机器人末端负载质量检测方法、装置及工业机器人与流程

[0001]
本发明属于机器人设计技术领域，具体涉及一种机器人末端负载质量检测方法、装置及工业机器人。


背景技术：

[0002]
工业机器人已经用于各种各样的搬运、码垛、弧焊和打磨等应用场合，但是，工业机器人若要完成以上各种各样的应用场景下的任务则需要搭载各种各样的外部传感器，工业生产线上机器人需要对产品的质量进行检测，需要在工业机器人tcp末端加装力矩传感器检测产品的重力进而推算出产品质量，或者是在产线的工位上直接用压力传感器检测产品的质量，这些检测用传感器的使用增加了机器人的成本，同时将力矩传感器安装在机器人tcp末端还需要增加额外的工装，这些工装将会降低机器人本身的灵活性。


技术实现要素：

[0003]
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种机器人末端负载质量检测方法、装置及工业机器人，通过获取各个关节轴电机的实时运行电流，通过运算获得机器人的tcp末端负载质量，无需设置相应的传感器，降低机器人设计成本，不会对tcp末端的灵活性构成不利影响。
[0004]
为了解决上述问题，本发明提供一种机器人末端负载质量检测方法，包括：
[0005]
相关性获取步骤，获取机器人在标定工况下的多个标定实时电流和ibzi及多个质量已知的标定工件的质量xbi之间的相关性函数；
[0006]
实时质量检测步骤，将待检测负载加载于所述机器人末端，获取机器人各个关节轴驱动电机的实时运行电流isj并求和得到对应的实时运行电流和isz，利用所述相关性函数获得所述待检测负载的实时质量m；
[0007]
其中i为标定工况下的标定次数，i≥3，j为机器人的关节轴个数、为大于2的自然数。
[0008]
在一些实施方式中，所述相关性函数的获得包括：
[0009]
在机器人末端分i次加载多个已知质量为所述xbi的标定工件，获取每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的标定实时电流ibji并求和得到每次对应的所述标定实时电流和ibzi；通过多个一一对应的ibzi、xbi得到ibzi与xbi的相关性函数。
[0010]
在一些实施方式中，在所述标定实时电流ibji的变化率为0时对每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的标定实时电流ibji求和。
[0011]
在一些实施方式中，在所述实时质量检测步骤中，在所述实时运行电流isj的变化率为0时对每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的实时运行电流isj求和。
[0012]
本发明还提供一种机器人末端负载质量检测装置，包括：
[0013]
相关性获取单元，用于获取机器人在标定工况下的多个标定实时电流和ibzi及多个质量已知的标定工件的质量xbi之间的相关性函数；
[0014]
实时质量检测单元，用于将待检测负载加载于所述机器人末端，获取机器人各个关节轴驱动电机的实时运行电流isj并求和得到对应的实时运行电流和isz，利用所述相关性函数获得所述待检测负载的实时质量m；
[0015]
其中i为标定工况下的标定次数，i≥3，j为机器人的关节轴个数、为大于2的自然数。
[0016]
在一些实施方式中，所述相关性函数的获得包括：
[0017]
在机器人末端分i次加载多个已知质量为所述xbi的标定工件，获取每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的标定实时电流ibji并求和得到每次对应的所述标定实时电流和ibzi；通过多个一一对应的ibzi、xbi得到ibzi与xbi的相关性函数。
[0018]
在一些实施方式中，在所述标定实时电流ibji的变化率为0时对每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的标定实时电流ibji求和。
[0019]
在一些实施方式中，所述实时质量检测单元还用于，在所述实时运行电流isj的变化率为0时对每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的实时运行电流isj求和。
[0020]
本发明还提供一种工业机器人，包括上述的机器人末端负载质量检测装置。
[0021]
本发明提供的一种机器人末端负载质量检测方法、装置及工业机器人，通过获取所述多个标定实时电流和ibzi及多个质量已知的标定工件的质量xbi之间的相关性函数，进而获知所述的实时运行电流和isz与实时质量m的对应关系，并最终获得工业机器人的tcp末端负载的质量，这一方式无需设置相应的传感器(例如质量传感器、扭矩传感器等)，降低了机器人设计成本，由于无需在工业机器人的末端装设所述传感器进而无需安装相应的传感器安装工装，这增大了末端处的可用空间，进而不会对tcp末端的灵活性构成不利影响。
附图说明
[0022]
图1为本发明一种实施例的机器人末端负载质量检测方法的步骤示意图；
[0023]
图2为本发明一种实施例的机器人末端负载质量检测装置的结构示意图；
[0024]
图3为本发明一种实施例的工业机器人的结构示意图；
[0025]
图4为本发明另一种实施例的机器人末端负载质量检测方法的流程示意图；
[0026]
图5为本发明再一种实施例的机器人的伺服驱动器检测某一关节轴驱动电机转矩电流的波形示意图。
具体实施方式
[0027]
结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供一种机器人末端负载质量检测方法，包括：
[0028]
相关性获取步骤，获取机器人在标定工况下的多个标定实时电流和ibzi(也即图5中的q)及多个质量已知的标定工件的质量xbi(也即图5中的xg)之间的相关性函数；
[0029]
实时质量检测步骤，将待检测负载加载于所述机器人末端，获取机器人各个关节轴驱动电机的实时运行电流isj并求和得到对应的实时运行电流和isz，利用所述相关性函数获得所述待检测负载的实时质量m；
[0030]
其中i为标定工况下的标定次数，i≥3，j为机器人的关节轴个数、为大于2的自然
数。
[0031]
该技术方案中，通过获取所述多个标定实时电流和ibzi及多个质量已知的标定工件的质量xbi之间的相关性函数，进而获知所述的实时运行电流和isz与实时质量m的对应关系，并最终获得工业机器人的tcp末端负载的质量，这一方式无需设置相应的传感器(例如质量传感器、扭矩传感器等)，降低了机器人设计成本，由于无需在工业机器人的末端装设所述传感器进而无需安装相应的传感器安装工装，这增大了末端处的可用空间，进而不会对tcp末端的灵活性构成不利影响。
[0032]
本发明在具体实施过程中采用了六轴工业机器人进行了相关研究，具体例如图3所示出，机器人电器控制柜中具有相应的控制部件，所述控制部件中设有相应的电流采样芯片，其能够采集各个关节轴对应的驱动电机的转矩电流之和iq(也即前述的isz，对于三相电机而言，可以选择u相电流)，而由于iq与工件之间由所述相关性函数进行关联，从而能够基于这一相关性函数推算出所述工件的质量(也即前述的m)。
[0033]
作为所述相关性函数获取的一种具体方式举例：在机器人末端分i次加载多个已知质量为所述xbi的标定工件，获取每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的标定实时电流ibji并求和得到每次对应的所述标定实时电流和ibzi；通过多个一一对应的ibzi、xbi得到ibzi与xbi的相关性函数。具体的，通过多次的加载不同质量(xb1、xb2、
···
、xbi)的标定工件，进而获得每次加载对应的各个关节轴驱动电机的标定实时电流ib1i、ib2i、ib3i、ib4i、ib5i、ib6i，进一步的对第i次对应的ib1i、ib2i、ib3i、ib4i、ib5i、ib6i的和为ibzi。可以通过已知的matlab等数据处理平台对前述数据进行曲线拟合处理，进而得出前述的相关性函数。经相关的试验验证、数据统计，申请人发现，所述m与所述isz之间为一次函数的对应关系，也即isz＝km+b，其中b为末端未施加任何负载时所固有的常量值，k则为比例系数，k及b在工业机器人的结构、型号确定后便能够被确定，而进一步的，由于工业机器人在应用过程中存在的磨损等影响，前述的k及b会随着工业机器人的使用时间而发生一定程度的变化，因此，需要在经过一定使用周期后对工业机器人进行前述的相关性获取，以使相关性函数能够更加精准的反馈isz与m的关系。可以理解的是，k值以及b值在确定后需要被采用到所述工业机器人的控制部件中，可以采用人工输入的方式实现，还可以通过系统智能化自学习的方式运算采集实现，本发明不做特别限定。
[0034]
在一些实施方式中，在所述标定实时电流ibji的变化率为0时对每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的标定实时电流ibji求和，以使获得实时质量m更加准确。具体的，图5展示了机器人的伺服驱动器检测某一关节轴驱动电机转矩电流的波形，在曲线刚开始时候，电机的转矩电流往复循环变化，这一阶段对应的机器人的动作必然也是某一轴电机从正限位90
°
移动至负限位-90
°
，转矩电流波形曲线中间有一段水平直线(图中箭头指示)表示此时机器人的工作状态(即电机转矩电流变化率dq/dt＝0)为以恒定的姿态匀速运动；基于同样的道理，在所述实时质量检测步骤中，在所述实时运行电流isj的变化率为0时对每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的实时运行电流isj求和。
[0035]
根据本发明的实施例，提供一种机器人末端负载质量检测装置，包括：
[0036]
相关性获取单元，获取机器人在标定工况下的多个标定实时电流和ibzi及多个质量已知的标定工件的质量xbi之间的相关性函数；
[0037]
实时质量检测单元，将待检测负载加载于所述机器人末端，获取机器人各个关节
轴驱动电机的实时运行电流isj并求和得到对应的实时运行电流和isz，利用所述相关性函数获得所述待检测负载的实时质量m；
[0038]
其中i为标定工况下的标定次数，i≥3，j为机器人的关节轴个数、为大于2的自然数。
[0039]
该技术方案中，通过获取所述多个标定实时电流和ibzi及多个质量已知的标定工件的质量xbi之间的相关性函数，进而获知所述的实时运行电流和isz与实时质量m的对应关系，并最终获得工业机器人的tcp末端负载的质量，这一方式无需设置相应的传感器(例如质量传感器、扭矩传感器等)，降低了机器人设计成本，由于无需在工业机器人的末端装设所述传感器进而无需安装相应的传感器安装工装，这增大了末端处的可用空间，进而不会对tcp末端的灵活性构成不利影响。
[0040]
本发明在具体实施过程中采用了六轴工业机器人进行了相关研究，具体例如图3所示出，机器人电器控制柜中具有相应的控制部件，所述控制部件中设有相应的电流采样芯片，其能够采集各个关节轴对应的驱动电机的转矩电流之和iq(也即前述的isz，对于三相电机而言，可以选择u相电流)，而由于iq与工件之间由所述相关性函数进行关联，从而能够基于这一相关性函数推算出所述工件的质量(也即前述的m)。
[0041]
作为所述相关性函数获取的一种具体方式举例：在机器人末端分i次加载多个已知质量为所述xbi的标定工件，获取每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的标定实时电流ibji并求和得到每次对应的所述标定实时电流和ibzi；通过多个一一对应的ibzi、xbi得到ibzi与xbi的相关性函数。具体的，通过多次的加载不同质量(xb1、xb2、
···
、xbi)的标定工件，进而获得每次加载对应的各个关节轴驱动电机的标定实时电流ib1i、ib2i、ib3i、ib4i、ib5i、ib6i，进一步的对第i次对应的ib1i、ib2i、ib3i、ib4i、ib5i、ib6i的和为ibzi。可以通过已知的matlab等数据处理平台对前述数据进行曲线拟合处理，进而得出前述的相关性函数。经相关的试验验证、数据统计，申请人发现，所述m与所述isz之间为一次函数的对应关系，也即isz＝km+b，其中b为末端未施加任何负载时所固有的常量值，k则为比例系数，k及b在工业机器人的结构、型号确定后便能够被确定，而进一步的，由于工业机器人在应用过程中存在的磨损等影响，前述的k及b会随着工业机器人的使用时间而发生一定程度的变化，因此，需要在经过一定使用周期后对工业机器人进行前述的相关性获取，以使相关性函数能够更加精准的反馈isz与m的关系。可以理解的是，k值以及b值在确定后需要被采用到所述工业机器人的控制部件中，可以采用人工输入的方式实现，还可以通过系统智能化自学习的方式运算采集实现，本发明不做特别限定。
[0042]
在一些实施方式中，在所述标定实时电流ibji的变化率为0时对每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的标定实时电流ibji求和，以使获得实时质量m更加准确。具体的，图5展示了机器人的伺服驱动器检测某一关节轴驱动电机转矩电流的波形，在曲线刚开始时候，电机的转矩电流往复循环变化，这一阶段对应的机器人的动作必然也是某一轴电机从正限位90
°
移动至负限位-90
°
，转矩电流波形曲线中间有一段水平直线(图中箭头指示)表示此时机器人的工作状态(即电机转矩电流变化率dq/dt＝0)为以恒定的姿态匀速运动；基于同样的道理，在所述实时质量检测单元中，在所述实时运行电流isj的变化率为0时对每次加载时机器人各个关节轴驱动电机的实时运行电流isj求和。
[0043]
根据本发明的实施例，还提供一种工业机器人，包括上述的机器人末端负载质量
检测装置。
[0044]
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
[0045]
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。