[发明专利]一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量机构及测量方法

权利要求书

1.一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)机器人处于初始位姿，在此位姿下，把机器人的腕坐标系作为机器人末端运动的基坐标系，机器人运动，对应的腕坐标系相对上述基坐标系的位姿变化即为机器人的位姿解；

(b)旋转平台(2)旋转，通过旋转编码器获得旋转平台(2)旋转角度，通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据；

(c)重复步骤(b)共5次；借助步骤(b)中数据，共获得三个拉线(5)的位移长度数据18个，其中每根拉线的位移长度数据6个，记为1组拉线数据；共获得旋转平台(2)旋转角度6个，记为1组旋转平台数据；选择上述1组拉线数据和1组旋转平台数据，根据并联机构运动学原理联立方程，并利用牛顿迭代法进行反复迭代求出解析解，其他2组拉线数据分别和上述1组旋转平台数据结合同理可得，完成转向机构(4)在旋转平台(2)上、拉线适配机构(6)在测试平台(7)上的校准，并计算出转向机构(4)与拉线适配机构(6)之间三个拉线(5)的初始长度；借助步骤(b)中数据，完成转向机构(4)在旋转平台(2)上、拉线适配机构(6)在测试平台(7)上的校准，并计算出转向机构(4)与拉线适配机构(6)之间三个拉线(5)的初始长度，即计算精确的A_j0和B_j0点在O-XYZ坐标系中的坐标值，具体如下：

所述的旋转平台(2)上的虚拟等效基点A_ji在O-XYZ坐标系中，以球坐标形式表示j＝1,2,3；i＝k+1；k＝0,1···5，其中r_j0为A_ji到O点距离，θ_j0为OA_ji与Z轴夹角，为OA_ji与X轴夹角；所述的为旋转平台(2)初始位姿下OA_ji与X轴夹角；于是转向机构(4)在旋转平台(2)上的校准便是计算r_j0,θ_j0和的精确解；

所述的测试平台(7)上的虚拟等效基点B_jm在O-XYZ坐标系中，以直角坐标形式表示B_jm(x_jm,y_jm,z_jm)，j＝1,2,3；m表示测试平台(7)在第m个位姿，初始情况下m＝0；于是拉线适配机构(6)在测试平台(7)上的校准便是计算B_j0的精确解；

所述的与之差为旋转平台(2)第i次的旋转角度，上述通过旋转编码器读取；所述的拉线长度A_jiB_jm与A_jkB_jm之差_△L_jim为测试平台(7)在第m个位姿下，旋转平台(2)第i次旋转后拉线位移长度变化数据，上述_△L_jim通过拉线编码器读取；

三个拉线编码器(3)中的拉线(5)位移长度变化如下关系：

基于以上关系式并借助Stewart数学模型计算方法，得到三组精确解其中三组精确解分别对应j＝1,2,3，以上便得到了精确的A_j0和B_j0点的坐标值，进而得到A_j0B_j0的精确解；

(d)机器人回到初始位姿，控制机器人的腕坐标系的原点不变，改变机器人的姿态1次，通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据；

(e)重复步骤(b)，并借助步骤(d)中所得数据，基于Stewart数学模型计算方法，确定三个拉线适配机构(6)在测试机构基坐标系下的坐标，从而确定机器人末端运动的基坐标系的坐标原点在测试机构基坐标系下的坐标，因此上述坐标原点与所述的三个拉线适配机构(6)组成的三棱锥的大小已经确定；

(f)机器人回到初始位姿，让机器人沿机器人末端运动的基坐标系的X轴方向移动△X，记为位置1，通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据；

(g)重复步骤(b)，并借助步骤(f)中所得数据，基于Stewart数学模型计算方法，获得位置1在测试机构基坐标系下的坐标；

(h)机器人回到初始位姿，让机器人沿机器人末端运动的基坐标系的Z轴方向移动△Z，记为位置2，通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据；

(i)重复步骤(b)，并借助步骤(h)中所得数据，基于Stewart数学模型计算方法，获得位置2在测试机构基坐标系下的坐标；利用步骤(f)至步骤(i)中所得数据，得到机器人末端运动的基坐标系与测试机构基坐标系之间的旋转变换关系；利用步骤(e)中所得的机器人末端运动的基坐标系的坐标原点在测试机构基坐标系下的坐标，得到机器人末端运动的基坐标系与测试机构基坐标系之间的平移变换关系；基于上述旋转和平移变换关系，任何测试机构基坐标系下的坐标均可以转换到机器人末端运动的基坐标系中表示；

(j)校准完成，对机器人开始测试：机器人从初始位姿运动到待测试位姿；

(k)通过拉线编码器(3)获得三个拉线(5)位移长度数据；

(l)重复步骤(b)，并借助步骤(k)中所得数据，通过步骤(i)中的旋转和平移变换关系，得到机器人在待测试位姿下腕坐标系相对于机器人末端运动的基坐标系的旋转和平移关系，即获得了机器人末端空间位姿的三维测量；

(m)机器人继续运动，重复步骤(k)-步骤(l)，得到机器人一系列的位姿。