利用超声方法在参考系内对工具中心点位置和声学探头取向测定的方法技术

本发明专利技术涉及一种测定安装在机械臂上的工具的相对于该机械臂的真实位置和取向的方法，该工具包含有一个声学探头（11）。本方法包括：通过测量由声学探头（11）发射被固定参考单元（22，23）反射的声学信号的振幅和由声学探头（11）发射被所述固定参考单元反射声波的传播时间，确定声学探头的参考中心相对于机械臂末端的位置，根据已知取向的参考轴X’和Y’，设定构成声学探头（11）所在平面的轴X和轴Y的取向，使得管理机械臂运动的逻辑控制器，基于声学探头相对于机械臂的位置和已经确定的探头的参考取向，确定声学探头在参考系中的位置和取向的改变。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到机器人机械臂，尤其适用于与非破坏性检测相关的机器人领域。
技术介绍
在机械部件制造或者通过机械臂实现的部件检测领域，一般来讲，需要精确确定在机器人的参考系中工具中心的位置和安装在机械臂上的工具的参考轴的取向。这样，管理机械臂运动的逻辑控制器就能够在任何时刻推算出工具在空间中精确的位置和取向。例如，对一个机械加工工具来说，参考轴一般是工具探入到待加工部件的轴。为了使机器人能够精确地将工具的位置和取向考虑在内，一般来讲，在使用工具之前会有一个学习的阶段。基于工具的尺寸和几何外观，并且知道将工具安装在机械臂上的方法，目前一种实现这一学习过程的方法包括：结合尺寸、外观等参数来确定工具在一个机器人坐标系中的理论位置和取向。从使用机器人之前不需要任何的预先操作这个方面来说，这样的一个对位置和取向的“在理论上”的确定有明确的经济上的优势。然而，这个方法的精度受到限制，即工具安装到机器人上之后的定位精度受到定位不确定度的限制。目前另一种实现这一学习过程方法包括：借助一个或一套参考标记来标记装有工具的机器人，这些在固定位置上的参考标记构成了参考点和参考轴，然后将工具中心点本身、或者安装在机械臂上且置于工具中心点的一个尖端，依次放置到与这些参考点和参考轴相接触的位置。这种方法执行的学习比第一种方法更加精确。然而，在使用工具之前，这个方法需要一个比较棘手的麻烦的标记阶段，这个阶段一般由操作员手工完成。如果机器人使用的工具是机械工具且其工具中心点容易确定，那么这个方法是有效率的。相反，如果该工具中心点是一个虚拟的点，那么现有的标记方法就不易实施。如果使用的工具是用于对由合成材料制成的部件做整体检测的工具，且工具中包含了合成声学探头，这种标记方法就更难实施。该工具的工具中心点相应于是探头中心，该工具的轴是沿垂直于探头所在平面的方向且经过探头中心，这种工具的工具中心和工具轴线不是物理实体。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种能够实现对包含有一个合成声学探头的安装在一个机械臂上的工具的“工具中心点”定位的方法，并且定位过程中不使用辅助的工具。因此，本专利技术提供了一种方法，该方法能够对包含有安装在机械臂上的合成声学探头的位置和取向进行测定，声学探头所在的平面由两个互相垂直的轴X和Y来确定，上述的测定是在一个对机器人已知的参考系中实现的。根据本专利技术，这个方法主要包括以下步骤：　　第一步骤：在此步骤中，借助声学探头来测量其本身与一个点之间的距离，这个点处于一个点状的参考目标的表面的一个固定位置。这个距离是该声学探头的三个不同点相对于该目标的距离，该声学探头相对于该机械臂的位置是利用几何方法由测量所得结果推算得到；　　第二步骤：在此步骤中，为了测定是从直线管状目标有形化出来的一个固定的参考轴X’的取向，使用由声学探头测出的振幅和／或传播时间，同时，为了将该声学探头的参考轴X’与固定参考轴X平行校准，移动该声学探头，将其依次放置于上述轴X’的不同点；　　第三步骤：在此步骤中，沿着垂直于固定参考轴X’的一个轴Y’移动声学探头，并且为了改变该声学探头所在平面的取向，以使得将轴Y与垂直的轴Y’对齐，使用声学探头对振幅和／或传播时间的测量结果。根据本专利技术，该探头的轴X与参考轴X’的平行校准以及该探头的轴Y与轴Y’的对齐定义了一个该声学探头的参考取向，基于该参考取向，计算这些由机械臂施加到该声学探头上使其产生的取向的变化。根据本专利技术的一个实施方式，对该固定参考目标位置的测定是这样实现的：沿着一个给定的靠近方向移动该声学探头使其靠近上述的固定参考目标，直到该声学探头的聚焦区域位于该固定参考目标所在的平面，并且测量该声学探头到该固定参考目标所在平面的距离。沿着三个不同的靠近方向来重复这个操作。根据该专利技术的另外一个实施方式，对参考轴X’取向的测定是这样实现的：移动该声学探头使其靠近固定参考轴X’上不同的点，直到对于每一个所测的点，该声学探头的聚焦区域都位于该固定参考轴X’，然后对于每一个点，确定接收到具有一个特定传播时间且反射信号振幅最大的反射信号的传感器。根据该专利技术的另外一种实施方式，在第二步骤中，在测定固定参考轴X’的取向之后，声学探头的轴X与固定参考轴X’的平行校准是这样实现的：开动机械臂使该声学探头位于这样一个取向，即位于沿声学探头的轴X方向同一行的那些传感器接收到的该参考轴的反射信号振幅最大，该行被称为第一个行，且该第一个行末端上的两个传感器接收到轴X’的反射信号有基本相同的传播时间。根据该专利技术的另外一种实施方式，该声学探头的轴X与固定参考轴X’的平行校准是这样实现的：沿着轴Y开动机器人的机械臂，按照这样一个取向放置该声学探头，使得该声学探头上的构成中间行的传感器接收到固定参考轴X’的振幅最大的反射信号。根据该专利技术的另外一种实施方式，在第三步骤中，机械臂沿着一个垂直于固定参考轴X’的方向Y’平移该声学探头，使得构成第二个行上的传感器接收到固定参考轴X’的振幅最大的反射信号，第二个行不同于由用于平行校准声学探头的轴X与固定参考轴X’的传感器构成的第一个行，然后将声学探头所在的平面围绕该轴X旋转，使得构成第二个行的传感器接收到的声学信号的振幅与第二步骤中构成第一个行的传感器接收到的声学信号振幅基本相同。根据该专利技术的另外一种实施方式，理论上确定在一个参考系中该声学目标的位置和该参考轴的位置和取向，并且从理论上定义了该声学探头在一个参考系中的一个近似的定位，这样一来，该逻辑控制器便执行所述方法的步骤，其中该控制器管理着机械臂的运动和声学探头的使用。本专利技术能够明显地改善和简化工具的精确定位的流程，该工具包含位于机器人坐标系中的并且安装在机器人机械臂上的声学探头，该定位是由工具中心点的位置和工具的取向决定的。不管是对在工业条件下负责机械器件的非破坏性检测机器人专家，还是对在实验室环境中的操作员，本专利技术都非常适用。附图说明下面结合附图说明实施方式，以利更好地理解本专利技术的特征和优点。图1为用于示意性实施方式中的合成声学探头的示意图。图2为能够实施本专利技术所述方法的示意性装置的示意图。图3为本专利技术所述方法的主要步骤的基本流程图。图4和图5描述了本专利技术中所述方法的第二步。图6和图7描述了本专利技术中所述方法的第三步。具体实施方式本专利技术的工作原理在于利用到如下事实：安装在一个机器人的一个机械臂上的工具包括一个声学探头，以确定作为该声学探头参照的该工具的中心点位置，以及该工具在机器人的参考系中的取向。为了达到此目的，本专利技术建议使用由该声学探头所提供的信息，该信息主要源于对其收到信号的传播时间和强度的测量。下面将通过实例的描述介绍一种本专利技术的示意性实施方式，本专利技术阐明了通过声学测量来进行校准的工作原理。这里提到的工具是用来对由合成材料制成的器件进行非破坏性测试的工具，该工具包括一个由多个传感器（声能转换器）配置而成的合成声学探头。该示意性实施方式没有任何意图对本专利技术的技术范围作任何限制。尤其是，在工具包括一个合成或非合成的声学探头的情况下，本行业内有经验的人员能明显地看出本专利技术所公开的测定的基本原理能够自然地应用到这种情况。在该实施方式中，该合成声学探头11是由多个基本声学传感器12按如图1所示的平面矩阵示意图排列而组成。这些基本声学传感器12放置于本文档来自技高网...

【技术保护点】
实现对安装在一个机械臂上的包含有一个合成的声学探头（11）的位置和取向测定的方法，所述声学探头所在的平面由两个互相垂直的轴X和Y来确定，所述的测定是在一个对机器人已知的参考系中实现的，该方法的特征在于包括以下步骤：　　第一步骤（31），在此步骤中，借助该声学探头（11）来测量该声学探头与一个点之间的距离，该点处于一个点状的参考目标（22）的表面的一个固定位置，所述距离是该声学探头（11）的三个不同点相对于该参考目标（22）的距离，该声学探头相对于所述机械臂的位置是利用几何方法由测量结果而推算得到；　　第二步骤（32），在此步骤中，为了测定从一个直线管状目标（23）有形化出来的一个固定参考轴X’，使用该声学探头（11）测出的振幅和／或传播时间，同时，为了将该声学探头（11）的所述参考轴X与所述固定参考轴X’平行校准，移动该声学探头（11），将其依次放置于所述固定参考轴X’的不同点；　　第三步骤（33），在此步骤中，沿着垂直于所述固定参考轴X’的一个轴Y’移动该声学探头（11），并且为了改变该声学探头（11）所在平面的取向，以使得将所述轴Y与所述垂直的轴Y’对齐，使用该声学探头（11）对振幅和／或传播时间的测量结果；　　该声学探头的所述轴X与所述固定参考轴X’的平行校准以及该探头的所述轴Y与所述轴Y’的对齐定义了该声学探头（11）的一个参考取向，基于该参考取向确定由机械臂施加到该声学探头（11）上使其产生的取向的变化。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.23 FR 13633971.实现对安装在一个机械臂上的包含有一个合成的声学探头（11）的位置和取向测定的方法，所述声学探头所在的平面由两个互相垂直的轴X和Y来确定，所述的测定是在一个对机器人已知的参考系中实现的，该方法的特征在于包括以下步骤：　　第一步骤（31），在此步骤中，借助该声学探头（11）来测量该声学探头与一个点之间的距离，该点处于一个点状的参考目标（22）的表面的一个固定位置，所述距离是该声学探头（11）的三个不同点相对于该参考目标（22）的距离，该声学探头相对于所述机械臂的位置是利用几何方法由测量结果而推算得到；　　第二步骤（32），在此步骤中，为了测定从一个直线管状目标（23）有形化出来的一个固定参考轴X’，使用该声学探头（11）测出的振幅和／或传播时间，同时，为了将该声学探头（11）的所述参考轴X与所述固定参考轴X’平行校准，移动该声学探头（11），将其依次放置于所述固定参考轴X’的不同点；　　第三步骤（33），在此步骤中，沿着垂直于所述固定参考轴X’的一个轴Y’移动该声学探头（11），并且为了改变该声学探头（11）所在平面的取向，以使得将所述轴Y与所述垂直的轴Y’对齐，使用该声学探头（11）对振幅和／或传播时间的测量结果；　　该声学探头的所述轴X与所述固定参考轴X’的平行校准以及该探头的所述轴Y与所述轴Y’的对齐定义了该声学探头（11）的一个参考取向，基于该参考取向确定由机械臂施加到该声学探头（11）上使其产生的取向的变化。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对该固定参考目标（22）位置的测定是这样实现的：沿着一个给定的靠近方向移动该声波探头（11）使其靠近所述固定参考目标，直到该声学探头（11）的聚焦区域位于该固定参考目标（22）所在的平面，并且通过测量该声学探头（11）到该固定参考目标（22）所在平面的距离，沿着三个不同的靠近方向重复上述操作。3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，对所述固定参考轴X’的取向的测定是这样实现的：移动该声学探头（11）使其靠...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯·乐潘路，尼古拉·科林，吉约姆·伊图拉尔德，
申请(专利权)人：空中客车集团简化股份公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR