一种数据融合姿态测量的工业机器人制造技术

一种数据融合姿态测量的工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，使用多个六轴传感器实现对工业机器人姿态的测量，包括如下步骤：步骤1，原始数据采集，指通过多个六轴传感器采集目标的状态信息；步骤2，量测数据预处理，对多个六轴传感器采集的数据进行时间配准、空间配准。步骤3，数据关联：建立量测数据与目标的对应关系，判断待融合的数据是否来自于同一被测目标。当空间中只存在一个被测目标时，无须进行数据关联；步骤4，数据决策：针对于空间中存在多个目标的情况。在对多个六轴传感器的量测数据进行数据关联之后，就需要对目标进行数据决策，选择出最优目标。步骤5，信息融合：指根据一定的算法综合处理经过上述过程的多六轴传感器量测数据，以获得最接近于被测目标真实状态的融合结果。

An industrial robot for data fusion attitude measurement

【技术实现步骤摘要】
一种数据融合姿态测量的工业机器人
本专利技术属于工业机器人领域，特别涉及一种数据融合姿态测量的工业机器人。
技术介绍
随着当前工业自动化水平越来越高,在各行各业占有越来越重要的地位,它们能够娴熟、精准地执行多种复杂任务,这些任务由于环境或者其他因素的限制可能是人根本无法完成的。工业机器人的应用场景主要有汽车零部件制造和装配、机械自动化制造、有毒化工产品生产、标准流水线作业、高危环境设备安装、核辐射场地作业、极限环境作业等。现有技术中缺少通过多个传感器的数据融合对工业机器人的姿态进行准确的测量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何准确测量工业机器人的姿态，对此本专利技术提供一种数据融合姿态测量的工业机器人，本专利技术的技术方案为：一种数据融合姿态测量的工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，操控系统通过网络集成控制系统接收传感器系统和视觉跟踪系统的数据并向工业机器人控制系统发送控制指令，工业机器人控制系统控制执行机构，传感器系统安装在执行机构上，实时监控执行机构的位姿状态，传感器系统、视觉跟踪系统还与工业机器人控制系统连接用于实时反馈执行机构的工作状态以及监控周围环境，其中，工业机器人控制系统包括示教器、运动控制器，其中，操控系统包括工控机，其中，视觉跟踪系统包括RGB摄像机、激光扫描仪、跟踪摄像机，射频收发射装置，其中，传感器系统包括多个六轴传感器、光学传感器、运动传感器、霍尔电流传感器，其中，执行机构包括机械部分和电力部分，网络集成控制系统搜索局域网内存在的工业机器人并连接到相应的运动控制器，运行运动传感器并清零六轴传感器，运动传感器采集执行机构的末端执行器位姿信息来引导工业机器人的运动，并实时显示在示教器的屏幕上。工业机器人通信分为两级：第一级通信是操控系统与工业机器人控制系统的通信，采用串行通信技术或者网络通讯技术；第二级通信是工业机器人控制系统与传感器系统、视觉跟踪系统之间的通信，采用工业现场总线通信技术。其中，六轴传感器测量空间大小和方向实时变化的三个方向的力和力矩信息，安装在工业机器人末端执行器上，协助工业机器人完成力/位置控制、轮廓跟踪、轴孔配合的精细复杂操作，在工业机器人中具有广泛应用。使用多个六轴传感器实现对工业机器人姿态的测量，包括如下步骤：步骤1，原始数据采集，指通过多个六轴传感器采集目标的状态信息；步骤2，量测数据预处理，对多个六轴传感器采集的数据进行时间配准、空间配准。步骤3，数据关联：建立量测数据与目标的对应关系，判断待融合的数据是否来自于同一被测目标。当空间中只存在一个被测目标时，无须进行数据关联；步骤4，数据决策：针对于空间中存在多个目标的情况。在对多个六轴传感器的量测数据进行数据关联之后，就需要对目标进行数据决策，选择出最优目标。步骤5，信息融合：主要指根据一定的算法综合处理经过上述过程的多六轴传感器量测数据，以获得最接近于被测目标真实状态的融合结果。本专利技术的有益效果：(1)通过数据融合的方式综合考虑多个传感器的测量数据，使得到结果更加接近工业机器人的实际姿态；(2)使用光耦隔离电路极大提高了硬件的可靠性；(3)使用二级通信,实现了对工业机器人的灵活控制；(4)执行机构使用平行四边形，增加了整个结构刚度,增加系统稳定性；(5)使用两级减速器，工业机器人动作更加精准。附图说明图1为本专利技术的工业机器人系统框图；图2为本专利技术的执行机构的机械结构图；图3为本专利技术的减速器结构图；图4为本专利技术的工业机器人姿态的测量流程图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。一种数据融合姿态测量的工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，操控系统通过网络集成控制系统接收传感器系统和视觉跟踪系统的数据并向工业机器人控制系统发送控制指令，工业机器人控制系统控制执行机构，传感器系统安装在执行机构上，实时监控执行机构的位姿状态，传感器系统、视觉跟踪系统还与工业机器人控制系统连接用于实时反馈执行机构的工作状态以及监控周围环境，其中，工业机器人控制系统包括示教器、运动控制器，其中，操控系统包括工控机，其中，视觉跟踪系统包括RGB摄像机、激光扫描仪、跟踪摄像机，射频收发射装置，其中，传感器系统包括多个六轴传感器、光学传感器、运动传感器、霍尔电流传感器，其中，执行机构包括机械部分和电力部分，网络集成控制系统搜索局域网内存在的工业机器人并连接到相应的运动控制器，运行运动传感器并清零六轴传感器，运动传感器采集执行机构的末端执行器位姿信息来引导工业机器人的运动，并实时显示在示教器的屏幕上。工业机器人通信分为两级：第一级通信是操控系统与工业机器人控制系统的通信，采用串行通信技术或者网络通讯技术；第二级通信是工业机器人控制系统与传感器系统、视觉跟踪系统之间的通信，采用工业现场总线通信技术。其中，机械部分包括底座、连接件、大臂、小臂、腕部、末端执行器以及旋转关节，旋转关节分别位于底座与连接件之间、连接件与大臂之间、大臂与小臂之间以及腕部与末端执行器之间，底座是承重基础部件，固定在地面或支架上，连接件是大臂的支撑部件，实现机器人的回转功能，连接件在底座上进行旋转，大臂是小臂的支撑部件，大臂的摆动改变末端执行器在水平方向上的行程，小臂的俯仰实现末端执行器在垂直方向上的位置变换，腕部的末端执行器旋转关节调整承载目标的旋转角度和位置。底座的关节座与轴线垂直于地面的旋转关节联接，关节座安装在底座上，为大臂提供支撑，其上安装有大臂、小臂和保持腕部水平的连杆，大臂、小臂与连杆相互构成平行四边形，增加了整个臂部的刚度，通过串联平行四边形机构的叠加效应,满足腕部的易控性，腕部是法兰盘，根据用户的不同需要，在法兰盘上联接真空吸盘。该结构增加整个臂部的刚度，平行四边形的相互作用,增加了整个机器人传动系统的刚度,减小了启动与急停情况下造成的机器人颤动，行程放大，减小系统惯量，节约成本，同时增加了系统的稳定性，搬运机器人利用“平行四边形”原理简化了机器人位姿的控制,降低了过程控制的难度,可以缩短机器人的工作周期和研发设计成本。其中，电力部分包括编码器、解码电路、光耦隔离电路、永磁同步伺服电机(PMSM)、减速器以及智能功率控制模块(IPM)，霍尔电流传感器采集永磁同步伺服电机的U相和V相电流，反馈给运动控制器，编码器通过解码电路实时向运动控制器反馈永磁同步伺服电机实际位置，运动控制器通过串行总线接收目标位置信息，目标位置、实际位置和实际电流在运动控制器内做单轴逻辑控制，通过矢量控制的时序调度输出脉宽调制通过光耦隔离电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数据融合姿态测量的工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，工业机器人控制系统包括示教器、运动控制器，操控系统包括工控机，视觉跟踪系统包括RGB摄像机、激光扫描仪、跟踪摄像机，射频收发射装置，传感器系统包括多个六轴传感器、光学传感器、运动传感器、霍尔电流传感器，执行机构包括机械部分和电力部分，/n六轴传感器测量空间大小和方向实时变化的三个方向的力和力矩信息，安装在工业机器人末端执行器上，协助工业机器人完成力/位置控制、轮廓跟踪、轴孔配合的精细复杂操作/n使用多个六轴传感器实现对工业机器人姿态的测量，包括如下步骤：/n步骤1，原始数据采集，指通过多个六轴传感器采集目标的状态信息；/n步骤2，量测数据预处理，对多个六轴传感器采集的数据进行时间配准、空间配准。/n步骤3，数据关联：建立量测数据与目标的对应关系，判断待融合的数据是否来自于同一被测目标。当空间中只存在一个被测目标时，无须进行数据关联；/n步骤4，数据决策：针对于空间中存在多个目标的情况。在对多个六轴传感器的量测数据进行数据关联之后，就需要对目标进行数据决策，选择出最优目标。/n步骤5，信息融合：指根据一定的算法综合处理经过上述过程的多六轴传感器量测数据，以获得最接近于被测目标真实状态的融合结果。/n...

【技术特征摘要】
20181107 CN 20181132139641.一种数据融合姿态测量的工业机器人，包括工业机器人控制系统、传感器系统、操控系统、网络集成控制系统、视觉跟踪系统以及执行机构，传感器系统与工业机器人控制系统连接，工业机器人控制系统包括示教器、运动控制器，操控系统包括工控机，视觉跟踪系统包括RGB摄像机、激光扫描仪、跟踪摄像机，射频收发射装置，传感器系统包括多个六轴传感器、光学传感器、运动传感器、霍尔电流传感器，执行机构包括机械部分和电力部分，
六轴传感器测量空间大小和方向实时变化的三个方向的力和力矩信息，安装在工业机器人末端执行器上，协助工业机器人完成力/位置控制、轮廓跟踪、轴孔配合的精细复杂操作
使用多个六轴传感器实现对工业机器人姿态的测量，包括如下步骤：
步骤1，原始数据采集，指通过多个六轴传感器采集目标的状态信息；
步骤2，量测数据预处理，对多个六轴传感器采集的数据进行时间配准、空间配准。
步骤3，数据关联：建立量测数据与目标的对应关系，判断待融合的数据是否来自于同一被测目标。当空间中只存在一个被测目标时，无须进行数据关联；
步骤4，数据决策：针对于空间中存在多个目标的情况。在对多个六轴传感器的量测数据进行数据关联之后，就需要对目标进行数据决策，选择出最优目标。
步骤5，信息融合：指根据一定的算法综合处理经过上述过程的多六轴传感器量测数据，以获得最接近于被测目标真实状态的融合结果。


2.根据权利要求1所述的一种数据融合姿态测量的工业机器人，其特征在于步骤2具体为：
步骤2.1，时间配准是指将不同六轴传感器对于同一目标的异步量测数据同步到相同的时间节点上，将采集到的数据同步到数据扫描周期较长的一个六轴传感器时间序列上；时间配准的目的是将来自于同一被测目标的各六轴传感器不同步的量测数据转换到同一基准时标下，将各六轴传感器采集的原始数据都转换到采样频率高的一个六轴传感器的时间节点上，内插外推时间配准算法将高精度的观测数据推算到低精度观测数据的时间节点上；
步骤2.2，空间配准的任务是将各六轴传感器在自身坐标系下测得的数据转换到与融合系统所选的坐标系相平行的坐标系下，空间配准还分为平台级空间配准和系统级空间配准，平台级空间配准针对于各六轴传感器位于同一平台而采用不同坐标系的情况，在进行平台内部融合时，需要将它们转换成同一坐标系中的数据，系统级空间配准针对存在多个平台的情况，在进行平台间数据融合之前，需要将不同坐标系的量测数据转换成同一量测坐标系的数据；空间配准的目的是将各六轴传感器在自身坐标系下的量测数据无误差的变换到融合中心坐标系中，实现坐标统一。


3.根据权利要求2所述的一种数据融合姿态测量的工业机器人，其特征在于步骤2.1具体为：
步骤2.1.1，需要选取一段时间片，并将各六轴传感器的观测数据按照测量精度由低到高的方式进行排序；
步骤2.1.2，根据内插、外推的方法将高精度观测数据同步到低精度观测数据的时间节点上，进而达到各六轴传感器观测时间节点一致的目的。


4.根据权利要求2所述的一种数据融合姿态测量的工业机器人，其特征在于步骤2.2具体为：
步骤2...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙法君，
申请(专利权)人：宁波赛朗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33