本發(fā)明涉及軌跡檢測裝置及方法，尤其涉及一種空間大尺寸軌跡檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著生產(chǎn)力的提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人憑借其技術(shù)附加值高，應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)逐步代替人從事特定單調(diào)、重復(fù)和危險(xiǎn)作業(yè)。機(jī)器人顯著地提高了勞動生產(chǎn)率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化和自動化的步伐。

國標(biāo)中對工業(yè)機(jī)器人的性能規(guī)范和其試驗(yàn)方法做了部分闡述，其中軌跡特征檢測包括：軌跡準(zhǔn)確度、軌跡重復(fù)性。軌跡速度特性包括：軌跡速度準(zhǔn)確度、軌跡速度重復(fù)性、軌跡速度波動。

目前國內(nèi)外主要通過激光跟蹤儀法對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行標(biāo)定和檢測，但使用激光跟蹤儀成本太高，且在檢測過程中不能斷光，一旦斷光會導(dǎo)致儀器檢測不到數(shù)據(jù)，繼續(xù)檢測需要調(diào)整對光，重新開始檢測。激光跟蹤儀還存在檢測死角問題，在空間大尺寸測量時(shí)，不能很好的完成相應(yīng)工作，測量檢測過程也比較復(fù)雜。

申請?zhí)枮?01610144262.4的專利公開了一種工業(yè)機(jī)器人軌跡檢測裝置，包括工業(yè)機(jī)器人、標(biāo)準(zhǔn)軌跡樣板和機(jī)器人末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器為激光測距儀。激光測距儀通過測量機(jī)器人末端和標(biāo)準(zhǔn)樣板的距離得出運(yùn)動軌跡，但這個(gè)裝置只能測量機(jī)器人的特定軌跡，不能測量空間中任意軌跡，且測量結(jié)果受標(biāo)準(zhǔn)樣板形狀限制。

申請?zhí)枮?01610140917.0的專利公開了一種工業(yè)機(jī)器人激光軌跡檢測裝置，包括工業(yè)機(jī)械手、工業(yè)機(jī)械手末端執(zhí)行器頂部三個(gè)兩兩垂直的激光測距儀和激光接收裝置三個(gè)兩兩垂直的薄長方形組成。三個(gè)激光測距儀分別測量距三個(gè)薄長方形的距離，得出空間中的點(diǎn)，點(diǎn)再擬合出機(jī)器人的運(yùn)動軌跡，但這個(gè)裝置受薄長方形大小影響較大，只能在一個(gè)固定的空間內(nèi)進(jìn)行測量，超出這個(gè)范圍，激光測距儀的光不能再打到薄長方形上，測不到數(shù)據(jù)。

本發(fā)明中采用的是對機(jī)器人運(yùn)動時(shí)的加速度進(jìn)行測量，從而求出機(jī)器人的速度和軌跡，可同時(shí)對速度和軌跡進(jìn)行檢測，且可以測量空間大尺寸中的任意軌跡，工作范圍廣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有檢測存在的不足，本發(fā)明提供一種用于空間大尺寸軌跡檢測、操作簡單方便實(shí)用的軌跡檢測裝置及方法,裝置克服現(xiàn)有設(shè)備的缺點(diǎn)，檢測方法方便，實(shí)現(xiàn)了一定空間內(nèi)大尺寸軌跡的檢測。

本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種空間大尺寸軌跡檢測裝置及方法，其特征在于，包括工業(yè)機(jī)器人、設(shè)置在工業(yè)機(jī)器人末端的法蘭盤、法蘭盤蓋和手持式檢測設(shè)備。所述的法蘭盤內(nèi)開了一個(gè)方形的槽，裝有三軸加速度檢測系統(tǒng)集成板，在槽的上面裝有法蘭盤蓋。所述的三軸加速度檢測系統(tǒng)集成板上集成了疊層電池、電壓轉(zhuǎn)換模塊、三軸加速度傳感器模塊、藍(lán)牙模塊和單片機(jī)模塊。所述的手持式檢測設(shè)備上包括顯示屏、開關(guān)鍵、保存數(shù)據(jù)鍵、軌跡變化顯示鍵、速度變化顯示鍵、清空屏幕鍵。

優(yōu)選的，所述的疊層電池采用12v供電的電池。所述的電壓轉(zhuǎn)換模塊采用7805電壓轉(zhuǎn)換芯片。所述的三軸加速度傳感器模塊采用mpu6050傳感器芯片。所述的藍(lán)牙模塊采用hc-05無線串口模塊。所述的單片機(jī)模塊采用stm32f103單片機(jī)最小系統(tǒng)。

優(yōu)選的，所述的三軸加速度傳感器模塊必須安裝在法蘭盤的中心上，其中的三個(gè)軸分別是指工業(yè)機(jī)器人在笛卡爾坐標(biāo)系下的x，y，z軸，三軸加速度傳感器模塊在工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動時(shí)實(shí)時(shí)檢測機(jī)器人在x，y，z軸上的加速度分量值，組成一個(gè)n行3列的加速度矩陣，矩陣的第一列是機(jī)器人運(yùn)動時(shí)機(jī)器人末端在笛卡爾坐標(biāo)系下x軸的加速度值，矩陣的第二列是機(jī)器人運(yùn)動時(shí)機(jī)器人末端在笛卡爾坐標(biāo)系下y軸的加速度值，矩陣的第三列是機(jī)器人運(yùn)動時(shí)機(jī)器人末端在笛卡爾坐標(biāo)系下z軸的加速度值，傳送給單片機(jī)模塊，單片機(jī)模塊通過藍(lán)牙模塊遠(yuǎn)傳到手持檢測設(shè)備上，完成加速度數(shù)據(jù)采集。

優(yōu)選的，所述的手持式檢測設(shè)備接收到三軸加速度傳感器模塊采集到n行3列的加速度矩陣和檢測所用時(shí)間，先把x，y，z軸上的加速度值從n行3列矩陣中提取出來，通過公式vi＝∫taidti＝x,y,z，vi為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)在x，y，z每個(gè)軸上的速度分量值，ai為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)在x，y，z每個(gè)軸上的加速度分量，t為測量所用的時(shí)間，即對加速度值進(jìn)行一次積分，可以分別得到三個(gè)軸上速度分量的變化曲線，通過公式v為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)的實(shí)際速度值，即把x，y，z三個(gè)軸上的速度分量變化曲線擬合到一起，就可以得出機(jī)器人末端實(shí)際速度的變化曲線圖，與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動速度相對比，通過建模得出實(shí)際軌跡速度與標(biāo)準(zhǔn)軌跡速度的誤差，計(jì)算出速度的變動量，從而檢測出機(jī)器人的軌跡速度特性；通過公式si＝∫tvidti＝x,y,z，si為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)在x，y，z每個(gè)軸上的運(yùn)動軌跡分量，vi為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)在x，y，z每個(gè)軸上的速度分量值，t為測量所用的時(shí)間，即再對速度值進(jìn)行一次積分，可以分別得到三個(gè)軸上運(yùn)動軌跡分量的變化曲線，通過公式s為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)的實(shí)際軌跡變化曲線，即把x，y，z三個(gè)軸上運(yùn)動軌跡分量的變化曲線擬合到一起，就可以得出機(jī)器人末端實(shí)際運(yùn)動軌跡變化曲線圖，與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動軌跡相對比，通過建模得出實(shí)際軌跡與標(biāo)準(zhǔn)軌跡的誤差，計(jì)算出運(yùn)動軌跡的變動量，從而檢測出機(jī)器人的軌跡特性。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

利用三軸加速度傳感器來檢測空間軌跡，可以適用于各種空間大尺寸軌跡檢測場合，降低了檢測成本，也避免了用激光跟蹤儀在測量過程中可能斷光產(chǎn)生的影響，提高了檢定效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明中法蘭盤的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明中手持式檢測設(shè)備立體結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明中三軸加速度檢測系統(tǒng)集成板結(jié)構(gòu)框圖；

圖中：1、工業(yè)機(jī)器人，2、法蘭盤，21、三軸加速度檢測系統(tǒng)集成板，211、電壓轉(zhuǎn)換模塊，212、疊層電池，213、三軸加速度傳感器模塊，214、藍(lán)牙模塊，215單片機(jī)模塊，3、法蘭盤蓋，4手持式檢測設(shè)備，41、顯示屏，42、開關(guān)鍵，43、保存數(shù)據(jù)鍵，44、軌跡變化顯示鍵，45、速度變化顯示鍵，46、清空屏幕鍵。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1-4，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種空間大尺寸軌跡檢測裝置及方法，其特征在于，包括工業(yè)機(jī)器人1、設(shè)置在工業(yè)機(jī)器人1末端的法蘭盤2、法蘭盤蓋3和手持式檢測設(shè)備4。所述的法蘭盤1內(nèi)開了一個(gè)方形的槽，裝有三軸加速度檢測系統(tǒng)集成板21，在槽的上面裝有法蘭盤蓋3。所述的三軸加速度檢測系統(tǒng)集成板21上集成了疊層電池212、電壓轉(zhuǎn)換模塊211、三軸加速度傳感器模塊213、藍(lán)牙模塊214和單片機(jī)模塊215。所述的手持式檢測設(shè)備4上包括顯示屏41、開關(guān)鍵42、保存數(shù)據(jù)鍵43、軌跡變化顯示鍵44、速度變化顯示鍵45、清空屏幕鍵46。

本實(shí)施例中，所述的疊層電池212采用12v供電的電池。所述的電壓轉(zhuǎn)換模塊211采用7805電壓轉(zhuǎn)換芯片。所述的三軸加速度傳感器模塊213采用mpu6050傳感器芯片。所述的藍(lán)牙模塊214采用hc-05無線串口模塊。所述的單片機(jī)模塊215采用stm32f103單片機(jī)最小系統(tǒng)。

工作原理：工業(yè)機(jī)器人1在空間中按設(shè)置好的指令運(yùn)動一條軌跡后，機(jī)器人開始運(yùn)動。三軸加速度傳感器模塊213必須安裝在法蘭盤2的中心上，其中的三個(gè)軸分別是指工業(yè)機(jī)器人1在笛卡爾坐標(biāo)系下的x，y，z軸。三軸加速度傳感器模塊213在工業(yè)機(jī)器人1運(yùn)動時(shí)實(shí)時(shí)檢測機(jī)器人在x，y，z軸上的加速度分量值，組成一個(gè)n行3列的加速度矩陣，矩陣的第一列是機(jī)器人運(yùn)動時(shí)機(jī)器人末端在笛卡爾坐標(biāo)系下x軸的加速度值，矩陣的第二列是機(jī)器人運(yùn)動時(shí)機(jī)器人末端在笛卡爾坐標(biāo)系下y軸的加速度值，矩陣的第三列是機(jī)器人運(yùn)動時(shí)機(jī)器人末端在笛卡爾坐標(biāo)系下z軸的加速度值，傳送給單片機(jī)模塊215，單片機(jī)模塊215通過藍(lán)牙模塊214遠(yuǎn)傳到手持檢測設(shè)備4上，完成加速度數(shù)據(jù)采集。手持式檢測設(shè)備4接收到三軸加速度傳感器模塊213采集到n行3列的加速度矩陣和檢測所用時(shí)間，先把x，y，z軸上的加速度值從n行3列矩陣中提取出來，通過公式vi＝∫taidti＝x,y,z，vi為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)在x，y，z每個(gè)軸上的速度分量值，ai為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)在x，y，z每個(gè)軸上的加速度分量，t為測量所用的時(shí)間，即對加速度值進(jìn)行一次積分，可以分別得到三個(gè)軸上速度分量的變化曲線，通過公式v為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)的實(shí)際速度值，即把x，y，z三個(gè)軸上的速度分量變化曲線擬合到一起，就可以得出機(jī)器人末端實(shí)際速度的變化曲線圖，與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動速度相對比，通過建模得出實(shí)際軌跡速度與標(biāo)準(zhǔn)軌跡速度的誤差，計(jì)算出速度的變動量，從而檢測出機(jī)器人的軌跡速度特性。按速度變化顯示鍵45可以把機(jī)器人軌跡速度檢測結(jié)果顯示在手持設(shè)備的顯示屏41上。通過公式si＝∫tvidti＝x,y,z，si為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)在x，y，z每個(gè)軸上的運(yùn)動軌跡分量，vi為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)在x，y，z每個(gè)軸上的速度分量值，t為測量所用的時(shí)間，即再對速度值進(jìn)行一次積分，可以分別得到三個(gè)軸上運(yùn)動軌跡分量的變化曲線，通過公式s為機(jī)器人運(yùn)動時(shí)的實(shí)際軌跡變化曲線，即把x，y，z三個(gè)軸上運(yùn)動軌跡分量的變化曲線擬合到一起，就可以得出機(jī)器人末端實(shí)際運(yùn)動軌跡變化曲線圖，與標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動軌跡相對比，通過建模得出實(shí)際軌跡與標(biāo)準(zhǔn)軌跡的誤差，計(jì)算出運(yùn)動軌跡的偏差值，從而檢測出機(jī)器人的軌跡特性。按軌跡變化顯示鍵44可以把機(jī)器人軌跡檢測結(jié)果顯示在手持設(shè)備的顯示屏41上。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。