工业机器人最小定位时间的测量和计算方法技术

本发明专利技术涉及机器人最小定位时间领域，具体为一种工业机器人最小定位时间的测量和计算方法，包括在机器人的工作空间内，选取P1‑P5五个点，P2‑P5按顺时针方向构成的矩形斜平面能最大程度的占据机器人的工作空间，P1在P2‑P5所围成矩形的区域的中心位置，记录指令坐标和测量坐标，构建空间坐标转换关系机器人驱动机器人以100％额定速度/最佳速度遍历，采样频率记录机器人末端的空间点位信息；按采样周期记录机器人末端的点位信息，按时间依次排列，经坐标变化后构成空间坐标序列；运动过程的时间序列元素的总数与采样周期的乘积即为最小定位时间，求3次循环最小定位时间的平均值；本发明专利技术用于机器人最小定位时间的测量和计算方法且原理清楚。

Measurement and calculation of minimum positioning time for industrial robots

【技术实现步骤摘要】
工业机器人最小定位时间的测量和计算方法
本专利技术涉及机器人最小定位时间
，具体为一种工业机器人最小定位时间的测量和计算方法。
技术介绍
工业机器人因同时具备通用性、高柔性、高精度等诸多特点，在全球制造业智能化趋势的推动下蓬勃发展。目前，工业机器人大多采用开环控制，为保证机器人的末端精度，在出厂前或使用一段时间后需要进行校准和标定。机器人执行完整个按指令所需要的最短时间用最小定位时间来衡量。最小定位时间是机器人在点位控制的方式下从静止开始移动一预设距离/或摆动一定角度达到稳定状态所经历的时间及实际走过的距离。为得到最小的定位时间，实验所用的速度选择100％额定速度，且试验应在循环的每部分的最佳速度下进行。国标给出了稳定性定义和要求，但没有详细的说明性文件及步骤，现有的测量系统借助于高精度的测量仪器，但其测量的内部原理及数据处理机制不清晰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工业机器人最小定位时间的测量和计算方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种工业机器人最小定位时间的测量和计算方法，包括如下步骤：步骤1、在机器人的工作空间内，选取P1、P2、P3、P4、P5五个点，P2-P5按顺时针方向构成的矩形斜平面能最大程度的占据机器人的工作空间，P1在P2-P5所围成矩形的区域的中心位置，记录指令坐标和测量坐标，构建空间坐标转换关系；步骤2、选定机器人内接长方体的对角线P2-P4上点：P—P1+1—P1+2—P1+3—P1+4—P1+5—P1+6—P1+7；步骤3、机器人驱动机器人以100％额定速度/最佳速度遍历P—P1+1—P1+2—P1+3—P1+4—P1+5—P1+6—P1+7，利用激光跟踪仪以设定的采样频率记录机器人末端的空间点位信息；步骤4、达到P1+7后停留5秒回到P点，再停留5s后重复步骤1两次；步骤5、按采样周期记录机器人末端的点位信息，按时间依次排列，经坐标变化后构成空间坐标序列；步骤6、求相邻点间距离的一阶差分构成速度的时间序列，设定阈值，比较阈值和时间序列的大小并计数，按计数值划分机器人3段循环过程中对应的时间序列、空间坐标序列和速度序列；步骤7、运动过程的时间序列元素的总数与采样周期的乘积即为最小定位时间，求3次循环最小定位时间的平均值。进一步的，坐标系转换方法如下：任意点Pi坐标的矩阵表达：机器人末端指令坐标点集为：指令对应点在测量仪下测得的点构成的点集：进一步的，坐标系转换方法如下：(1)分别计算点集Pr、Pt的重心，即点集包含的全部点的坐标的平均值，分别为：(2)将两个点集的重心对齐重合，分别计算各点集相对重心的相对坐标构成新的点集：i＝1,2,3···n，记：为：i＝1,2,3···n，记：为：(3)由点集构造协矩阵对协矩阵进行SVD分解：(4)旋转矩阵即为R3×3＝VUT，平移矩阵为T3×1＝μr-Rμt，当n≥3时既可求出R矩阵，R的各列为长度为3的单位向量，且两两相互垂直。进一步的，最小定位时间的计算为：测量仪采样得到的，空间坐标序列为Pt＝{Pti|(xti,yti,zti)}，i＝1,2,3...,N，测量仪空间坐标序列经空间变换到机器人坐标系下的空间序列为进一步的，最小定位时间的计算为：(1)速度序列位置序列相邻两点距离的一阶差分与采样频率Fs的乘积即为速度序列Vi＝Si·Fs，i＝1,2,3...,N-1式中：Si＝cond(ΔPi)2ΔPi＝Pi+1-Pi＝(xi+1,yi+1,zi+1)-(xi,yi,zi)＝(dxi,dyi,dzi)；(2)Vi记录的是整个测试过程的速度序列，在各段循环过程中均有短暂的停留，在此需要根据速度来判断往返的次数，进而判断各个循环的运动过程的时间序列，因速度序列元素与时间序列元素个数相差1，所以运动段的时间可以转化为求各运动段速度序列元素的个数；(3)遍历整个速度序列Vi，判断速度序列连续的10个元素，前5个有小于阈值的，且后5个全大于阈值则记录为动点下标inds[k]＝i+5，反之如果出现前5个全大于阈值，且后5个有小于阈值的，则记录为静点下标inde[p]＝i+5；(4)最小定位时间的测试点点数为c，每个运动段的元素个数为L(n)＝inde[p+c]-inds[p]+1，p＝1，c+2，2c+2，...，n为循环次数；(5)各运动段的时间为：time(n)＝Fs·(L(n)+1)n为循环次数，最小定位时间为：使用者可以基于文中方法根据特定的需求调整循环的次数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术，旨在提供一种用于机器人最小定位时间的测量和计算方法。先通过坐标转换，将测量仪得到的数据转换到机器人坐标系下，根据坐标序列求速度序列，再用速度序列来计数分辨各运动段的序列元素的个数，速度序列与时间序列一一对应，且前者比后者小1，各运动段速度序列的元素个数加1后与采样频率的商即为各运动段的时间，所有运动段的时间的均值即为最小定位时间。采样得到的空间点位数据为离散的数据，该方法时间精度取决于测量仪器的采样频率。附图说明图1为本专利技术最小定位时间的计算流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一、测量方法：(1)在机器人的工作空间内，选取P1\P2\P3\P4\P5五个点，P2-P5按顺时针方向构成的矩形斜平面能最大程度的占据机器人的工作空间，P1在P2-P5所围成矩形的区域的中心位置，记录指令坐标和测量坐标，构建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业机器人最小定位时间的测量和计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1、在机器人的工作空间内，选取P1、P2、P3、P4、P5五个点，P2-P5按顺时针方向构成的矩形斜平面能最大程度的占据机器人的工作空间，P1在P2-P5所围成矩形的区域的中心位置，记录指令坐标和测量坐标，构建空间坐标转换关系；/n步骤2、选定机器人内接长方体的对角线P2-P4上点：P—P

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人最小定位时间的测量和计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、在机器人的工作空间内，选取P1、P2、P3、P4、P5五个点，P2-P5按顺时针方向构成的矩形斜平面能最大程度的占据机器人的工作空间，P1在P2-P5所围成矩形的区域的中心位置，记录指令坐标和测量坐标，构建空间坐标转换关系；
步骤2、选定机器人内接长方体的对角线P2-P4上点：P—P1+1—P1+2—P1+3—P1+4—P1+5—P1+6—P1+7；
步骤3、机器人驱动机器人以100％额定速度/最佳速度遍历P—P1+1—P1+2—P1+3—P1+4—P1+5—P1+6—P1+7，利用激光跟踪仪以设定的采样频率记录机器人末端的空间点位信息；
步骤4、达到P1+7后停留5秒回到P点，再停留5s后重复步骤1两次；
步骤5、按采样周期记录机器人末端的点位信息，按时间依次排列，经坐标变化后构成空间坐标序列；
步骤6、求相邻点间距离的一阶差分构成速度的时间序列，设定阈值，比较阈值和时间序列的大小并计数，按计数值划分机器人3段循环过程中对应的时间序列、空间坐标序列和速度序列；
步骤7、运动过程的时间序列元素的总数与采样周期的乘积即为最小定位时间，求3次循环最小定位时间的平均值。


2.根据权利要求1所述的工业机器人最小定位时间的测量和计算方法，其特征在于，坐标系转换方法如下：
任意点Pi坐标的矩阵表达：
机器人末端指令坐标点集为：
指令对应点在测量仪下测得的点构成的点集：


3.根据权利要求2所述的工业机器人最小定位时间的测量和计算方法，其特征在于，坐标系转换方法如下：
(1)分别计算点集Pr、Pt的重心，即点集包含的全部点的坐标的平均值，分别为：



(2)将两个点集的重心对齐重合，分别计算各点集相对重心的相对坐标构成新的点集：

记：为：

i＝1,2,3···n，记：为：
(3)由点集构造协矩阵对协矩阵进行SVD分解：...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹荣造，田坤淼，周文，
申请(专利权)人：伯朗特机器人股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44