[实用新型]并联机器人双目主动视觉监测机构

说明书

技术领域

本实用新型涉及并联机器人视觉领域，特别是涉及一种用于并联机器人工作空间监测的双目主动视觉监测机构。

背景技术

1965年，德国人Stewart发明了六自由度并联机构，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。澳大利亚著名机构学教授Hunt于1978年提出将并联机构用于机器人手臂。随后，Maccallion和Pham.D.J首次将该机构按操作器设计，成功地将Stewart机构用于装配生产线，标志着真正意义上的并联机器人的诞生，从此推动了并联机器人发展的历史。并联机器人以其丰富的科学技术内涵、可重构的多样化布局和广阔的应用前景，近年来倍受国内外关注，成为机器人领域的研究热点，并随之产生了许多实验样机，如飞行模拟器、并联机械手、并联机床、并联机构起重机、飞船对接器等。在并联机器人实用化和商业化进程中还存在着许多有待解决的问题：其一，关于机构精确度、并联机器人运动精确度的标定问题。由于并联机构的杆件和铰链的制造、装配以及校准(如铰链中心点的准确几何位置)误差，使机构精确度大都只能控制在10μm的数量级，并且这类误差对整机的影响为非线性关系；再者，机器人在不同位姿承受不同方向的载荷，也会对机器人运动精确度产生影响；此外，控制中的非线性误差也会影响并联机器人末端执行器的定位精度。其二，机器人往往处于“盲”工作状态。即并联机器人在规划好的轨迹上按指定的方式工作，但对其末端执行器的实际位姿和操作对象的状态、工作环境中其他对象的存在和变化，缺乏主动的认知能力。

解决上述问题的一种方案就是利用视觉监控技术。通过建立合适的视觉平台，实现对并联机器人的运动机构、工作空间环境进行观测，运用视觉计算理论求解出观测目标的空间位姿，从而实现并联机器人的运动标定、视觉伺服，提高对环境的认知能力，进而提高机器人的运动规划和控制的智能。

针对并联机器人的视觉监控机构，从现有公开的方案主要有配置在并联机器人固定平台的视觉机构和配置在并联机器人外侧的视觉机构两类。P.Renaud等人提出了用单摄像机对H4并联机构进行标定的方法。他们将一台CCD摄像机固定于并联机构的基座上，观察并联机构的腿和连接末端执行器的活动平台，通过观察推断末端执行器的位姿来实现标定。为解决测量的精度与运动范围小的矛盾，他们既进行了固定交汇系统标定试验，又使相对固定的交汇系统整体平动跟踪进行标定试验。但这种标定方法有其自身的缺点，首先，由一台摄像机构成的视觉系统，无法通过一幅监测图像获得深度信息，必须通过连续二幅以上图像确定，这样在两幅图像采样周期内由于运动将引起目标点的定位误差；其次，该方法虽间接得到末端执行器的空间位姿，但无法获得工作空间的环境信息，限制了视觉信息的深入应用。N.Andreff等人利用单摄像机对Gough-Stewart并联机器人的腿运动图像的变化作为反馈信息，设计了基于图像Jacobian矩阵的伺服控制器。但这种方法由于视觉系统只限于从一个角度对并联机器人进行监测，无法避免视觉遮挡和保持最佳视角，并且仍然局限于对腿而不是对末端执行器和工作空间的观察，无法实现跟踪、避障等操作。

从上面可以理解的是，并联机器人视觉机构要在原并联机器人机构上加装摄像机系统，一方面通过视觉信息实现并联机器人的运动标定和跟踪，另一方面，通过对工作空间的环境监测，实现并联机器人障碍避让和路径规划，提高并联机器人的智能。进而，要求视觉机构适合并联机器人的结构并行性的特点，其视野能够覆盖并联机器人的整个工作空间，并具备灵活转变观测角度，并且要求视觉机构的结构特性能够方便视觉计算。

发明内容

本实用新型就是针对上述问题，提出了一种安装在并联机器人活动平台上的视觉监测机构。该视觉监测机构主要由圆形导轨(内轨、外轨)、小车、云台和摄像机组成。所述的圆形导轨固定在并联机器人活动平台上，两个小车与嵌入在圆形内轨和外轨内的滑块连接，小车由装于其上的伺服电机驱动，沿圆形轨道运行。每个小车上安装一台摄像机，小车和摄像机间通过云台连接，云台有两个转动副构成，两个转动副的转动轴设定在圆轨的半径方向和切线方向上。视觉监测机构通过驱动小车使两个摄像机在圆轨上滑动，通过驱动云台的两个转动副调整摄像机的视角，并且与并联机器人的活动平台联动，实现对并联机器人工作空间多角度大范围观察，实现并联机床工作精确定位、认知环境信息以及视觉伺服。