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专利号: 2020101439238
申请人: 南京工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-12-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.双协作机器人初始定位测量装置,包括主机器人(1)和从机器人(2),主机器人(1)内设有主机器人控制器(3),所述的和从机器人(2)内设有从机器人控制器(4),其特征在于:还包括A测量小板(5)、B测量小板(6)、对射管以及中央控制模块(7),所述的A测量小板(5)设置于从机器人(2)的末端位置或者末端临近的位置,所述的B测量小板(6)设置于主机器人(1)的末端位置或者末端临近的位置,所述的中央控制模块(7)分别与A测量小板(5)和B测量小板(6)信号连接,所述主机器人(1)通过主机器人控制器(3)与中央控制模块(7)信号连接,所述的从机器人(2)通过从机器人控制器(4)与中央控制模块(7)信号连接,所述的对射管由对射管接收部(51)和对射管发射部(61)组成;其中,所述A测量小板(5)上设有对射管接收部(51),接收部外沿设有管状遮光套(52);所述B测量小板(6)上设有对射管发射部(61)和激光测距传感器(62);所述中央控制模块(7)接收到对射管发出的完成对射的信号后,所述中央控制模块(7)启动所述激光测距传感器(62)进行测距;

测量方法包括以下步骤:

S1:将A测量小板安装于从机器人的末端,建立从机器人末端工具坐标系:以位置测量基准点为从机器人末端工具坐标系的原点,以A测量小板的法线方向为工具坐标系的Z轴的方向,按照右手定则确定工具坐标系X轴方向和Y轴方向;

S2:使从机器人的末端运动,到达可以让A测量小板上的对射管的接收部无遮挡地接收来自对射管发射部的信号,以及来自激光测距传感器的激光的位姿,将这个位姿定义为从机器人末端工具坐标系的基准位姿A,保持这个位姿,在从机器人的控制器中读出在从机器人基坐标系中的位姿矩阵为 在位姿矩阵中, 表示坐标系的方向,p0表示从机器人末端工具坐标系原点在从机器人基坐标系中的矢量坐标;其中,rx00,ry00,rz00分别是末端工具坐标系的三个坐标轴在基坐标系中的坐标矢量;p0=(px0 py0 pz0),px0,py0,py0是从机器人末端工具坐标系的原点在从机器人基坐标系中的坐标矢量;

S3:将B测量小板安装于主机器人的末端,建立主机器人末端工具坐标系:以激光测距传感器的测距起始点为主机器人末端工具坐标系的原点,以激光测距传感器射出的激光的方向为工具坐标系的Z轴的方向,并且使Z轴方向与B测量小板的法线方向一致,按照右手定则确定工具坐标系X轴方向和Y轴方向;

S4:调整主机器人末端的位姿,使分别位于主从两个机器人末端的A测量小板、B测量小板上的激光对射管完成对射,由主机器人控制器得到主机器人末端工具坐标系的原点在主机器人基坐标系中的矢量坐标,然后使从机器人的末端运动,保证从机器人末端工具坐标系的原点p0位置不变,改变从机器人末端工具坐标系的3个坐标轴方向,重新调整主机器人末端的位姿使得A测量小板、B测量小板上的激光对射管完成对射,并得到多组主机器人末端工具坐标系原点在主机器人基坐标系中的矢量坐标,结合激光测距传感器测得的对应位姿下多组主机器人末端工具坐标系原点和从机器人末端工具坐标系原点间的距离,构建方程组,求解从机器人末端工具坐标系原点在主机器人基坐标系中的矢量坐标v0;其中,v0和p0是同一点分别在主机器人基坐标系和从机器人基坐标系中的矢量坐标;

S5:恢复从机器人末端的运动至步骤S2确定的基准位姿A,然后使从机器人末端沿着rx00的方向运动h的距离,将从机器人的工具坐标系的原点调整到p1,p1=(px0+h py0 pz0),保证从机器人工具坐标系三个坐标轴的方向与基准位姿A的坐标轴方向相同,将此位姿定义为从机器人末端工具坐标系的基准位姿B,保持这个位姿,在从机器人的控制器中读出在从机器人基坐标系中的位姿矩阵为

S6:保证步骤S5的从机器人末端工具坐标系的原点p1位置不变,重复步骤S4,求解此时从机器人末端工具坐标系原点在主机器人基坐标系中的矢量坐标v1;其中,v1和p1是同一点分别在主机器人基坐标系和从机器人基坐标系中的矢量坐标;

S7:恢复从机器人末端的运动至步骤S2确定的基准位姿A,然后使从机器人末端沿着ry00的方向运动h的距离,将从机器人的工具坐标系的原点调整到p2,p2=(px0 py0+h pz0),保证从机器人工具坐标系三个坐标轴的方向与基准位姿A的坐标轴方向相同,将此位姿定义为从机器人末端工具坐标系的基准位姿C,保持这个位姿,在从机器人的控制器中读出在从机器人基坐标系中的位姿矩阵

S8:保证步骤S7的从机器人末端工具坐标系的原点p2位置不变,重复步骤S4,求解此时从机器人末端工具坐标系原点在主机器人基坐标系中的矢量坐标v2;其中,v2和p2是同一点分别在主机器人基坐标系和从机器人基坐标系中的矢量坐标;

S9:恢复从机器人末端的运动至步骤S2确定的基准位姿A,然后使从机器人末端沿着rz00的方向运动h的距离,将从机器人的工具坐标系的原点调整到p3,p3=(px0 py0 pz0+h),保证从机器人工具坐标系三个坐标轴的方向与基准位姿A的坐标轴方向相同,将此位姿定义为从机器人末端工具坐标系的基准位姿D,保持这个位姿,在从机器人的控制器中读出在从机器人基坐标系中的位姿矩阵

S10:保证步骤S9的从机器人末端工具坐标系的原点p3位置不变,重复步骤S4,求解此时从机器人末端工具坐标系原点在主机器人基坐标系中的矢量坐标v3;其中,v3和p3是同一点分别在主机器人基坐标系和从机器人基坐标系中的矢量坐标;

步骤S11:根据求出的v0、v1、v2、v3,针对基准位姿计算出从机器人末端工具坐标系在主机器人基坐标系中的位姿矩阵是 其中,根据步骤

S2得到的从机器人基坐标系中的位姿矩阵为 分别将上述两个位姿矩阵扩展成为齐次矩阵 得到主、从两个机器人的坐标系间的变换‑1

矩阵T=PS ,根据此变换矩阵,可以将各自独立的主从机器人的基坐标系整合为一个统一的坐标系,由中央控制模块在统一的坐标系中规划主、从机器人的运动轨迹,协调主、从机器人的姿态和动作;

所述步骤S4中,v0的具体求解过程包括以下步骤:S41:根据从机器人的基准位姿A,调整主机器人末端的位姿,使得安装于主机器人末端的B测量小板的对射管发射部发出的激光或红外射线,穿过位于从机器人末端A测量小板上的管状遮光套,射向对射管的接收部,在这个位姿下,从机器人末端工具坐标系的Z轴和主机器人末端工具坐标系的Z轴重合,将主机器人末端的这个位姿定义为第一次测距位姿,保持主机器人的位姿不变,在主机器人控制器读出主机器人末端工具坐标系的原点在主机器人基坐标系中的矢量坐标是vz00=(vxz00 vyz00 vzz00),启动位于主机器人末端的B测量小板上的激光测距传感器,测出在此位姿下从机器人末端工具坐标系原点和主机器人末端工具坐标系原点间的距离是L00,得到下式:v0是待求的,本步骤得到了求解v0的第一个方程;

S42:使从机器人的末端运动,相对于步骤S2中确定的基准位姿A,从机器人末端工具坐标系的3个坐标轴方向发生改变,但从机器人末端工具坐标系的原点位置不变,在从机器人控制器中读出从机器人末端工具坐标系在从机器人基坐标系中的位姿矩阵是S43:针对步骤S42的从机器人末端的新的位姿,再一次调整主机器人的末端位姿做相应的改变,使得分别位于主从两个机器人末端的A测量小板、B测量小板上的激光或红外对射管再次完成对射,主从两个机器人的工具坐标系的Z轴方向再次重合,将主机器人末端的这个位姿定义为第二次测距位姿,保持这个位姿,在主机器人控制器中读出此时主机器人末端工具坐标系原点在主机器人基坐标系中的矢量坐标vz01=(vxz01 vyz01 vzz01),基于此原点,用B测量小板上的激光测距传感器测出主从两个机器人末端工具坐标原点间距离是L01,得到下式: v0是待求的,本步骤得到了求解v0的第二个方程;

S44:使从机器人的末端运动,相对于步骤S42中确定的基准位姿,从机器人末端工具坐标系的3个坐标轴方向发生改变,但从机器人末端工具坐标系的原点位置不变,在从机器人控制器中读出从机器人末端工具坐标系在从机器人基坐标系中的位姿矩阵是S45:针对步骤S44的从机器人末端的新的位姿,再一次调整主机器人的末端位姿做相应的改变,使得分别位于主从两个机器人末端的A测量小板、B测量小板上的激光或红外对射管再次完成对射,主从两个机器人的工具坐标系的Z轴方向再次重合,将主机器人末端的这个位姿定义为第二次测距位姿,保持这个位姿,在主机器人控制器中读出此时主机器人末端工具坐标系原点在主机器人基坐标系中的矢量坐标vz02=(vxz02 vyz02 vzz02),基于此原点,用B测量小板上的激光测距传感器测出主从两个机器人末端工具坐标原点间距离是L02,得到下式: v0是待求的,本步骤得到了求解v0的第三个方程;

S46:联立步骤S41、步骤S43、步骤S45得到的三个方程,得到方程组:解方程组得到v0=(vx0 vy0 vz0)。

2.根据权利要求1所述的双协作机器人初始定位测量装置,其特征在于:所述激光测距传感器(62)是相位式激光测距传感器。

3.根据权利要求1所述的双协作机器人初始定位测量装置,其特征在于:所述对射管为激光对射管或者红外对射管。

4.根据权利要求1所述的双协作机器人初始定位测量装置,其特征在于:所述A测量小板(5)上还设置有位置测量基准点(53)。

5.一种基于双机器人的X射线影像系统,包括主台车(100)和从台车(200),其特征在于:还包括权利要求1所述的双协作机器人初始定位测量装置。

6.根据权利要求5所述的一种基于双机器人的X射线影像系统,其特征在于:主机器人(1)和从机器人(2)均为6自由度关节机器人,A测量小板(5)为平板X射线检测器,B测量小板(6)包括X射线球管及束光器,主机器人(1)夹持X射线球管及束光器,从机器人(2)夹持平板X射线检测器,主机器人(1)和从机器人(2)上设有中央控制模块(7),主机器人(1)载于主台车(100),从机器人(2)载于从台车(200)。