一种工业机器人定位精度检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种工业机器人定位精度检测装置及方法，检测装置包括位姿测量机构、定位装置和双特征机构，位姿测量机构包括传感器支架和三个激光传感器：X轴激光测距传感器、Y轴激光测距传感器和Z轴激光测距传感器；定位装置包括安装架、立板、直杆、磁环编码器和连杆机构；双特征机构包括Y形连接机构、一个球体特征和一个立方体特征。本发明专利技术通过计算机器人末端位置值偏差值和机器人末端姿态值偏差值，实现工业机器人末端自由度高、精度高的位置和姿态测量。态测量。态测量。

【技术实现步骤摘要】
一种工业机器人定位精度检测装置及方法


[0001]本专利技术涉及工业机器人精度测量
，具体涉及一种工业机器人定位精度检测装置及方法。

技术介绍

[0002]随着全球新一轮科技革命和产业变革深入发展，大国战略博弈进一步聚焦制造业，智能制造成为主攻方向，工业机器人作为智能制造装备的代表，是高端制造业发展的焦点，其研发、制造与应用成为衡量一个国家科技创新水平的重要标志。而定位精度成为了影响机器人性能的重要因素之一，工业机器人末端工具中心点(Tool Center Point，TCP)的位姿定位精度直接影响工作质量，精度较差甚至会导致无法完成相应作业任务。随着高端制造业的持续发展，各个行业对工业机器人定位精度的要求不断提高，尤其在激光焊接、激光切割以及航空航天等应用领域。这就需要适合的定位精度检测装置与测量方法，对机器人末端位置及姿态进行测量评估。
[0003]目前主要是通过外部测量设备对工业机器人末端的位置进行测量的，激光跟踪仪作为工业测量系统中的一种高精度大尺寸测量仪器，是目前工业机器人主要的外部测量设备之一。该测量设备将靶球安装在工业机器人末端，通过激光跟踪仪测量靶球的空间位置。所测量的工业机器人末端位置需要尽可能地覆盖机器人的工作空间，但因靶球的激光接收范围仅为
±
30
°
，无法保证工业机器人的任意位置测量。人为地改变靶球的姿态虽能够一定程度的改善以上情况，但这也将引入较大的测量不确定度。此外，该设备价格目前较为昂贵。因此，亟待专利技术设计一种新型、廉价的、结构简单的末端测量设备及方法，能够实现自由度高、测量精度高的工业机器人末端位置和姿态的测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种工业机器人定位精度检测装置及方法，能够实现工业机器人末端自由度高、精度高的位置和姿态测量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]一种工业机器人定位精度检测装置，包括位姿测量机构、定位装置和双特征机构；
[0007]所述的位姿测量机构包括传感器支架和三个激光传感器：X轴激光测距传感器、Y轴激光测距传感器和Z轴激光测距传感器；三个激光传感器以两两相互垂直的状态安装在传感器支架上；所述的X轴激光测距传感器、Y轴激光测距传感器和Z轴激光测距传感器发出的射线相交于一点，为位姿测量机构的原点；
[0008]所述的定位装置包括安装架、立板、直杆、磁环编码器和连杆机构，所述的立板安装于安装架上并能够沿安装架上下滑动，所述的立板垂直于地面，所述的直杆垂直于立板所在平面，直杆的一端与立板固定连接；所述的磁环编码器环绕在直杆上并能沿直杆长度方向滑动；所述立板上安装有第一光栅尺，所述磁环编码器上安装有第二光栅尺；所述的磁环编码器通过连杆机构与传感器支架相连；
[0009]所述的双特征机构包括Y形连接机构、一个球体特征和一个立方体特征；Y形连接机构具有两个分支杆和底杆，球体特征、立方体特征分别连接在Y形连接机构的两个分支杆的端部，Y形连接机构的底杆的端部为与工业机器人末端相连的固定端；球体特征的中心点、立方体特征的中心点沿Y形连接机构底杆中轴线对称。
[0010]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0011]进一步地，所述的安装架为三角支架，在三角支架一侧设有垂直于地面的滑槽，所述的立板嵌于滑槽中并能够沿滑槽上下滑动；所述的第一光栅尺水平安装在立板的下沿。
[0012]进一步地，所述的第二光栅尺平行于直杆设置，并与磁环编码器固定，能与磁环编码器一同在直杆上滑动。
[0013]进一步地，所述的传感器支架由三个相同的两两相互垂直的正方形板拼接组成；位姿测量机构的原点与X轴激光测距传感器、Y轴激光测距传感器和Z轴激光测距传感器的激光发射点的距离相等。
[0014]本专利技术还保护上述的工业机器人定位精度检测装置的使用方法，包括如下步骤：
[0015]步骤(1)：在工业机器人末端安装双特征机构，安装位姿测量机构和定位装置；
[0016]步骤(2)：建立系统坐标系：建立世界坐标系、工业机器人末端坐标系、双特征机构坐标系、定位装置坐标系和位姿测量机构坐标系；
[0017]步骤(3)：设置测量点：通过调整位姿测量机构和定位装置，使调整位姿测量机构的原点到达一个初始点，将该初始点记为测量点c1，计算测量点c1在世界坐标系中的位置；
[0018]步骤(4)：机器人末端位置计算：通过发布指令，使工业机器人带动双特征机构运动，使球体特征中心点到达测量点c1；根据位姿测量机构三个激光传感器发出的射线在球体特征表面形成的三个点，计算得到球体特征中心点在位姿测量机构坐标系下的坐标t1，并由位姿测量机构坐标系经定位装置坐标系换算至世界坐标系，得到在{O
W
}坐标系下的球心的坐标t
W1
，作为机器人末端位置值；
[0019]步骤(5)：机器人末端姿态计算：通过发布指令，使工业机器人带动双特征机构作180
°
旋转运动，使立方体特征的中心点到达位姿测量机构坐标系下的坐标t1,根据位姿测量机构三个激光传感器发出的射线在立方体特征表面形成的三个点，计算三个点所在的立方体表平面的法向量，并由位姿测量机构坐标系经定位装置坐标系换算至世界坐标系，将计算得到的其中一个平面的法向量作为机器人末端姿态值；
[0020]步骤(6)：通过步骤(4)、步骤(5)完成一次机器人末端位置值、机器人末端姿态值的测量及计算后，使工业机器人经过一轮运动，再次使球体特征中心点、立方体特征中心点依次到达测试点c1，再次计算机器人末端位置值、机器人末端姿态值；重复若干次；计算机器人末端位置值偏差值和机器人末端姿态值偏差值。
[0021]世界坐标系是以工业机器人基坐标建立的世界坐标系{O
W
}；工业机器人的末端坐标系是以Y形连接机构底杆与工业机器人末端的连接处中心点为原点建立的工业机器人末端坐标系{O
E
}，工业机器人末端坐标系{O
E
}的Z轴垂直于机器人末端法兰盘平面；建立工业机器人末端坐标系{O
E
}前需对工业机器人标定；双特征机构坐标系包括以球体特征的中心点为原点建立的球体特征坐标系{O
T1
}和以立方体特征中心点为原点建立的立方体特征坐标系{O
T2
}，其中以工业机器人末端坐标系{O
E
}三根轴线的方向建立球体特征坐标系{O
T1
}，立方体特征坐标系{O
T2
}的Z轴与立方体特征所在的分支杆的中轴线方向相同且向下。
[0022]定位装置坐标系包括以安装架底面上一点为原点建立的安装架坐标系{O0}、直杆的中轴线与立板平面相交点为原点建立的直杆坐标系{O1}和连杆机构的中轴线与直杆的中轴线相交点为原点建立的连杆机构坐标系{O2}；位姿测量机构坐标系为以位姿测量机构为原点、以X轴激光测距传感器、Y轴激光测距传本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人定位精度检测装置，其特征在于：包括位姿测量机构(1)、定位装置和双特征机构(8)；所述的位姿测量机构(1)包括传感器支架(13)和三个激光传感器：X轴激光测距传感器(12)、Y轴激光测距传感器(11)和Z轴激光测距传感器(10)；三个激光传感器以两两相互垂直的状态安装在传感器支架(13)上；所述的X轴激光测距传感器(12)、Y轴激光测距传感器(11)和Z轴激光测距传感器(10)发出的射线相交于一点，为位姿测量机构(1)的原点；所述的定位装置包括安装架(7)、立板(6)、直杆、磁环编码器(2)和连杆机构(4)，所述的立板(6)安装于安装架(7)上并能够沿安装架(7)上下滑动，所述的立板(6)垂直于地面，所述的直杆垂直于立板(6)所在平面，直杆的一端与立板(6)固定连接；所述的磁环编码器(2)环绕在直杆上并能沿直杆长度方向滑动；所述立板(6)上安装有第一光栅尺(5)，所述磁环编码器(2)上安装有第二光栅尺(3)；所述的磁环编码器(2)通过连杆机构(4)与传感器支架(13)相连；所述的双特征机构(8)包括Y形连接机构、一个球体特征(14)和一个立方体特征(15)；Y形连接机构具有两个分支杆和底杆，球体特征(14)、立方体特征(15)分别连接在Y形连接机构的两个分支杆的端部，Y形连接机构的底杆的端部为与工业机器人(9)末端相连的固定端；球体特征(14)的中心点、立方体特征(15)的中心点沿Y形连接机构底杆中轴线对称。2.根据权利要求1所述的工业机器人定位精度检测装置，其特征在于：所述的安装架(7)为三角支架，在三角支架一侧设有垂直于地面的滑槽，所述的立板(6)嵌于滑槽中并能够沿滑槽上下滑动；所述的第一光栅尺(5)水平安装在立板(6)的下沿。3.根据权利要求1所述的工业机器人定位精度检测装置，其特征在于：所述的第二光栅尺(3)平行于直杆设置，并与磁环编码器(2)固定，能与磁环编码器(2)一同在直杆上滑动。4.根据权利要求1所述的工业机器人定位精度检测装置，其特征在于：所述的传感器支架(13)由三个相同的两两相互垂直的正方形板拼接组成；位姿测量机构(1)的原点与X轴激光测距传感器(12)、Y轴激光测距传感器(11)和Z轴激光测距传感器(10)的激光发射点的距离相等。5.权利要求1
‑
4任一项所述的工业机器人定位精度检测装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(1)：在工业机器人末端安装双特征机构，安装位姿测量机构和定位装置；步骤(2)：建立系统坐标系：建立世界坐标系、工业机器人末端坐标系、双特征机构坐标系、定位装置坐标系和位姿测量机构坐标系；步骤(3)：设置测量点：通过调整位姿测量机构和定位装置，使调整位姿测量机构的原点到达一个初始点，将该初始点记为测量点c1，计算测量点c1在世界坐标系中的位置；步骤(4)：机器人末端位置计算：通过示教器控制机器人，使工业机器人带动双特征机构运动，使球体特征中心点到达测量点c1；根据位姿测量机构三个激光传感器发出的射线在球体特征表面形成的三个点，计算得到球体特征中心点在位姿测量机构坐标系下的坐标t1，并由位姿测量机构坐标系经定位装置坐标系换算至世界坐标系，得到在{O
W
}坐标系下的球心的坐标t
W1
，作为机器人末端位置值；步骤(5)：机器人末端姿态计算：通过示教器控制机器人，使工业机器人带动双特征机构作180
°
旋转运动，使立方体特征的中心点到达位姿测量机构坐标系下的坐标t1,根据位
姿测量机构三个激光传感器发出的射线在立方体特征表面形...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔贵方，蒋欣怡，高春晖，张颖，刘汉忠，王保升，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：