一种基于视觉补偿的机械臂偏移检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于视觉补偿的机械臂偏移检测系统及方法，包括：施力组件，包括固定安装的电磁铁以及与电磁铁配合的衔铁圈，所述衔铁圈固定安装在机械臂末端处；视觉跟踪组件，包括激光跟踪仪以及至少三个固定安装在所述衔铁圈上的靶球，各所述靶球之间距离各不相等，所述激光跟踪仪采集各靶球的位置信息；上位机，分别与所述激光跟踪仪、所述电磁铁以及所述机械臂连接，并分别控制所述机械臂运动以及所述电磁铁通电，并获取所述激光跟踪仪采集的各所述靶球位置信息。本发明专利技术可以对针对正在运动的机械臂进行受力偏移的动态检测。运动的机械臂进行受力偏移的动态检测。运动的机械臂进行受力偏移的动态检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视觉补偿的机械臂偏移检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及机械臂检测领域，尤其涉及一种基于视觉补偿的机械臂受力偏移的动态检测系统及方法。

技术介绍

[0002]机械臂由于其工作的灵活性、可靠性和高效率，被广泛地应用于各种需要重复行动以及稳定定位等工作场景下。但机械臂的工作过程中，不可避免地会受到外界物体的触碰，并造成一定程度的偏移，这种偏移对机械臂实现其预期用途与达到预期精度具有较大的影响，因此需要对其进行评价。目前，对机械臂受力偏移的评价仅仅局限于静态评价，即在机械臂静止不动时给予一个外力后，评价其末端位置的偏移。但实际应用场景中，机械臂受外力时往往正在运动，而正在运动的机械臂是不具备静态时的锁止机构来帮助其保持位姿的，因此对动态运动的机械臂受力偏移情况进行评价更符合实际情况，也更严格。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术针对上述不足，提出了一种基于视觉补偿的机械臂受力偏移的动态检测系统及方法，可以对针对正在运动的机械臂进行受力偏移的动态检测。
[0004]技术方案：一种基于视觉补偿的机械臂偏移检测系统，包括：施力组件，包括固定安装的电磁铁以及与电磁铁配合的衔铁圈，所述衔铁圈固定安装在机械臂末端处；视觉跟踪组件，包括激光跟踪仪以及至少三个固定安装在所述衔铁圈上的靶球，各所述靶球之间距离各不相等，所述激光跟踪仪采集各靶球的位置信息；上位机，分别与所述激光跟踪仪、所述电磁铁以及所述机械臂连接，并分别控制所述机械臂运动以及所述电磁铁通电，并获取所述激光跟踪仪采集的各所述靶球位置信息。
[0005]所述上位机控制所述机械臂运动至若干不同位置，并获取所述激光跟踪仪采集的不同位置处各所述靶球位置，根据所述靶球与机械臂末端之间的安装参数计算得到激光跟踪仪坐标系与机械臂坐标系之间的变换关系RT；所述上位机控制所述机械臂沿着所述机械臂坐标系的Z轴方向运动，其运动轨迹为L1，并根据所述激光跟踪仪坐标系与所述机械臂坐标系之间的变换关系RT计算得到所述机械臂在所述激光跟踪仪坐标系下的运动轨迹L2，从而计算得到在所述激光跟踪仪坐标系下的运动轨迹L2上若干位置处各所述靶球的位置坐标K（k
1 ,k
2 ,
…
,k
n
），其中，n表示运动轨迹L2上选定的机械臂所处位置的数量，k
n
表示运动轨迹L2上的位置n处各靶球的位置坐标；所述上位机控制所述电磁铁通电为所述机械臂末端施加电磁力，所述上位机通过所述激光跟踪仪获取得到偏移后机械臂末端的运动轨迹L2'，并据此计算运动轨迹L2'上对应位置处所述靶球在所述激光跟踪仪中的位置坐标K'（k1', k2',
…
, k
n
'），其中k
n
'表示运
动轨迹L2'上的位置n处各靶球的位置坐标，并结合运动轨迹L2上对应位置处所述靶球的位置坐标通过最小二乘法求解得到二者之间的变换关系M，最终计算得到机械臂末端的受外力的位姿偏移量RT*M。
[0006]所述电磁力超过外部力临界值后，所述机械臂末端的衔铁圈在电磁力作用下会发生运动，使得其上所述靶球的运动轨迹会和实际规划的轨迹产生偏移，则根据该外部力临界值计算得到所述机械臂末端的最大偏移受力值和相应的偏移方向。
[0007]所述施力组件还包括支架，在所述支架上设置有导轨，所述电磁铁滑动安装在所述导轨上；所述上位机与所述导轨连接，并控制所述导轨与所述机械臂同步运动，从而实现所述电磁铁与所述机械臂同步运动，并通过所述电磁铁的电流调整所述电磁铁与所述衔铁圈之间的电磁力。
[0008]一种基于视觉补偿的机械臂偏移检测方法，包括步骤：（1）安装好激光跟踪仪及机械臂，控制机械臂运动至若干不同位置，并获取得到所有靶球在各不同位置处在激光跟踪仪坐标系下的位置；（2）以机械臂末端运动方向为Z轴，以垂直于Z轴的水平方向为X轴，则确定Y轴，建立机械臂坐标系W2；并根据靶球与机械臂末端之间的安装参数计算得到所有靶球在各不同位置处在机械臂坐标系的位置；（3）根据步骤（1）和步骤（2）计算得到激光跟踪仪坐标系W1和机械臂坐标系W2之间变换关系RT；（4）控制机械臂沿着机械臂坐标系的Z轴方向运动，其运动轨迹路线为L1，根据步骤（3）计算得到机械臂在激光跟踪仪坐标系下的运动轨迹L
2 =L1*RT，并获取在运动轨迹L2上若干位置处靶球的位置坐标K（k
1 ,k
2 ,
…
,k
n
），其中，n表示运动轨迹L2上选定的机械臂所处位置的数量，k
n
表示运动轨迹L2上的位置n处各靶球的位置坐标；（5）控制机械臂沿着机械臂坐标系的Z轴方向匀速运动，并控制电磁铁通电为机械臂末端施加电磁力，并通过激光跟踪仪采集得到偏移后机械臂的运动轨迹L2'，并获取得到在运动轨迹L2'上对应位置处靶球的位置坐标K'（k1', k2',
…
, k
n
'），其中k
n
'表示运动轨迹L2'上的位置n处各靶球的位置坐标；（6）根据步骤（5）得到如下变换矩阵：k
j
*M
j
= k
j
'其中M
j
为4*4的变换矩阵，k
j
为运动轨迹L2上第j个位置的位置坐标，k
j
'为运动轨迹L2'上第j个位置的位置坐标；采用最小二乘法求解得到M，并根据激光跟踪仪坐标系W1和机械臂坐标系W2之间变换关系RT计算得到机械臂末端的受外力的位姿偏移量RT*M。
[0009]所述步骤（3）计算激光跟踪仪坐标系W1和机械臂坐标系W2之间变换关系RT具体如下：根据所有靶球在各不同的位置处在激光跟踪仪坐标系下的位置P及所有靶球在各不同的位置处在机械臂坐标系的位置Q得到各对应位置各对应靶球之间的变换关系R
i
T
i
，即得到：p
i
*R
i
T
i
= q
i
其中，p
i
为i点在激光跟踪仪坐标系下的位置，q
i
为i点在机械臂坐标系下的位置；将P和Q中所有点使用最小二乘法即可获取一个误差最小的RT，即W1*RT = W2。
[0010]还包括计算不同方向上机械臂受力偏移步骤：通过改变所述机械臂的运动方向，计算得到所述机械臂在各个方向上运动所受的最大外部力及受力后位姿偏移量。
[0011]有益效果：本专利技术通过采用视觉补偿，实现对机械臂受力偏移的动态检测，且本专利技术可以对测试中所使用的力的大小和方向进行精确的控制，可以精确得到使得机械臂偏移的外部力临界值。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的结构示意图。
[0013]图2为本专利技术的衔铁圈结构图。
[0014]其中，1为支架，11为导轨，12为电磁铁，2为激光跟踪仪，3为机械臂，4为衔铁圈，41为靶球。
具体实施方式
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉补偿的机械臂偏移检测系统，其特征在于：包括：施力组件，包括固定安装的电磁铁以及与电磁铁配合的衔铁圈，所述衔铁圈固定安装在机械臂末端处；视觉跟踪组件，包括激光跟踪仪以及至少三个固定安装在所述衔铁圈上的靶球，各所述靶球之间距离各不相等，所述激光跟踪仪采集各靶球的位置信息；上位机，分别与所述激光跟踪仪、所述电磁铁以及所述机械臂连接，并分别控制所述机械臂运动以及所述电磁铁通电，并获取所述激光跟踪仪采集的各所述靶球位置信息。2.根据权利要求1所述的机械臂偏移检测系统，其特征在于：所述上位机控制所述机械臂运动至若干不同位置，并获取所述激光跟踪仪采集的不同位置处各所述靶球位置，根据所述靶球与机械臂末端之间的安装参数计算得到激光跟踪仪坐标系与机械臂坐标系之间的变换关系RT；所述上位机控制所述机械臂沿着所述机械臂坐标系的Z轴方向运动，其运动轨迹为L1，并根据所述激光跟踪仪坐标系与所述机械臂坐标系之间的变换关系RT计算得到所述机械臂在所述激光跟踪仪坐标系下的运动轨迹L2，从而计算得到在所述激光跟踪仪坐标系下的运动轨迹L2上若干位置处各所述靶球的位置坐标K（k
1 ,k
2 ,
…
,k
n
），其中，n表示运动轨迹L2上选定的机械臂所处位置的数量，k
n
表示运动轨迹L2上的位置n处各靶球的位置坐标；所述上位机控制所述电磁铁通电为所述机械臂末端施加电磁力，所述上位机通过所述激光跟踪仪获取得到偏移后机械臂末端的运动轨迹L2'，并据此计算运动轨迹L2'上对应位置处所述靶球在所述激光跟踪仪中的位置坐标K'（k1', k2',
…
, k
n
'），其中k
n
'表示运动轨迹L2'上的位置n处各靶球的位置坐标，并结合运动轨迹L2上对应位置处所述靶球的位置坐标通过最小二乘法求解得到二者之间的变换关系M，最终计算得到机械臂末端的受外力的位姿偏移量RT*M。3.根据权利要求2所述的机械臂偏移检测系统，其特征在于：所述电磁力超过外部力临界值后，所述机械臂末端的衔铁圈在电磁力作用下会发生运动，使得其上所述靶球的运动轨迹会和实际规划的轨迹产生偏移，则根据该外部力临界值计算得到所述机械臂末端的最大偏移受力值和相应的偏移方向。4.根据权利要求2所述的机械臂偏移检测系统，其特征在于：所述施力组件还包括支架，在所述支架上设置有导轨，所述电磁铁滑动安装在所述导轨上；所述上位机与所述导轨连接，并控制所述导轨与所述机械臂同步运动，从而实现所述电磁铁与所述机械臂同步运动，并通过所述电磁铁的电流调整所述电磁铁与所述衔铁圈之间的电磁力。5.一种采用权利要求1~4任一所述的机械臂偏移检测系统的基于视觉补偿的机械臂偏移检测方法，其特征在于：包括步骤：（1）安装好激光跟踪仪及机械臂，控制机械臂运动至若干不同位置，并获取得到所有靶球在各不同位置处在激光跟踪仪坐标系下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙达，郭柏军，郝素丽，王云山，柳晶波，
申请(专利权)人：辽宁省医疗器械检验检测院，
类型：发明
国别省市：