CN106546270B - 一种机器人定位精度测试仪及接触式测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人定位精度测试仪及接触式测量方法，该测试仪包括测试主体、支撑架和标准测试球，其中测试主体包括用于测量的五个接触式传感器，五个接触式传感器的轴线相交于一点；支撑架与测试主体底部连接用于支撑固定测试主体。本发明测试仪设计巧妙、结构合理，采用接触式传感器并配合标准测试球，通过接触式传感器伸缩量变化计算出被测机器人的位姿准确度和位姿重复性，以此可以提高机器人位姿的准确度。本测试仪使用方便，测量过程易于操作，同时测量准确度高，其具有显著效果和良好作用。

Description

一种机器人定位精度测试仪及接触式测量方法

技术领域

本发明涉及一种机器人定位精度测试仪及接触式测量方法，属于机器人技术领域。

背景技术

目前，国内外机器人发展迅速，各类机器人产品正大量应用于工业生产中，其中机器人最为关键的几个技术指标包括位姿、距离和轨迹的准确度和重复性，而这几项性能指标又以位姿的准确度和重复性为重，机器人位姿准确度性能的好坏将直接影响到距离和位姿的准确度和重复性。

评价一台机器人的位姿准确度性能的优劣，通常使用专门的测试仪进行测试，通过对测试数据的对比分析，判断机器人的性能好坏程度。目前绝大部分机器人厂家使用的测试仪是激光跟踪仪，不仅购买价格昂贵，而且要求操作工有一定的专业技术基础，操作程序也比较复杂，后续部件的维修、更换成本也较高。

例如，中国专利文献CN104613872A公开了一种用于测量工业机器人重复定位精度的测试系统，该测试系统为检测装置通过数据采集单元连接到数据处理终端；检测装置为支架滑动杆上设有三个轴向支架，轴向支架上安装有三个激光位移传感器在空间上互异垂直的；在工业机器人到达传感器的测试中心范围时，将三路光线投射到机器人的末端测得工业机器人在空间三坐标轴的位置。虽然该测试系统测量精度较高，但对操作人员的技术要求较高，一般工作人员无法完成操作。

因而，本发明旨在提供一种携带、使用方便，操作及后期维护容易的机器人定位精度测试仪，能够满足大众机器人厂家使用，且一般技术人员即可进行有效操作，便于大面积推广。

发明内容

针对目前市面上推广的激光跟踪仪存在的弊端，本发明提出了一种新的机器人定位精度测试仪。

基于这种定位精度测试仪，本发明还提出了一种机器人定位精度测试仪的测量方法。

术语解释：

点位示教：示教再现是一种可重复再现通过示教编程存储起来的作业程序的机器人。“示教编程”指通过下述方式完成程序的编制:由人工操作示教盒(与控制系统相连接的一种手持装置，用以对机器人进行编程或使之运动)来使机器人完成预期的动作；机器人的每个动作都是有多个空间点位的连续变化来完成，而每个点位都是有示教和示教得来，因此我们将这些点的示教工作简称为点位示教。

测试点：工业机器人在本申请点位示教过程中会有多个示教点，但是只有一个示教点可以和测试传感器相接触并使传感器有测试数据输出，因此我们把该点称为测试点。

本发明的技术方案如下：

一种机器人定位精度测试仪，其特征在于，包括：

测试主体，包括用于测量的五个接触式传感器，五个接触式传感器的轴线相交于一点，五个接触式传感器通过传感器信号处理模块与通讯模块连接，通讯模块与计算机连接；

标准测试球，与测试主体相配合完成机器人定位精度的测试。

优选的，所述五个接触式传感器采用以下方式布置：四个接触式传感器位于同一水平面内且成90°夹角设置、一个接触式传感器位于水平面正下方。

优选的，所述测试主体还包括固定框、上盖、下盖和壳体，五个接触式传感器通过固定框进行位置固定并置于壳体内，壳体的顶部连接上盖、底部连接下盖，上盖上开有供标准测试球进入的测试口。

优选的，所述传感器信号处理模块也位于壳体内，通讯模块位于壳体外与传感器信号处理模块电连接。

优选的，所述接触式传感器选用接触式笔形传感器。

优选的，所述测试仪还包括支撑架，支撑架与壳体底部可拆卸式连接，用于固定支撑测试主体。

优选的，所述支撑架选用伸缩杆三角架。此设计的好处在于，三角架可以适应多种地面，能够保持测试主体的稳定性，保证后续测试结果的准确性。

优选的，所述支撑架与壳体底部螺纹连接或卡扣连接。

优选的，所述标准测试球选用钢球。

一种机器人定位精度测试仪的接触式测量方法，包括以下步骤，

(1)将标准测试球安装到机器人末端进行点位示教，将测试点落在测试仪的五个接触式传感器的测试区域内；

(2)任意设置机器人非测试点作为机器人测试时的运动点；

(3)首次将标准测试球送入测试口中，五个接触式传感器分别测得当前变形量并将当前变形量通过传感器信号处理模块、通讯模块传输给计算机，计算机软件记录此时接触式传感器的当前变形量作为标准测试球的心点位置数据并进行传感器清零；

(4)机器人动作将标准测试球带出测试口，并运行到步骤(2)中设置的运动点，然后机器人再运行回到步骤(1)中的测试点，第二次将标准测试球送入测试口中，第二次测量的五个传感器的变形量与首次测量的五个传感器的变形量之间的相对差值，得出第二次标准测试球的心点变化量；

(5)依照步骤(4)的方法，机器人多次在运动点和测试点之间动作，多次将标准测试球送入测试口中，每次测量的五个传感器的变形量与首次测量的五个传感器的变形量之间的相对差值，得出每次标准测试球的心点变化量。

本发明的有益效果在于：

本发明机器人定位精度测试仪设计巧妙、结构合理，采用接触式传感器并配合标准测试球，通过接触式传感器伸缩量变化计算出被测机器人的位姿准确度和位姿重复性，以此可以提高机器人位姿的准确度。本测试仪使用方便，测量过程易于操作，同时测量准确度高，其具有显著效果和良好作用。

附图说明

图1为本发明中测试主体的立体图Ⅰ；

图2为本发明中测试主体的立体图Ⅱ；

图3为本发明中测试主体的主视图；

图4为本发明中测试主体的俯视图；

图5为本发明中测试主体的剖面图；

图6为本发明中支撑架的立体图；

图7为本发明中测试仪的立体图；

图8为本发明中测试仪与标准球配合作业示意图；

图9为本发明测试仪的测试原理示意图；

其中：1、测试口；2、上盖；3、凸沿；4、通讯模块；5、接触式传感器；6、壳体；7、传感器信号处理模块；8、下盖；9、支撑架；10、固定框；11、标准测试球；12、计算机。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图8所示，本实施例提供一种机器人定位精度测试仪，包括测试主体、支撑架9以及配合使用的标准测试球11三部分，其中：

测试主体，包括用于测量的五个接触式传感器5，五个接触式传感器5的轴线通过一固定框10相交于一点，五个接触式传感器5通过传感器信号处理模块7与通讯模块4连接，通讯模块4与计算机12连接；本实施例中，接触式传感器5选用基恩士GT2-P12K笔形传感器，传感器信号处理模块7选用基恩士GT2-500，通讯模块4选用基恩士DL-RS1A；接触式传感器5通过专用线缆与传感器信号处理模块7连接，传感器信号处理模块7与通讯模块4通过模块上预留的对接插口连接，通讯模块4通过标准RS232通讯电缆与计算机12连接。

支撑架9，用于支撑固定测试主体；本实施例中，支撑架9选用伸缩杆三角架，伸缩杆三角架可以调节高度和角度，能够适应多种地面，保证支撑的稳定性，确保测试过程中的准确性。

标准测试球11，与测试主体相配合完成机器人定位精度的测试；本实施例中，标准测试球11选用钢球。

固定框10为一开有凹腔的正方体，五个传感器通过左右前后下贯穿固定框10，传感器的接触端位于凹腔内，标准测试球11可以从凹腔顶部的开口进入到五个传感器的测试区域内。将固定框10安装于一壳体6内，保证五个传感器正常工作，壳体6的顶部通过一上盖2连接，上盖2上开设一测试口1，该测试口1位于测试区域的正上方且略大于标准测试球即可，既可保证测试球进入，又避免测试口过大有异物进入损坏传感器，壳体6的底部通过下盖8密封。

五个接触式传感器5采用以下方式布置：四个接触式传感器位于同一水平面内且成90°夹角设置、一个接触式传感器位于水平面正下方，即五个传感器贯穿固定框左右前后下五个壁的中心且进入凹腔内的长度相同。

传感器信号处理模块7也位于壳体6内并与五个传感器连接，当接触式笔形传感器发生位移量变化时，传感器信号处理模块7会采集到五个传感器的变化量，后续通过通讯模块4将变化量数据传输给计算机12，通讯模块位4于壳体6外通过模块上预留的插接口与传感器信号处理模块7连接。

壳体6的底部有向外延伸的凸沿3，凸沿3上有螺栓孔，壳体6通过螺栓连接于伸缩杆三角架的顶端。

该测试仪的工作原理：选用五个接触式笔形传感器安装在五个相互正交的面上，五个传感器轴线相交于一点。被测标准球由机器人携带并在传感器轴线交点处进入，因标准球多次的重复进入定位点有差异，通过传感器的输出可测得球心的位置变化，以此来确定被测机器人的位姿准确度和位姿重复性，从而为提高机器人位姿准确度提供指导。

此测试仪以直角坐标系为基础，X轴、Y轴各有两个传感器，Z轴一个传感器。测试算法为通过X轴两传感器测量数据相对变化量得出标准球在此直角坐标系内X轴向的球心变化量δx，同理测出标准球在Y轴向的球心变化量δy，Z轴单传感器测出标准球在Z轴向的球心绝对变化量δz。由直角坐标系内两点间距离计算方法得出，标准球两次测试球心的变化量为

实施例2：

一种机器人定位精度测试仪，结构如实施例1所述，其不同之处在于：壳体6的底部通过卡扣与伸缩杆三角架的顶端连接。卡扣连接更为方便，可实现快速拆卸。

实施例3：

如图9所示，一种机器人定位精度测试仪的接触式测量方法，利用实施例1所述的测试仪，具体操作过程如下：

(1)将标准测试球11安装到机器人末端进行点位示教，将测试点落在测试仪的五个接触式传感器5的测试区域内；

(2)任意设置机器人非测试点作为机器人测试时的运动点；

(3)首次将标准测试球11送入测试口1中，五个接触式传感器5分别测得当前变形量并将当前变形量通过传感器信号处理模块7、通讯模块4传输给计算机12，计算机软件记录此时接触式传感器的当前变形量作为标准测试球的心点位置数据并进行传感器清零；

(4)机器人动作将标准测试球11带出测试口1，并运行到步骤(2)中设置的运动点，然后机器人再运行回到步骤(1)中的测试点，第二次将标准测试球11送入测试口1中，第二次测量的五个传感器的变形量与首次测量的五个传感器的变形量之间的相对差值，得出第二次标准测试球的心点变化量；

(5)依照步骤(4)的方法，机器人多次在运动点和测试点之间动作，多次将标准测试球送入测试口中，每次测量的五个传感器的变形量与首次测量的五个传感器的变形量之间的相对差值，得出每次标准测试球的心点变化量。

Claims (8)

1.一种机器人定位精度测试仪，其特征在于，包括：

测试主体，包括用于测量的五个接触式传感器，五个接触式传感器的轴线相交于一点，五个接触式传感器通过传感器信号处理模块与通讯模块连接，通讯模块与计算机连接；

标准测试球，与测试主体相配合完成机器人定位精度的测试；

所述五个接触式传感器采用以下方式布置：四个接触式传感器位于同一水平面内且成90°夹角设置、一个接触式传感器位于水平面正下方；

所述测试主体还包括固定框、上盖、下盖和壳体，五个接触式传感器通过固定框进行位置固定并置于壳体内，壳体的顶部连接上盖、底部连接下盖，上盖上开有供标准测试球进入的测试口。

2.如权利要求1所述的机器人定位精度测试仪，其特征在于，所述传感器信号处理模块也位于壳体内，通讯模块位于壳体外与传感器信号处理模块电连接。

3.如权利要求1所述的机器人定位精度测试仪，其特征在于，所述接触式传感器选用接触式笔形传感器。

4.如权利要求1所述的机器人定位精度测试仪，其特征在于，所述测试仪还包括支撑架，支撑架与壳体底部可拆卸式连接，用于固定支撑测试主体。

5.如权利要求4所述的机器人定位精度测试仪，其特征在于，所述支撑架选用伸缩杆三角架。

6.如权利要求4所述的机器人定位精度测试仪，其特征在于，所述支撑架与壳体底部螺纹连接或卡扣连接。

7.如权利要求1所述的机器人定位精度测试仪，其特征在于，所述标准测试球选用钢球。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的机器人定位精度测试仪的接触式测量方法，包括以下步骤，

（1）将标准测试球安装到机器人末端进行点位示教，将测试点落在测试仪的五个接触式传感器的测试区域内；

（2）任意设置机器人非测试点作为机器人测试时的运动点；

（3）首次将标准测试球送入测试口中，五个接触式传感器分别测得当前变形量并将当前变形量通过传感器信号处理模块、通讯模块传输给计算机，计算机软件记录此时接触式传感器的当前变形量作为标准测试球的心点位置数据并进行传感器清零；

（4）机器人动作将标准测试球带出测试口，并运行到步骤（2）中设置的运动点，然后机器人再运行回到步骤（1）中的测试点，第二次将标准测试球送入测试口中，第二次测量的五个传感器的变形量与首次测量的五个传感器的变形量之间的相对差值，得出第二次标准测试球的心点变化量；

（5）依照步骤（4）的方法，机器人多次在运动点和测试点之间动作，多次将标准测试球送入测试口中，每次测量的五个传感器的变形量与首次测量的五个传感器的变形量之间的相对差值，得出每次标准测试球的心点变化量。