多关节机械臂标定方法
【专利摘要】本发明介绍了一种多关节机械臂标定方法，包括下述步骤：（1）配备测绘设备；（2）采集设备数据；（3）获得高程位置；（4）获得空间坐标：（4.1）得到远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的Z坐标；（4.2）计算出远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的X坐标、Y坐标；（4.3）控制多关节机械臂对受测水轮机叶片实施空间坐标标定。该方法：1）克服了以往人工标定速度慢、精度差的缺陷，可广泛应用于现场对水轮机叶片型线测绘质量的控制，效果显著；2）操作简单，绝对标定误差≤±1mm，重复标定误差≤±0.5mm.，可瞬时标定；3）大幅提高了标定速度和精度。
【专利说明】多关节机械臂标定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水力发电设备【技术领域】，具体涉及一种用于水轮机叶片型线测绘的多关节机械臂标定方法。
【背景技术】
[0002]水轮机转轮叶片为空间扭曲的曲面，长期运行后磨损、裂纹现象频发，需要进行检修补焊处理。而检修补焊中，要求严格控制叶片型线以保证叶片质量，为此，必须全面掌握叶片型线的特征和空间变化。广泛地采用多关节机械臂技术测绘水轮机叶片型线，但依据现场测绘水轮机叶片型线的效果来看，使用多关节机械臂对受测水轮机叶片实施空间坐标的标定，往往需要耗费过多的时间和精力，不能满足现场工期的要求。如果盲目加快，使得标定不准确更会对叶片型线的掌握带来误差，直接影响叶片检修的质量控制和运行安全。有鉴于此，亟待开发出一种能够在工程施工中快速、准确、有效地使用多关节机械臂对受测水轮机叶片实施空间坐标标定的方法，以求能够以较少的投入，争取获得较大的经济效益。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的缺陷，提供一种多关节机械臂标定方法，使用该方法能够在工程施工中快速、准确、有效地使用多关节机械臂对受测水轮机叶片实施空间坐标的标定。
[0004]本发明的技术方案是，所提供的多关节机械臂标定方法包括下述步骤:
[0005](I)、配备测绘设备。配备一台可用于给受测水轮机叶片实施空间坐标标定的多关节机械臂。所述多关节机械臂一般由竖直导轨、沿竖直导轨上下移动的多关节水平摆动臂组成。从该多关节机械臂生产厂家配送的产品说明书中获取该多关节机械臂的性能参数和规格参数。测量该多关节机械臂的多关节水平摆动臂的各个关节之间的臂体长度；测量出每段机械臂在高程方向上的高度差；
[0006](2)、采集设备数据。采集步骤(I)所配备的多关节机械臂各关节码盘的转动角度；
[0007](3)、获得高程位置。采集步骤(I)所配备的多关节机械臂竖直导轨的竖直轴底部伺服电机上的绝对式编码器测量的电机轴旋转角度，计算出该多关节机械臂的多关节水平摆动臂在竖直导轨上作上下往复自由移动的高程位置；
[0008](4)、获得空间坐标。以步骤(I)所测多关节机械臂的多关节水平摆动臂各个关节之间的臂体长度和每段机械臂在高程方向上的高度差、步骤(2)所采集的多关节机械臂各关节码盘的转动角度，以及步骤(3)所计算出的多关节机械臂的多关节水平摆动臂在竖直导轨上作上下往复自由移动的高程位置为依据，使用三角函数计算法进行如下计算:
[0009](4.1)、利用所述多关节机械臂的竖直轴伺服电机上的绝对式编码器旋转角度、各段机械臂在高程方向上的高度差计算远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的高度，得到该远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的Z坐标；[0010](4.2)、利用所述多关节机械臂的各个关节之间的臂体长度、所述多关节机械臂的水平多段臂关节处的编码器测的各关节的转角，计算出远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的X坐标、Y坐标；
[0011](4.3)、利用与所述多关节机械臂的控制系统相连的计算机，将通过步骤(4.1)~(4.2)计算得出的远离多关节机械臂的竖直导轨的水平摆动臂端点的X空间坐标、Y空间坐标、Z空间坐标以串口通讯方式或网络通讯方式提供给多关节机械臂的控制系统，以控制多关节机械臂对受测水轮机叶片实施空间坐标标定。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013]I)、弥补了多关节机械臂传统标定方式的不足，克服了以往人工标定速度慢、精度差的缺陷，从而可广泛应用于现场对水轮机叶片型线测绘质量的控制，效果十分显著；
[0014]2)、具有操作简单，标定精度高、速度快的特点。绝对标定误差< ±lmm，重复标定误差≥±0.5mm.，由此可实现瞬时标定；
[0015]3)、使用高精度码盘测量关节转角，引入脉冲递增技术，大幅度提高了标定速度和精度。
【具体实施方式】:
[0016]实施例1:
[0017](I)、配备测绘设备。配备一台可用于给受测水轮机叶片实施空间坐标标定的多关节机械臂。所配多关节机械臂采用市售TBM-6型多关节机械臂，其竖直轴伺服电机功率为200W，竖直导轨有效行程为1320mm，多关节水平摆动臂为五段机械臂链接式结构。从该多关节机械臂生产厂家配送的产品说明书中获取该多关节机械臂的性能参数和规格参数。测量该多关节机械臂的多关节水平摆动臂的各个关节之间的臂体长度；测量出每段机械臂在高程方向上的高度差；
[0018](2)、采集设备数据。采集步骤(1)所配备的多关节机械臂各关节码盘的转动角度；
[0019](3)、获得高程位置。采集步骤(1)所配备的多关节机械臂竖直导轨的竖直轴底部伺服电机上的绝对式编码器测量的电机轴旋转角度，计算出该多关节机械臂的多关节水平摆动臂在竖直导轨上作上下往复自由移动的高程位置；
[0020](4)、获得空间坐标。以步骤(1)所测多关节机械臂的多关节水平摆动臂各个关节之间的臂体长度和每段机械臂在高程方向上的高度差、步骤(2)所采集的多关节机械臂各关节码盘的转动角度，以及步骤(3)所计算出的多关节机械臂的多关节水平摆动臂在竖直导轨上作上下往复自由移动的高程位置为依据，使用三角函数计算法进行如下计算:
[0021](4.1)、利用所述多关节机械臂的竖直轴伺服电机上的绝对式编码器旋转角度、各段机械臂在高程方向上的高度差计算远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的高度，得到该远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的Z坐标；
[0022](4.2)、利用所述多关节机械臂的各个关节之间的臂体长度、所述多关节机械臂的水平多段臂关节处的编码器测的各关节的转角，计算出远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的X坐标、Y坐标；
[0023](4.3)、利用与所述多关节机械臂的控制系统相连的计算机，将通过步骤(4.1)~(4.2)计算得出的远离多关节机械臂的竖直导轨的水平摆动臂端点的X空间坐标、Y空间坐标、Z空间坐标以串口通讯方式提供给多关节机械臂的控制系统，以控制多关节机械臂对受测水轮机叶片实施空间坐标标定。
[0024]实施例2:
[0025](I)、配备测绘设备。配备一台可用于给受测水轮机叶片实施空间坐标标定的多关节机械臂。所配多关节机械臂采用市售TBM-5型多关节机械臂，其竖直轴伺服电机功率为200W,竖直导轨有效行程为1200mm，多关节水平摆动臂为四段机械臂链接式结构。从该多关节机械臂生产厂家配送的产品说明书中获取该多关节机械臂的性能参数和规格参数。测量该多关节机械臂的多关节水平摆动臂的各个关节之间的臂体长度；测量出每段机械臂在高程方向上的高度差；
[0026]步骤(2)?(3)同实施例1 ;
[0027](4)、获得空间坐标。以步骤(I)所测多关节机械臂的多关节水平摆动臂各个关节之间的臂体长度和每段机械臂在高程方向上的高度差、步骤(2)所采集的多关节机械臂各关节码盘的转动角度，以及步骤(3)所计算出的多关节机械臂的多关节水平摆动臂在竖直导轨上作上下往复自由移动的高程位置为依据，使用三角函数计算法进行如下计算:
[0028]步骤(4.1)?(4.2)同实施例1 ;
[0029](4.3)、利用与所述多关节机械臂的控制系统相连的计算机，将通过步骤(4.1)?(4.2)计算得出的远离多关节机械臂的竖直导轨的水平摆动臂端点的X空间坐标、Y空间坐标、Z空间坐标以网络通讯方式提供给多关节机械臂的控制系统，以控制多关节机械臂对受测水轮机叶片实施空间坐标标定。
【权利要求】
1.一种多关节机械臂标定方法，该方法包括下述步骤: (1)、配备测绘设备，配备一台可用于给受测水轮机叶片实施空间坐标标定的多关节机械臂，从该多关节机械臂生产厂家配送的产品说明书中获取该多关节机械臂的性能参数和规格参数，测量该多关节机械臂的多关节水平摆动臂的各个关节之间的臂体长度；测量出每段机械臂在高程方向上的高度差； (2)、采集设备数据，采集步骤(I)所配备的多关节机械臂各关节码盘的转动角度； (3)、获得高程位置，采集步骤(I)所配备的多关节机械臂竖直导轨的竖直轴底部伺服电机上的绝对式编码器测量的电机轴旋转角度，计算出该多关节机械臂的多关节水平摆动臂在竖直导轨上作上下往复自由移动的高程位置； (4)、获得空间坐标，以步骤(I)所测多关节机械臂的多关节水平摆动臂各个关节之间的臂体长度和每段机械臂在高程方向上的高度差、步骤(2)所采集的多关节机械臂各关节码盘的转动角度，以及步骤(3)所计算出的多关节机械臂的多关节水平摆动臂在竖直导轨上作上下往复自由移动的高程位置为依据，使用三角函数计算法进行如下计算: (4.1)、利用所述多关节机械臂的竖直轴伺服电机上的绝对式编码器旋转角度、各段机械臂在高程方向上的高度差计算远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的高度，得到该远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的Z坐标； (4.2)、利用所述多关节机械臂的各个关节之间的臂体长度、所述多关节机械臂的水平多段臂关节处的编码器测的各关节的转角，计算出远离竖直轴的多关节水平摆动臂端点的X坐标、Y坐标； (4.3)、利用与所述多关节机械臂的控制系统相连的计算机，将通过步骤(4.1)?(4.2)计算得出的远离多关节机械臂的竖直导轨的水平摆动臂端点的X空间坐标、Y空间坐标、Z空间坐标以串口通讯方式或网络通讯方式提供给多关节机械臂的控制系统，以控制多关节机械臂对受测水轮机叶片实施空间坐标标定。
【文档编号】G01B21/00GK103791871SQ201410058088
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】唐卫平 申请人:国家电网公司, 国网湖南省电力公司, 国网湖南省电力公司电力科学研究院