对其进行处理，通过位置反馈脉冲数获取电机转角，再通过电机转角与关节转角的减速比，获得各关节转动角度及关节运动信息，还原出工业机器人各关节包括位置、速度在内的运动信息；

2)计算处理单元根据机器人运动学D-H模型，将工业机器人各关节的运动信息经D-H模型中的关节转换矩阵的坐标变换运算，得出工业机器人末端实时点位在工业机器人的基坐标系下的坐标值和运动轨迹；