CN108317985A - 高精度工业机器人重复定位精度的测量装置和测量方法 - Google Patents

高精度工业机器人重复定位精度的测量装置和测量方法 Download PDF

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王恒之
山天涯
于洪鹏
李琳
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Abstract

本发明公开了一种工业机器人重复定位精度的测量装置和测量方法，属于机器人技术领域。所述的测量装置包括测量固定架、位移测量传感器和测量标准球。所述的标准球安装在工业机器人末端。通过测绘标定预先建立了所述的测量固定架的测量坐标系。在工业机器人的测量点下，使标准球接触位移传感器，通过计算位移传感器测头球心在测量坐标系下的坐标值，进而计算得到标准球球心在测量坐标系下的坐标值。通过多次重复测量得到工业机器人的重复定位精度。该方法精度高、成本低、结构简单，可在工作现场、车间大量使用。

Description

高精度工业机器人重复定位精度的测量装置和测量方法
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种高精度工业机器人重复定位精度的测量装置和测量方法。
背景技术
重复定位精度是工业机器人一项重要的性能指标。目前主要使用激光跟踪仪测量工业机器人的重复定位精度，激光跟踪仪精度较高且功能完善，但因其高昂的设备成本和复杂的操作而并未在机器人企业得到广泛的应用。
此外，中国专利CN 104613872 A及CN 106584513 A分别提出采用三个非接触式或接触式位移传感器来测量工业机器人的重复定位精度，但上述方法都未考虑机器人末端姿态变化对测量结果的影响，且要求安装传感器时保证三个传感器的测量方向相互垂直，对安装精度要求较高。
发明内容
为解决现有技术中检测装置价格昂贵、操作复杂及测量误差大等问题，本发明的目的在于提供一种高精度工业机器人重复定位精度的测量装置和测量方法，采用特定结构的装置实现工业机器人重复定位精度的测量，测量成本低、精度高、易操作，满足大部分机器人厂家的测试需求，有助于提高其工业机器人产品质量。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种工业机器人重复定位精度的测量装置，该测量装置包括测量固定架和测量标准球；所述测量固定架上安装有四个位移测量传感器，位移测量传感器的测头经由固定架的侧面伸入固定架内部空间；所述标准球安装在工业机器人末端。
所述固定架为上端面具有内凹弧面的倒圆台结构，内凹弧面与倒圆台同心，该结构设计使四个位移测量传感器(2)的测头上方留出供标准球(3)进入测量固定架内凹空间的开口。
所述位移测量传感器固定于所述固定架的侧面，位移测量传感器上设有测量杆，测量杆的末端设置测头；位移测量传感器的测头经由固定架的侧面伸入固定架内部空间；四个位移测量传感器(2)的测头不相互接触，且四个测头的球心不共面。
所述位移测量传感器为如千分表、电感测头、光栅刻度尺笔式传感器或激光位移传感器。
通过使用高精度测量仪器对测量装置上的一些特征参数进行测绘，建立了测量装置的测量坐标系。通过对位移测量传感器(2)的测头位置和测量杆进行测量标定，建立了四个位移测量传感器(2)的测头球心在测量坐标系下的坐标值，建立了四个位移测量传感器(2)的测量杆轴线在测量坐标系下的方向向量。
该测量装置还包括测量工业机器人重复定位精度的测量软件，用于获取位移测量传感器(2)的测量数据，计算标准球球心在测量坐标系下的坐标值，并最终得到工业机器人的重复定位精度。
利用所述装置进行的工业机器人重复定位精度的测量方法，包括以下步骤：
(1)将标准球(3)安装在工业机器人末端，示教机器人执行点位运动程序，设置测量点；
(2)将测量装置移动到测量点附近，使标准球(3)落在测量固定架(1)开口内，并使每个位移测量传感器(2)的测头均与标准球(3)产生接触；然后将测量装置进行固定；
(3)控制机器人执行点位运动程序，待其到达稳定测量点后，采集各位移测量传感器(2)的测量数据；并计算当前状态下各传感器测头球心在测量坐标系下的坐标值，依据空间不共面四点能够唯一确定一个球，进一步计算标准球球心在测量坐标系下的位置坐标。
(4)多次重复步骤(3)，记录每一次计算得到的标准球球心在测量坐标系下的坐标值，进而依据GB/T 12642-2013中7.2.2的要求计算工业机器人的重复定位精度。
本发明具有以下优点和有益效果：
1、本发明与以往采用激光跟踪仪测量工业机器人重复定位精度的方法相比，本发明大大降低了测量成本，简化了测量过程，提高了测量精度，更加适用于工厂的实际应用情况。
2、本发明与以往采用三个测量传感器分别测量机器人末端在x、y、z三个方向的偏移量进而合成计算其综合定位精度的传统方法相比，本发明主要有以下优势：1)通过预先测绘标定测量装置的测量坐标系，直接测量机器人末端在测量坐标系下的三维坐标值，进而通过多次测量计算其重复定位精度，测量结果更加直观准确；2)传统方法要求安装传感器时保证三个传感器的测量方向相互垂直，对安装精度要求较高，而本发明对传感器安装位置的要求不高；3)通过采用标准球作为被测对象，避免了机器人姿态变化对测量结果的影响。
附图说明
图1为本发明工业机器人重复定位精度的测量装置的结构示意图。
图2为本发明工业机器人重复定位精度的测量方法的流程示意图。
图中：1-固定架；2-位移测量传感器；3-测量标准球；4-工业机器人；5-机器人重复定位精度的测量软件。
具体实施方式
本发明所提出的工业机器人重复定位精度测量装置包括测量固定架1和测量标准球3。所述测量固定架1上安装有四个位移测量传感器2。所述四个位移测量传感器2的测头并不相互接触，但四个测头的球心不共面。
通过使用高精度测量仪器对测量装置上的一些特征参数进行测绘，建立测量装置的测量坐标系。通过对位移测量传感器2的测头位置和测量杆进行测量标定，建立四个位移测量传感器2测头球心在测量坐标系下的坐标值，建立四个位移测量传感器2测量杆轴线在测量坐标系下的方向向量。
将所述标准球3安装在工业机器人4末端。示教机器人执行点位运动程序，设置测量点。
将所述的工业机器人重复定位精度测量装置移动到测量点附近，使标准球3落在测量固定架1开口内，并使每个位移测量传感器2的测头均与标准球3产生一定接触。固定工业机器人重复定位精度测量装置。
控制机器人执行点位运动程序，待其到达稳定测量点后，通过机器人重复定位精度的测量软件5采集各位移测量传感器2的测量数据，并计算当前状态下各传感器测头球心在测量坐标系下的坐标值，进一步计算标准球球心在测量坐标系下的位置坐标。
多次重复测量机器人到达测量点后标准球球心坐标值，依据GB/T12642-2013中7.2.2的要求计算工业机器人的重复定位精度。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种工业机器人重复定位精度的测量装置，其特征在于：该测量装置包括测量固定架(1)和测量标准球(3)；所述测量固定架(1)上安装有四个位移测量传感器(2)，位移测量传感器的测头经由固定架的侧面伸入固定架内部空间；所述标准球(3)安装在工业机器人(4)末端。
2.根据权利要求1所述的工业机器人重复定位精度的测量装置，其特征在于：所述固定架为上端面具有内凹弧面的倒圆台结构，内凹弧面与倒圆台同心。
3.根据权利要求2所述的工业机器人重复定位精度的测量装置，其特征在于：所述位移测量传感器固定于所述固定架的侧面，位移测量传感器上设有测量杆，测量杆的末端设置测头；位移测量传感器的测头经由固定架的侧面伸入固定架内部空间；四个位移测量传感器(2)的测头不相互接触，且四个测头的球心不共面。
4.根据权利要求1所述的工业机器人重复定位精度的测量装置，其特征在于：所述位移测量传感器为千分表、电感测头、光栅刻度尺笔式传感器或激光位移传感器。
5.根据权利要求3所述的工业机器人重复定位精度的测量装置，其特征在于：通过使用高精度测量仪器建立测量装置的测量坐标系；通过对位移测量传感器(2)的测头位置和测量杆进行测量标定，建立四个位移测量传感器(2)的测头球心在测量坐标系下的坐标值，建立四个位移测量传感器(2)的测量杆轴线在测量坐标系下的方向向量。
6.根据权利要求5所述的工业机器人重复定位精度的测量装置，其特征在于：该测量装置还包括测量工业机器人重复定位精度的测量软件，用于获取位移测量传感器(2)的测量数据，计算标准球球心在测量坐标系下的坐标值，并最终得到工业机器人的重复定位精度。
7.一种利用权利要求1-6任一所述装置进行的工业机器人重复定位精度的测量方法，其特征在于：该测量方法包括以下步骤：
(1)将标准球(3)安装在工业机器人末端，示教机器人执行点位运动程序，设置测量点；
(2)将测量装置移动到测量点附近，使标准球(3)落在测量固定架(1)开口内，并使每个位移测量传感器(2)的测头均与标准球(3)产生接触；将测量装置固定；
(3)控制机器人执行点位运动程序，待其到达稳定测量点后，采集各位移测量传感器(2)的测量数据；并计算当前状态下各传感器测头球心在测量坐标系下的坐标值，进一步计算标准球球心在测量坐标系下的位置坐标。
(4)多次重复步骤(3)，记录每一次计算得到的标准球球心在测量坐标系下的坐标值，进而依据GB/T 12642-2013中7.2.2的要求计算工业机器人的重复定位精度。
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