[发明专利]一种重型6自由度机械臂各关节传感器的现场标定方法

说明书

一种重型6自由度机械臂各关节传感器的现场标定法针对凿岩台车钻臂自动定位控制系统中的传感器标定问题，提出一种简便易用、不借助外部仪器，在台车的使用现场对机械臂各关节传感器进行标定的方法。这种方法考虑了机械臂干涉的可能性、操作的方便性、标定数值的唯一性和确定性等条件，实现准确的传感器标定。

技术领域

凿岩台车是隧道、地下工程钻爆施工法的一种工程装备；具有计算机自动控制功能的凿岩台车也称为凿岩机器人，是一种特种移动机器人；本发明适用于这种特种移动机器人的重型6自由度机械臂，在施工现场对各关节传感器进行标定的应用。

背景技术

钻爆法施工是目前隧道开挖的主要工艺方法，其中凿岩台车是钻爆法的重要工程装备。在我国，风钻凿岩台车由于作业环境恶劣、对操作工人的身体健康带来严重威胁而逐步退出历史舞台；全液压凿岩台车极大地改善了工人的劳动条件，成为各种隧道施工的主要装备。随着计算机及控制技术的发展，全电脑凿岩台车在改善工人的劳动强度、提高劳动生产率方面有着显著的优势，成为一种发展方向。全电脑凿岩台车的技术优势掌握在多山的北欧国家的公司手中，如挪威 AMV 公司，瑞典的 Atlas公司，瑞典的Sandvik公司等。这些公司在凿岩台车的计算机控制方面投入了巨大的研究力量，其产品介绍上的描述包括全自动移动钻臂、全自动凿岩、激光扫描断面进行车体定位等。这些研究成果并未见到有详细的技术描述的学术报道。另一方面，就国内引进的这些产品的实际应用来看，其自动化的实用性还远没有预期的效果。国内的生产企业基本上以液压凿岩台车为主打产品，高校、研究院所也投入了不少的研究力量，见诸文献的也有不少自称是实现了全自动的电脑控制，但实际工程应用上，尚未见到国产的自动控制的凿岩台车，在具有防爆要求的煤矿井下，更未见到国产产品。

电脑自动凿岩台车的一个主要任务是把安装在末端的液压凿岩机通过重型6自由度串联机械臂以预先设计的姿态运送到断面要求的位置，这一过程就是机械臂的自动定位。为了对机械臂进行自动定位，需要在机械臂各关节安装反映关节运动位置的传感器。但在将凿岩台车运输到工作现场时，往往需要对整个车体进行拆解，分开运输，到现场后再进行装配。例如要将台车运送到煤矿井下，因巷道及运输工具的限制，不能将整车一次运送下去，需要肢解后运输。

到现场重新装配的机械臂，其传感器必须重新进行标定，才能投入钻臂自动定位功能。但因现场的设备条件有限，没有专用的标定仪器。本发明就是针对这一问题，不需要专用仪器，适用于现场环境下对传感器进行标定。还没有发现文献上有类似的报道。

发明内容

本发明针对的凿岩台车的机械臂如图1为所示，有六个自由度，其中前5个关节为转动副，第六个关节为移动副。

该机械臂的运动机构图如图2所示。

各关节传感器类型：关节1-关节5安装有CAN总线的绝对式光电编码器，通过总线输出数字信号；关节6在油缸内部油缸长度传感器，模拟电压信号输出。

本发明涉及到机械臂在现场重新组装好后，各关节传感器的标定顺序和每个传感器标定时机械臂的操作方式及停放姿态。本发明考虑了机械臂干涉的可能性、操作的方便性、标定数值的唯一性和确定性等条件，按照本发明进行传感器标定，操作速度快、干涉的危险性小、标定的精度高。下面以右臂传感器标定为例进行说明，左臂采用相同的标定过程。

传感器的标定顺序：关节1，关节2，关节5，关节4，关节3，关节6。

关节1传感器标定：（1）操作手柄，调节右臂1号油缸伸长（大臂往里转）到极限位置，如图3所示。（2）将该极限角度位置通过CAN总线，写入1号传感器。

关节2传感器标定：（1）操作手柄，调节右臂2号油缸收缩（大臂往下降）到极限位置，如图4所示。（2）将该极限角度位置通过CAN总线，写入2号传感器。

关节5传感器标定：（1）操作手柄，调节右臂5号油缸收缩（滑架前端往里摆）到极限位置，如图5所示。（2）将该极限角度位置通过CAN总线，写入5号传感器。