CN108253959B - 一种基于标准样板的机器人轨迹、负载、位姿特性的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于标准样板的机器人轨迹、负载、位姿特性检测装置，包括工业机器人、标准轨迹样板及装在工业机器人末端的执行器。所述标准样板包括样板基座、圆柱体以及一个被截去了三分之一体积的大球体、小球体；所述执行器包括负载安装器及激光测距传感器，执行器与工业机器人法兰盘相连接。对于标准样板的特殊设计，本发明可以对工业机器人进行直线轨迹的检测以及圆轨迹的检测。对于更换不同的末端执行器的负载，可以实现对工业机器人的负载检测。对于标准样板的特殊设计，本发明也可以对机器人进行位姿特性检测，针对工业机器人的位姿特性，主要检测其绝对定位精度和重复定位精度。

Description

一种基于标准样板的机器人轨迹、负载、位姿特性的检测装置

技术领域

本发明涉及轨迹检测装置，具体涉及一种基于标准样板的机器人轨迹、负载、位姿特性检测装置。

背景技术

如今，随着全球工业机器人的应用不断扩大，国产机器人市场增速明显。机器人和自动化产业将成为未来我国高端制造业发展的主流方向，并在产业转型和结构调整中发挥重要的作用。现阶段,工业机器人已经从简单重复作业发展成多自由度的高度柔性加工单元，工作方式从手动示教发展成高度自动化的离线编程。而实现离线编程的前提是工业机器人系统有较高的控制精度，国标GB/T12642-2013明确了影响控制精度的参数有位姿、轨迹及负载等特性指标。

工业机器人具有相当高的重复定位精度，但绝对定位精度相对较低。因此通过运动学建模，提高工业机器人绝对定位精度就显得尤为重要了。目前主要通过坐标测量机、激光跟踪仪法等手段，对工业机器人的性能及精度进行检测。

原有的专利号为CN105583825A的一种工业机器人轨迹检测装置，虽然解决了工业机器人的轨迹检测，但是对于工业机器人的负载特性以及位姿特性，并没有做解释。本发明在她的基础上，制定了特殊的标准样板，可以同时对机器人的轨迹、负载、位姿进行检测。

对于原有的坐标测量机法，虽然具有较高的精度，但是其占用的空间相对也较大，而且成本也相当高。对于激光跟踪仪法，虽然具有较高的分辨率，并且在测量过程中是无接触形式，保证了测量的准确性，但由于其价格昂贵、存在检测死角等问题，也不适用于大部分企业。总之，现有的检测方法普遍存在或大或小的问题。

发明内容

为了解决现有的检测设备存在的缺点和不足，本发明目的在于设计一种基于标准样板的机器人轨迹检测装置，实现一定范围内的可变负载的工业机器人轨迹特性的检测，对于标准样板的特殊设计，此方法也可以对工业机器人的位姿进行检测，实现了一套装置，检测机器人的位姿、轨迹、负载特性，但对于轨迹的检测最精准。我们通过将机器人末端执行器与标准样板相配套，利用3D激光测距仪采集一系列实际轨迹的离散点，进而通过无线传输至电脑软件中进行拟合，与标准样板中的轨迹进行对比，进行建模得出实际轨迹与标准估计之间的误差，实现对机器人定位精度的检测。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：一种基于标准样板的机器人轨迹、负载、位姿检测装置，由工业机器人、标准轨迹样板组成。此标准轨迹样板包括样板基座，样板基座是一个长方形的结构，在样板基座上面固定有一个圆柱体，所述圆柱体的底面与样板基座相连接，在圆柱体上端设有一个被截去了三分之一体积的大圆球,所述大圆球的球截面与水平面成45°夹角，在大圆球左右球截面两端设有两个小圆球，且两个小圆球球心之间的连线通过大圆球的球心，所述两个小圆球大小相同，其直径为大球直径的十分之一，作为标准圆轨迹的检测使用；所述大圆球截面设上有18个正方体凹槽，其边长与小圆球的半径相同，作为标准位姿检测使用；所述大圆球截面上设有封闭的回形凹槽，最外层回形凹槽为正方形且四个顶点与圆截面相切，作为标准直线轨迹的检测使用；工业机器人末端包括执行器，所述末端执行器包括负载安装器，所述负载安装器能安装不同重量的负载且其顶端固定有激光测距传感器。

还包括工业机器人的末端执行器，所述末端执行器包括负载安装器，负载安装器底部与法兰盘相连接，所述负载安装器可以安装不同重量的负载且其顶端固定有激光测距传感器，激光测距传感器与标准轨迹样板相配套。

所述末端执行器可以安装包括4种不同重量的重物，分别为重物A、B、C、D，重物为长方形的六面体，重物A的重量值为待测工业机器人额定负载值的10％，重物b的重量值为待测工业机器人额定负载值的30％，重物C的重量值为待测工业机器人额定负载值的50％，重物D的重量值为待测工业机器人额定负载值的100％。

所述18个正方形凹槽均匀分布在大圆球的截面上，可用于机器人的位姿检测。针对工业机器人的位姿特性，主要检测其绝对定位精度和重复定位精度。

与背景技术相比，本发明具有的优点是：

本发明通过标准轨迹样板的方法，工业机器人的末端执行器与标准轨迹样板相配套，根据厂家预先设计好的程序，使工业机器人末端执行器带动激光测距传感器绕着标准样板画测量所要求的标准轨迹，选取轨迹中一定数量的离散点通过无线传输至上位机中进行处理，通过拟合成连续实际的轨迹，与标准轨迹进行对比，通过建模得出实际轨迹与标准轨迹的误差，，此方法能快速、有效的对工业机器人的轨迹进行检测。另外通过对标准轨迹样板的特殊设计，此法可以分别对工业机器人进行圆轨迹和直线轨迹的检测。

本发明的标准样板可由检测单位保存，重复适用于不同工业机器人的轨迹特性检测，降低了检测的成本。

本发明的工业机器人检测过程所需的程序由厂家预先设定，大幅度提高了检测机构的检测效率。

本发明标准样板所述均匀分布在大圆球截面上的18个正方形凹槽，实现了对于机器人位姿的检测。

本发明的末端执行器可实现不同负载时的测量，由于使用激光测距传感器精度也有了保证。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明标准检测样板的俯视图；

图3是本发明的执行器加载的重物示意图；

图中：1、样板基座，2、样板圆柱体，3、样板大圆球，4、正方体凹槽，5、样板小圆球，6、封闭回形凹槽，7、激光测距传感器，8、负载安装器，9、工业机器人，A、10％额定负载重物，B、30％额定负载重物，C、50％额定负载重物，D、100％额定负载重物，E、工业机器人末端执行器，F、标准轨迹样板

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示：本发明主要包括工业机器人9，还包括标准轨迹样板F，此标准轨迹样板包括样板基座1，样板基座1是一个长方形的六面体，在其正面中心上有固定一个直径为基座长方形三分之一的圆柱体2，在圆柱体2上有连接一个切去了三分之一体积的大圆球3，球截面与水平面成45°放置。在球截面两端固定有两个小圆球5，所述两个小圆球大小相同且连线经过球心，其直径为大球直径的十分之一，作为标准圆轨迹的检测。所述大圆球3截面上有18个正方体凹槽4，其边长与小圆球5的半径相同。所述大圆球3截面上有直线型的凹槽6，凹槽的宽度与正方形凹槽的边长相同，最外层凹槽为正方形且四个顶点与圆截面相切，作为标准直线轨迹的检测。还包括工业机器人9的末端执行器E，所述末端执行器E包括负载安装器8，负载安装器8底部与法兰盘相连接，所述负载安装器8可以安装不同重量的负载且其顶端固定有激光测距传感器7，激光测距传感器7与标准轨迹样板F相配套。所述18个正方形凹槽4均匀分布在大圆球截面上，可用于机器人的位姿检测使用。

如图2所示，为标准轨迹样板的俯视图。

如图3所示，所述负载安装器8可以安装包括4种不同重量的重物，分别为重物A、B、C、D，重物为长方形的六面体，重物A的重量值为待测工业机器人额定负载值的10％，重物b的重量值为待测工业机器人额定负载值的30％，重物C的重量值为待测工业机器人额定负载值的50％，重物D的重量值为待测工业机器人额定负载值的100％。

以下为本发明的具体实施例：

1)测量工业机器人负载为额定负载10％时的标准直线轨迹特性：

步骤一:拆下负载安装器8，安装上重物A，固定负载，通过负载安装器8底部将负载安装器8与工业机器人9末端法兰盘相连接，然后将标准轨迹样板F与工业机器人9放置在适当的测量位置。

步骤二：根据厂家预先设定好的直线轨迹程序，使工业机器人绕着标准轨迹样板上的直线凹槽6画轨迹，在画轨迹的过程中，选择一定量的离散点通过无线电传输至上位机中，在上位机中拟合成连续的直线轨迹。

2)测量工业机器人负载为额定负载10％时的标准圆轨迹特性：

步骤一:拆下负载安装器8，安装上重物A，固定负载，通过负载安装器8底部将负载安装器8与工业机器人9末端法兰盘相连接，然后将标准轨迹样板F与工业机器人9放置在适当的测量位置。

步骤二：根据厂家预先设定好的圆轨迹程序，使工业机器人绕着标准轨迹样板上的小圆球5画轨迹，在画轨迹的过程中，选择一定量的离散点通过无线电传输至上位机中，在上位机中拟合成连续的圆轨迹。

3)通过1)和2)测得的实际直线轨迹与实际圆轨迹与标准的直线轨圆与圆轨迹相比较，可换算出实际轨迹坐标与标准轨迹坐标的差值，进行工业机器人的标定补偿。

4)更换负载，重复1)2)3)，可分别得到工业机器人额定负载30％、50％、100％时的直线和圆轨迹特性。

5)测量工业机器人负载为额定负载10％时的位姿特性。

步骤一:拆下负载安装器8，安装上重物A，固定负载，通过负载安装器8底部将负载安装器8与工业机器人9末端法兰盘相连接，然后将标准样板F与工业机器人9放置在适当的测量位置。对于空间中不同位置的18个正方形凹槽，在机器人工作空间范围内取若干个测量点，设定指令位姿，获得理论末端位姿，再利用激光测距传感器测量工业机器人在该指令位姿命令下从同一方向接近该指令位姿时的实际位姿，进行多次测量，最后取理论末端位姿和实际位姿平均值之间的偏差即为绝对定位精度。

步骤二：对于空间中不同位置的18个正方形凹槽，在机器人工作空间范围设定某一指定位姿作为测量点，操作机器人在该位姿指令下运动，利用激光测距传感器测量工业机器人的实际运动位姿，重复操作相同指令，取得多组数据，评测这些数据的一致程度作为重复定位精度。

6)更换负载，重复5)，可分别得到工业机器人额定负载30％、50％、100％时的位姿特性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种基于标准样板的机器人轨迹、负载、位姿特性检测装置，包括工业机器人(9)，还包括标准轨迹样板(F)，所述的标准轨迹样板(F)包括样板基座(1)，样板基座(1)为一个长方体结构，在样板基座(1)上面固定有一个圆柱体(2)，所述圆柱体(2)的底面与样板基座(1)相连接，在圆柱体(2)上端设有一个被截去了三分之一体积的大圆球(3),所述大圆球(3)的球截面与水平面成45°夹角，在大圆球(3)左右球截面两端设有两个小圆球(5)，且两个小圆球(5)球心之间的连线通过大圆球(3)的球心，所述两个小圆球(5)大小相同，其直径为大球(3)直径的十分之一，作为标准圆轨迹的检测使用；所述大圆球(3)截面设上有18个正方体凹槽(4)，其边长与小圆球(5)的半径相同，作为标准位姿检测使用；所述大圆球(3)截面上设有封闭的回形凹槽(6)，最外层回形凹槽(6)为正方形且四个顶点与圆截面相切，作为标准直线轨迹的检测使用；工业机器人(9)末端包括执行器(E)，所述执行器(E)包括负载安装器(8)，所述负载安装器(8)能安装不同重量的负载且其顶端固定有激光测距传感器(7)；

所述18个正方形凹槽(4)均匀分布在大圆球的截面上，用于机器人的位姿检测使用，针对工业机器人的位姿特性，检测其绝对定位精度和重复定位精度；

所述负载安装器(8)安装包括4种不同重量的重物，分别为重物A、B、C、D，重物为长方体，重物A的重量值为待测工业机器人额定负载值的10％，重物b的重量值为待测工业机器人额定负载值的30％，重物C的重量值为待测工业机器人额定负载值的50％，重物D的重量值为待测工业机器人额定负载值的100％。