基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法及检测装置与流程

1.本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法及检测装置。


背景技术：

2.工程机械中用到的机械臂一般为大型机械臂，为了实现大型机械臂的自动控制，这些工程机械出厂前一般要进行多方面的误差补偿。末端位姿检测是大型机械臂误差补偿过程中很重要的一环，它直接影响到误差补偿模型的精度和效率。
3.传统的大型机械臂末端检测装置一般只能检测到末端的位置，而很少对姿态进行处理。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法及检测装置，以达到能够检测末端位姿的目的。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法，包括以下步骤：步骤一、将第一棱镜安装于协作机械臂上，将第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜安装在主机械臂的基座上并使第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜处于不共线位置；步骤二、调整协作机械臂的位置并使第一棱镜分别置于不共线的第一位置、第二位置和第三位置，并分别计算出第一棱镜在主机械臂末端坐标系中的坐标；步骤三、采用全站仪测量出第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜在全站仪坐标系中的坐标；步骤四、根据坐标变换关系计算出主机械臂末端在主机械臂的基座坐标系中的位姿。
6.进一步地，步骤二包括：在协作机械臂的每个活动关节上均设置角度传感器，通过角度传感器的读数实时计算第一棱镜在主机械臂末端坐标系中的坐标。
7.进一步地，步骤四包括：利用坐标变换获取基座坐标系相对于全站仪坐标系的位姿。
8.进一步地，基座坐标系相对于全站仪坐标系的位姿可以根据第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜的安装位置，以及第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜在全站仪坐标系的坐标计算获得。
9.进一步地，步骤四还包括：利用坐标变换获取主机械臂末端坐标系相对于全站仪坐标系的位姿。
10.进一步地，主机械臂末端坐标系相对于全站仪坐标系的位姿可以根据在第一位置、第二位置和第三位置时，第一棱镜在全站仪坐标系中的坐标计算获得，进而计算得出主机械臂末端在主机械臂的基座坐标系中的位姿。
11.本发明还提供了一种基于协作机械臂的机械臂末端位姿检测装置，用于实施上述的基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法，基于协作机械臂的机械臂末端位姿检测装置包括：主机械臂；协作机械臂，安装在主机械臂的一端，协作机械臂能够相对于主机械
臂运动。
12.进一步地，基于协作机械臂的机械臂末端位姿检测装置还包括第一棱镜，设置在协作机械臂远离主机械臂的一端，且第一棱镜能够随协作机械臂一起相对于主机械臂运动。
13.进一步地，第一棱镜具有第一位置、第二位置和第三位置，第一位置、第二位置和第三位置不位于同一直线上。
14.进一步地，基于协作机械臂的机械臂末端位姿检测装置还包括第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜，第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜均设置在主机械臂的基座上，且第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜不位于同一直线上。
15.本发明的有益效果是，通过本发明基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法可以对主机械臂末端位姿进行检测，以提高建立主机械臂误差补偿模型的精度和效率。
附图说明
16.构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
17.图1为本发明实施例坐标转化示意图；
18.图2为本发明实施例中基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测装置的结构示意图；
19.图3为第一棱镜位于第一位置的结构示意图；
20.图4为第一棱镜位于第二位置的结构示意图；
21.图5为第一棱镜位于第三位置的结构示意图。
22.图中附图标记：1、主机械臂；2、协作机械臂；3、第一棱镜。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
24.如图1所示，本发明提供了一种基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法，包括以下步骤：
25.步骤一、将第一棱镜安装于协作机械臂上，将第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜安装在主机械臂的基座上并使第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜处于不共线位置；
26.步骤二、调整协作机械臂的位置并使第一棱镜分别置于不共线的第一位置、第二位置和第三位置，并分别计算出在第一位置、第二位置和第三位置时，第一棱镜在主机械臂末端坐标系中的坐标；
27.步骤三、采用全站仪测量出第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜在全站仪坐标系中的坐标；
28.步骤四、根据坐标变换关系计算出主机械臂末端在主机械臂的基座坐标系中的位姿。
29.通过本发明基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法可以对主机械臂末端位姿进行检测，以提高建立主机械臂误差补偿模型的精度和效率。
30.具体地，步骤二包括：在协作机械臂的每个活动关节上均设置角度传感器，通过角度传感器的读数和协作机械臂的关节角实时计算第一棱镜在主机械臂末端坐标系{r}中的坐标。由协作机械臂的结构参数得到协作机械臂第i个关节在第i
‑
1个关节坐标系中的位姿，用齐次变换矩阵表示为由协作机械臂的安装位置得到协作机械臂第0关节在主机械臂末端坐标系中的位姿，用齐次变换矩阵表示为结合第一棱镜在协作机械臂第6关节坐标系中的坐标6p，计算第一棱镜在主机械臂末端坐标系{r}中的坐标该步骤二为前置步骤，可以为后续位姿计算提供数据支持。
31.其中，上述步骤三具体为采用全站仪测量出第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜在全站仪坐标系{c}中的坐标。
32.全站仪即全站型电子测距仪(electronic total station)，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。通过全站仪进行测量可以直接得出第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜在全站仪坐标系{c}中的坐标。
33.参照图1所示，步骤四包括：利用坐标变换获取基座坐标系{b}相对于全站仪坐标系{c}的位姿，即表示为进一步地，所述步骤四具体为基座坐标系{b}相对于全站仪坐标系{c}的位姿可以根据第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜的安装位置，以及第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜在全站仪坐标系的坐标计算获得。
34.本发明实施例中的步骤四还包括：利用坐标变换获取主机械臂末端坐标系{r}相对于全站仪坐标系{c}的位姿，即表示为参见图1所示。
35.具体地，主机械臂末端坐标系{r}相对于全站仪坐标系{c}的位姿可以根据在第一位置、第二位置和第三位置时，第一棱镜在全站仪坐标系中的坐标计算获得，进而计算得出主机械臂末端在主机械臂的基座坐标系{b}中的位姿。
36.应用本发明进行大型机械臂末端位姿检测时仅需要设置协作机械臂到便于全站仪测量的姿态即可进行测量，故本发明实施例具有测量效率高、适用性广的优势。
37.如图2至图5所示，本发明还提供了一种基于协作机械臂的机械臂末端位姿检测装置，用于实施上述的基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法，基于协作机械臂的机械臂末端位姿检测装置包括：主机械臂1和协作机械臂2；
38.协作机械臂2安装在主机械臂1的一端，协作机械臂2能够相对于主机械臂1运动。
39.设置上述主机械臂1和协作机械臂2可以用于安装第一棱镜、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜，以达到便于全站仪测量的目的。
40.具体地，如图2至图5所示，基于协作机械臂的机械臂末端位姿检测装置还包括第一棱镜3，设置在协作机械臂2远离主机械臂1的一端，且第一棱镜3能够随协作机械臂2一起相对于主机械臂1运动。
41.如图3至图4所示，第一棱镜3具有第一位置、第二位置和第三位置，第一位置、第二位置和第三位置不位于同一直线上，改变第一棱镜3的位置可以获得第一棱镜3在上述位置
时位于主机械臂末端坐标系{r}中的坐标
42.优选地，基于协作机械臂的机械臂末端位姿检测装置还包括第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜，第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜均设置在主机械臂1的基座上，且第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜不位于同一直线上。
43.第一位置、第二位置和第三位置不共线，第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜不共线二者解释相同，以第一位置、第二位置和第三位置不共线为例，第一位置和第二位置的连线与第二位置和第三位置的连线夹角大于0
°
且小于180
°
(不等于0
°
且不等于180
°
)第二位置和第三位置的连线与第一位置和第三位置的连线夹角大于0
°
且小于180
°
(不等于0
°
且不等于180
°
)。
44.本实施例中上述第一棱镜3、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜的安装位置均设置有便于拆卸的安装部，达到便于对第一棱镜3、第二棱镜、第三棱镜和第四棱镜快速拆卸和安装的目的。
45.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：通过本发明基于协作机械臂的主机械臂末端位姿检测方法可以对主机械臂末端位姿进行检测，以提高建立主机械臂误差补偿模型的精度和效率。
46.以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。