[发明专利]基于PLC的机器人末端伺服焊钳位姿自动监测设备及方法

说明书

本发明公开了一种基于PLC的机器人末端伺服焊钳位姿自动监测设备及方法，包括红外线感光坐标靶、直线导轨、底座、丝杆、升降支撑柱、导向杆、相机支架、可调光源、PLC控制模块和与PLC控制模块电连接的伺服驱动电机、激光测距仪、带编码器第一步进电机、带编码器第二步进电机、两组双目红外相机。PLC控制模块控制伺服驱动电机驱动底座在直线导轨上运动，控制带编码器第一步进电机驱动丝杆转动，控制带编码器第二步进电机驱动相机支架转动，使两组双目红外相机到达待测点，并控制两组双目红外相机进行拍照，同时获取相应数据，进行处理后，得到机器人末端伺服焊钳的位姿。本发明能实现机器人末端伺服焊钳位姿的高精度在线监测，同时降低成本。

技术领域

本发明属于机器人位姿测量技术领域，具体涉及一种基于PLC的机器人末端伺服焊钳位姿自动监测设备及方法。

背景技术

现有的机器人末端伺服焊钳位姿检测方法主要有三种：第一种是激光跟踪仪测量法，其由激光跟踪仪和坐标靶配合测出多点的位置，结合相应算法求出机器人末端伺服焊钳位姿(即位置、姿态)，测量精度高，但价格昂贵，测量准备工作复杂，不能够在线测量；第二种是三坐标测量机测量法，三坐标测量机由于自由度较少，累计误差很小，可以高精度测出某点的位置，测量精度高，测量方便，常和激光跟踪仪配合使用，用于标定校正点的位置坐标，但三坐标测量机为机械式测量，容易磨损，不能在线测量；第三种是机器视觉检测法，其通过在光杆上设置三个相机，从不同角度拍摄机器人末端伺服焊钳的位置姿态，再根据机器视觉原理重塑测量机器人末端伺服焊钳位姿，测量速度快，设备简单，但只能测量较少的点，仅作为实验工具使用，不能投入大规模生产，不能在线检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PLC的机器人末端伺服焊钳位姿自动监测设备及方法，以实现机器人末端伺服焊钳位姿的高精度在线监测，同时降低成本。

本发明所述的基于PLC的机器人末端伺服焊钳位姿自动监测设备，包括布置在机器人末端伺服焊钳上的红外线感光坐标靶、沿机器人末端伺服焊钳的待测路径(由若干个周期的已知待测点连接形成)布置的直线导轨和可在直线导轨上运动的监测装置；所述监测装置包括PLC控制模块，可在直线导轨上运动的底座，安装在底座上的伺服驱动电机、激光测距仪和带编码器第一步进电机，与带编码器第一步进电机的输出轴连接的丝杆，与丝杆通过螺纹配合的升降支撑柱，一端固定在底座上、另一端与升降支撑柱配合的导向杆，安装在升降支撑柱顶部的带编码器第二步进电机，位于升降支撑柱顶部且与带编码器第二步进电机的输出轴连接的相机支架，安装在相机支架中部的可调光源，以及对称安装在相机支架上的两组双目红外相机；导向杆用于升降支撑柱升降时的导向，可调光源用于改善两组双目红外相机的拍照环境的光线，双目红外相机可以避免机器人末端伺服焊钳因部分遮挡而出现测不准的情况；所述PLC控制模块与伺服驱动电机电连接，控制伺服驱动电机驱动底座在直线导轨上运动，激光测距仪与PLC控制模块电连接，将检测的底座在直线导轨上的直线运动位移发送给PLC控制模块，PLC控制模块与带编码器第一步进电机电连接，控制带编码器第一步进电机驱动丝杆转动，以使升降支撑柱上升或者下降，并从带编码器第一步进电机的编码器上获取丝杆的转动角位移(对应于升降支撑柱相对于丝杆的升降距离)，PLC控制模块与带编码器第二步进电机电连接，控制带编码器第二步进电机驱动相机支架转动，并从带编码器第二步进电机的编码器上获取相机支架的转动角度，PLC控制模块与两组双目红外相机电连接，控制两组双目红外相机对所述红外线感光坐标靶进行拍照，并从两组双目红外相机上获取拍摄的照片的数字图像信息，PLC控制模块对底座在直线导轨上的直线运动位移、丝杆的转动角位移、相机支架的转动角度以及拍摄的照片的数字图像信息进行处理后，得到机器人末端伺服焊钳的位姿。

所述底座的底部开设有与直线导轨配合的滑槽，并设置有与所述伺服驱动电机连接的滑动机构，底座通过滑槽以及滑动机构可在直线导轨上运动，底座在直线导轨上的运动更稳定。

所述滑动机构包括万向导轮和由伺服驱动电机驱动的驱动轮，万向导轮和驱动轮将底座与直线导轨的滑动配合变为了滚动配合，减少了摩擦磨损，降低了伺服驱动电机的用电量。