六点定位式相对位姿检测系统

摘要

本发明涉及一种检测系统，具体说是一种应用于关节型搬运工业机器人示教编程过程中的六点定位式相对位姿检测系统，属于生产线辅助工具。六点定位式相对位姿检测系统，包括由目标姿态标准法兰和目标位置标准芯轴组成的目标机构和检测目标机构位姿的检测机构，所述检测机构包括安装有传感器的传感器座。采用该检测系统，可以使操作工在测量结果的指导下对关节型搬运工业机器人进行精确的定位、定姿，提高了工件搬运的定位精度；将该检测系统与机器人控制系统进行集成，操作工则只需操作机器人进行粗定位，精定位过程可以由机器人自主智能完成，降低了对操作工知识、技能的要求。

权利要求

1.六点定位式相对位姿检测系统，其特征在于包括目标机构和检测目标机构位姿的检测机构，所述目标机构包括目标姿态标准法兰（1），安装在目标姿态标准法兰（1）上的目标位置标准芯轴（2），所述检测机构包括安装有传感器的传感器座（3），所述传感器座（3）包括六棱柱（3-1）和六棱柱一侧的圆柱体（3-2），六棱柱（3-1）是由间隔分布的侧面一（3-3）和侧面二（3-4）组成的，每个侧面一（3-3）上都安装有与目标位置标准芯轴（2）轴向方向平行的传感器一（4），每个侧面二（3-4）上都安装有与目标位置标准芯轴（2）轴向方向垂直的传感器二（5），所述传感器一（4）、传感器二（5）为激光位移传感器，所述圆柱体（3-2）靠近六棱柱（3-1）一端为中空的，中空的内圆周面为内环面（3-5），在使用的时候内环面（3-5）与目标位置标准芯轴保持同轴，所述圆柱体（3-2）远离六棱柱（3-1）的一端设有安装目标位置标准芯轴的圆锥孔（3-6）。

2.根据权利要求1所述六点定位式相对位姿检测系统，其特征在于所述传感器一（4）通过螺栓固定安装在侧面一（3-3）上，传感器二（5）通过螺栓固定安装在侧面二（3-4）的凹槽中。

说明书

六点定位式相对位姿检测系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种检测系统，具体说是一种应用于关节型搬运工业机器人示教编程过程中的六点定位式相对位姿检测系统，属于生产线辅助工具。

背景技术

[0002] 目前，关节型搬运工业机器人已广泛应用于机械制造领域，以替代人工给机床上下料，大大降低了劳动强度、生产成本，提高了加工效率、加工质量。

[0003] 现有的机器人主要采用示教编程，在需要精确定位的场合需要由操作人员手动操纵机器人在笛卡尔世界坐标系中进行精确的定点、定姿工作。

[0004] 若采用直角坐标机器人，由于其各个直线或旋转位置单元与笛卡尔坐标系有明确的一一对应关系，可以比较容易的进行以上定点、定姿工作。

[0005] 但是，若采用关节型搬运工业机器人，其末端件在笛卡尔坐标系位置、姿态是由前端各个关节转角综合得到的，因此，要进行以上的精确定位、定姿工作需要操作人员具有较高的知识水平和操作技能，整个定位、定姿时间也较长，影响了换型效率。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于解决已有技术中机器人不能精确定位，需要操作人员手动操纵机器人在笛卡尔世界坐标系中进行精确的定点、定姿工作的不足，提供一种能够精确测量关节型搬运工业机器人末端件位置、姿态与期望位置、姿态之间的差值的六点定位式相对位姿检测系统。

[0007] 本发明的六点定位式相对位姿检测系统是通过以下技术方案实现的：

[0008] 六点定位式相对位姿检测系统，其特殊之处在于包括目标机构和检测目标机构位姿的检测机构，所述目标机构包括目标姿态标准法兰1，安装在目标姿态标准法兰1上的目标位置标准芯轴2，所述检测机构包括安装有传感器的传感器座3，所述传感器座3包括六棱柱3-1和六棱柱3-1一侧的圆柱体3-2，六棱柱3-1是由间隔分布的侧面一3-3和侧面二3-4组成的，每个侧面一3-3上都安装有与目标位置标准芯轴2轴向方向平行的传感器一4，每个侧面二3-4上都安装有与目标位置标准芯轴2轴向方向垂直的传感器二5；

[0009] 为了将传感器一4、传感器二5分别固定安装在侧面一3-3、侧面二3-4上，本发明的一种改进是：所述传感器一4通过螺栓固定安装在侧面一3-3上，传感器二5通过螺栓固定安装在侧面二3-4的凹槽中；

[0010] 为了精确的确定目标位姿，本发明的一种改进是：所述传感器一4、传感器二5为激光位移传感器；

[0011] 为了在使用的时候，更加准确的定位，本发明的一种改进是：所述圆柱体3-2靠近六棱柱3-1一端为中空的，中空的内圆周面为内环面3-5，在使用的时候内环面3-5与目标位置标准芯轴保持同轴；

[0012] 为了便于检测系统与目标系统更加精确的定位，本发明的一种改进是：所述圆柱体3-2远离六棱柱3-1的一端设有安装目标位置标准芯轴的圆锥孔3-6。

[0013] 本发明的六点定位式相对位姿检测系统，通过测量端件位置、姿态与期望位置、姿态之间的差值，利用测得的数据，在指导操作人员进行精确的定位、定姿工作的同时将该检测系统与工业机器人控制系统融合实现智能自动定位、定姿。

[0014] 采用该检测系统，可以使操作工在测量结果的指导下对关节型搬运工业机器人进行精确的定位、定姿，提高了工件搬运的定位精度；将该检测系统与机器人控制系统进行集成，操作工则只需操作机器人进行粗定位，精定位过程可以由机器人自主智能完成，降低了对操作工知识、技能的要求。

附图说明

[0015] 图1：本发明的立体图；

[0016] 图2：本发明的主视图；

[0017] 图3：本发明的全剖视图；

[0018] 图中： 1、目标姿态标准法兰，2、目标位置标准芯轴， 3、传感器座， 3-1、六棱柱，3-2、圆柱体，3-3、侧面一，3-4、侧面二，3-5、内环面，3-6、圆锥孔， 4、传感器一，5、传感器二。

具体实施方式

[0019] 以下参考附图给出本发明的具体实施方式，用来对本发明做进一步的说明。

[0020] 实施例1：

[0021] 参照图1-3。该六点定位式相对位姿检测系统，包括由目标姿态标准法兰1及安装在目标姿态标准法兰1上的目标位置标准芯轴2组成的目标机构和检测目标机构位姿的检测机构，检测机构包括安装有传感器的传感器座3，所述传感器座3包括由间隔分布的侧面一3-3和侧面二3-4组成的六棱柱3-1和六棱柱3-1一侧的中空圆柱体3-2，侧面一3-3上通过螺栓固定安装有与目标位置标准芯轴2轴向方向平行的激光位移传感器，侧面二3-4的凹槽中通过螺栓固定安装有与目标位置标准芯轴2轴向方向垂直的激光位移传感器，圆柱体3-2一端内圆周面为使用时与目标位置标准芯轴保持同轴的内环面3-5，一端的圆锥孔为使用时与目标位置标准芯轴配合的圆锥孔3-6。

[0022] 本发明的测量原理及使用方法：

[0023] 测量原理：

[0024] 三个侧面一3-3上的激光位移传感器光轴射向目标姿态标准法兰端面1,三个位移传感器可以测出各自距离目标姿态标准法兰端面的距离，根据三点确定一个平面的原理，可计算得到由三个位移传感器安装点确定的平面（即传感器座左端面）与目标姿态标准法兰端面之间的夹角，从而得到传感器座与目标姿态的相对姿态差。

[0025] 三个侧面二3-4上的激光位移传感器光轴射向目标位置标准芯轴2外圆柱面，在传感器座3左端面与目标姿态标准法兰端面平行的前提下，测量出各自距离标准芯轴外圆柱面的距离，根据三点确定一个圆的原理，可以计算出有三个位置传感器安装点确定的圆的圆心（即传感器座轴线）与目标位置标准芯轴之间的相对距离，从而得到传感器座与目标位置的相对位置差。

[0026] 使用方法：

[0027] 第一次使用前，需要对传感器进行标定以消除由于传感器在传感器座上的安装误差造成的测量误差。标定方法是将目标位置标准芯轴右端的圆锥面插入传感器座圆柱体3-2的圆锥孔后，进行一次测量，并记录传感器一测得的距离目标姿态标准法兰端面的距离差以及传感器二测得的距离目标位置标准芯轴外圆柱面的距离差，以便后期进行结果补偿。

[0028] 标定完后即可进行实际使用，使用方法与过程如下：

[0029] 将由目标姿态标准法兰和目标位置标准芯轴组成的目标机构安装在机器人运动目标位置处（如车床主轴、铣床工作台等），使用安装在机器人上的机械手抓住传感器座；

[0030] 利用机器人手动功能操纵机器人各关节带动传感器座运动进行粗定位，使传感器座内环面套住目标位置标准芯轴；

[0031] 利用传感器一测出相对姿态，并根据结果利用关节型工业机器人提供的绕工件坐标系各轴旋转的功能操纵机器人使传感器座端面与目标姿态标准法兰端面平行，实现精确定姿；

[0032] 利用传感器二测出相对位置，并根据结果利用关节型工业机器人提供的沿工件坐标系各轴运动的功能操纵机器人使传感器座与目标位置芯轴同轴，进行精确定位；

[0033] 定位结束后，将实际的夹具安装到目标位置，实际工件替换传感器座后，即可龙定好的点编程后进行实际工作。

[0034] 本发明的保护范围并不局限于以上实施例，凡是与发明技术方案结构相同或等同的六点定位式相对位姿检测系统，均属于本发明的保护范围。