利用托盘对角线辨识码垛机器人关节初始参数的方法
【专利摘要】本发明涉及一种利用托盘对角线辨识码垛机器人关节初始参数的方法，包括：步骤1：获取关节在第一位置时的第一关节圆柱坐标参数，第一位置位于矩形的托盘的对角线的一个端点；步骤2：获取关节在第二位置时的第二关节圆柱坐标参数，第二位置位于托盘的对角线的另一个端点；步骤3：根据码垛机器人的运动学解耦特性，建立第一关节圆柱坐标参数及第二关节圆柱坐标参数与直角坐标之间的映射，从而得到初始参数；初始参数包括初始径向距离、初始方位角、初始高度和初始关节转角中的一个或多个。本发明依靠码垛机器人自身结构的运动学解耦特性，可获得足够精确的初始参数，能广泛应用在码垛机器人作业任务上，产生良好的实际意义，经济效益显著。
【专利说明】利用托盘对角线辨识码垛机器人关节初始参数的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及码垛机器人领域，特别是涉及一种利用托盘对角线辨识码垛机器人关节初始参数的方法。
【背景技术】
[0002]码垛机器人通常具有多个串联或并联的关节，通常需要对某一关节的初始参数进行辨识。典型的码垛机器人，其一般由四个关节串联/并联组成，被广泛应用在袋装或箱装货物的自动码垛作业，降低了劳动强度，提高了生产效率。
[0003]在实际码垛作业过程中，典型的码垛机器人包括由四个伺服电机分别驱动的腰关节、垂直关节、水平关节和腕关节。其中，垂直关节和水平关节组成并联形式的放大机构，两关节之间运动学解耦，属于圆柱坐标型机器人。伺服电机反馈电机的转角信号，根据机构传动关系可以推知相应的关节转角或抓手位置。
[0004]腕关节附带抓手，用于抓持货物高速往复运动，且受到货物惯性力的作用。为了避免刚性不足导致的晃动，码垛机器人通常采用混联结构。采用混联的码垛机器人结构不仅具有串联结构工作空间大的特点，而且兼有并联结构的刚度大的特点，适合于高速码垛任务。
[0005]码垛机器人四个关节的实际零位一般由各关节对应的接近开关或者绝对编码器的零位来确定，往往与码垛机器人的图纸设计存在一定的偏差。这些偏差对于某一台机器人来说是一组确定数值，通常是一组几何参数(即初始参数)，这些几何参数是码垛机器人运动学反解的输入参数，是必不可少的。
[0006]在实际中往往通过实际测量的方法来获得这些几何参数，但是利用通用的测量工具获得的几何参数误差较大，不能满足运动学反解的精度要求。因此，就需要使用精度较高的激光干涉仪等复杂仪器设备来进行空间尺寸的测量，以精确的确定码垛机器人的初始参数。然而，激光干涉仪成本造价高，而且安装调试困难，不利于实际现场解决问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种成本低、便于安装调试的利用托盘对角线辨识码垛机器人关节初始参数的方法。
[0008]为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种利用托盘对角线辨识码垛机器人关节初始参数的方法，包括:
[0009]步骤1:获取关节在第一位置时的第一关节圆柱坐标参数，第一位置位于矩形的托盘的对角线的一个端点；
[0010]步骤2:获取关节在第二位置时的第二关节圆柱坐标参数，第二位置位于托盘的对角线的另一个端点；
[0011]步骤3:根据码垛机器人的运动学解耦特性，建立第一关节圆柱坐标参数及第二关节圆柱坐标参数与直角坐标之间的映射，从而得到初始参数；[0012]其中，初始参数包括初始径向距离、初始方位角、初始高度和初始关节转角中的一个或多个。
[0013]进一步地，步骤3根据下式得到初始径向距离:
[0014][R0+ (p+1) rj2+ [R0+ (p+1) r2] 2_2 [R0+ (p+1) rj [R0+ (p+1) r2] cos ( θ「Θ 2) = I2
[0015]其中，R0为初始径向距离；p为关节运动放大系数；ri为第一关节圆柱坐标参数中的径向距离；r2为第二关节圆柱坐标参数中的径向距离；Θ i为第一关节圆柱坐标参数中的方位角；θ2为第二关节圆柱坐标参数中的方位角；1为第一位置与第二位置之间的距离，即对角线的长度，
【权利要求】
1.利用托盘对角线辨识码垛机器人关节初始参数的方法，其特征在于，包括: 步骤1:获取所述关节在第一位置时的第一关节圆柱坐标参数，所述第一位置位于矩形的所述托盘的对角线的一个端点； 步骤2:获取所述关节在第二位置时的第二关节圆柱坐标参数，所述第二位置位于所述托盘的对角线的另一个端点； 步骤3:根据所述码垛机器人的运动学解耦特性，建立所述第一关节圆柱坐标参数及第二关节圆柱坐标参数与直角坐标之间的映射，从而得到所述初始参数； 其中，所述初始参数包括初始径向距离、初始方位角、初始高度和初始关节转角中的一个或多个。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3根据下式得到所述初始径向距离:
[R0+ (p+1) rj2+ [R0+ (p+1) r2]2-2 [R0+ (p+1) rj [R0+ (p+1) r2] cos ( θ「Θ 2) = I2其中，R0为所述初始径向距离；P为关节运动放大系数为所述第一关节圆柱坐标参数中的径向距离； r2为所述第二关节圆柱坐标参数中的径向距离；Θ i为所述第一关节圆柱坐标参数中的方位角；Θ 2为所述第二关节圆柱坐标参数中的方位角；1为所述第一位置与所述第二位置之间的距离，即所述对角线的长度，
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3根据下式得到所述初始方位角:
COS ( θ 0+ Θ j) [R0+ (p+1) rj -COS ( Θ。+ Θ 2) [R0+ (p+1) r2] = x「x2 其中，Qtl所述初始方位角；Q1为所述第一关节圆柱坐标参数中的方位角；θ2为所述第二关节圆柱坐标参数中的方位角；Ρ为所述关节运动放大系数为所述第一关节圆柱坐标参数中的径向距离；r2为所述第二关节圆柱坐标参数中的径向距离；Xl为所述第一位置在直角坐标下的X坐标；x2为所述第二位置在直角坐标下的X坐标为所述初始径向距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3根据下式得到所述初 始筒度:
V0 = Pv^z1
或
V(l = PV2+Z2 其中，V0为所述初始高度；P为关节运动放大系数；Vl为所述第一关节圆柱坐标参数中的高度；v2为所述第二关节圆柱坐标参数中的高度；Zl为所述第一位置在直角坐标下的z坐标；z2为所述第二位置在直角坐标下的z坐标。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3根据下式得到所述初始关节转角:
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述码垛机器人包括腰关节、垂直关节、水平关节、腕部平动保持机构和腕关节； 所述腰关节绕垂直轴线转动以带动所述垂直关节、水平关节、腕部平动保持机构和腕关节转动； 所述腕部平动保持机构分别与所述垂直关节、水平关节和腕关节连接；所述垂直关节在竖直方向上的运动及所述水平关节在水平方向上的运动复合使得所述腕关节在平面内运动。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述码垛机器人具有多个关节混联结构形式，且所述码垛机器人的垂直关节和水平关节是运动解耦的。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述码垛机器人包括用于将货物码放到托盘上的腕关节，所述初始参数是所述腕关节的初始参数； 所述第一位置和所述第二位置设置在所述托盘的对角线的两个端点上。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述辨识方法还包括步骤4: 更换对角线或托盘，重复所述步骤I至步骤3，以得到多组所述初始参数，对所述多组初始参数进行加权平均后，得到最终的所述初始参数。
【文档编号】B25J9/16GK103909521SQ201310004876
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年1月7日 优先权日:2013年1月7日
【发明者】刘国良 申请人:北京赛佰特科技有限公司