CN108890649A - 一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置及方法，包括支撑台、设置于所述支撑台上用于实现在支撑台上来回滑动的移动滑台、转动设置于所述移动滑台上的示教机器人、设置于示教机器人上的联动的机械臂和示教机械臂，还包括设置于机械臂末端的六自由度并联机构、固定于所述六自由度并联机构底部的转台，所述转台转动设置于所述移动滑台一侧的支撑台上端面。与现有技术相比，本发明可实现动平台的六个自由度运动，采用人工锁死方式，无需繁琐的电、液、气控制，整体结构紧凑、轻巧，拆装方便，同时采用最小二乘法对其参数标定，从而有效地提高了示教标定效率与精度。
Description
技术领域
本发明涉及示教机械臂技术领域，特别是一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置及方法。
背景技术
为了使机器人产生特定轨迹的运动，通常采用示教机械臂，由示教人员对示教机械臂进行手动操作示教，使示教机械臂按照期望的动作运动，同时将示教机械臂的位置行程、关节角度及高度等信息记录于控制器中，然后将所有记录的数据信息转换成机器人的动作程序。但示教之前要对机器人及示教机械臂标定，尤其是示教机械臂的参数标定，而标定是建模、测量、参数识别、误差补偿几个步骤的集成过程，为了方便识别计算，在分析误差源的基础上建立误差模型，优先识别一些对误差贡献较大的结构参数并进行误差分离。
目前对于示教标定主要采用激光测量仪器，比如激光干涉仪、激光跟踪仪，这些实验器材价格昂贵、操作繁琐、对操作环境要求高，一般适用于实验室开发研究；而在现场恶劣的操作环境、工人的操作水平参差不齐的情况下，现场技术人员采用的方法是利用示教机械臂在长方体纸箱画矩形图，然后机器人进行示教再现，查看再现误差，对误差进行简单的人为补差。这种人工示教标定方法的缺点是现场操作环境易出现纸箱变形、工人主观操作因素大、效率低，尤其是再现误差较大时需重新进行示教标定。
近年来，为了提高示教效率与示教精度，国内外对示教系统进行了许多研究与开发。目前已有拖动示教机器人应用在生产线上，但其使用成本昂贵、技术门槛高；同时现场已有示教标定方法受主观因素影响大、标定精度不稳定等缺点，从而影响示教标定的效率与精度。
因此，有必要提供一种新的技术方案以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是要解决上述技术缺陷，从而提供一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置及方法。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置，包括支撑台、设置于所述支撑台上用于实现在支撑台上来回滑动的移动滑台、转动设置于所述移动滑台上的示教机器人、设置于示教机器人上的联动的机械臂和示教机械臂，还包括设置于机械臂末端的六自由度并联机构、固定于所述六自由度并联机构底部的转台，所述转台转动设置于所述移动滑台一侧的支撑台上端面。
进一步的技术方案为，所述六自由度并联机构包括支撑组件、固定于所述支撑组件上方的静平台、设置于所述静平台上方的动平台、设置于动平台和静平台之间的六个连接轴，所述连接轴的末端通过球铰组件设置于静平台上端面，所述连接轴顶端轴向设有带把手直线轴承，所述带把手直线轴承内设有运动杆，所述运动杆顶端通过球铰组件设置于动平台下端面，所述动平台上端面设有支撑轴，所述支撑轴顶端设有标定组件，所述标定组件包括设置于所述支撑轴顶端的标定连接柱、设置于标定连接柱上的标定移动块、设置于标定移动块上的标定连接杆，所述标定连接杆的端部设有标定杆，所述标定杆与所述标定连接杆枢轴连接，所述标定杆的端部与机械臂末端固定连接。
进一步的技术方案为，所述静平台设有三个角，设置于连接轴末端的球铰组件设有六个，所述球铰组件与所述静平台固定连接，所述球铰组件两两设置于所述静平台的三个角处；设置于运动杆顶端的球铰组件设有六个且呈圆周均布固定在动平台下端面。
进一步的技术方案为，所述支撑组件与静平台之间设有若干连接加强杆，所述连接加强杆设有三个，所述连接加强杆的下端与所述支撑组件固定连接，所述连接加强杆的上端与所述静平台下端面固定连接。
另外，本发明还提供一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定方法，包括以下步骤：
步骤一：在六自由度并联机构工作空间范围内，驱动机器人，使机器人的机械臂引导六自由度并联机构运动；
步骤二：在六自由度并联机构运动后获取一定的空间位姿，此时将带把手直线轴承锁死，限定运动杆的运动，从而固定住六自由度并联机构的位姿，此时角度传感器可以记录机器人关节处的角度数据，此时示教机械臂与六自由度并联机构进行配合，调整动平台的位姿，重复上述操作得到多组机器人与示教机械臂关节角度数据；
步骤三：根据空间位姿数据与关节角度数据对示教机械臂采用最小二乘法进行参数标定，实现末端位姿的误差补偿，生成运动指令，并将运动指令发送至机器人，使得机器人完成与示教机械臂相对应的工作。
与现有技术相比，本发明可实现动平台的六个自由度运动，采用人工锁死方式，无需繁琐的电、液、气控制，整体结构紧凑、轻巧，拆装方便，同时采用最小二乘法对其参数标定，从而有效地提高了示教标定效率与精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的六自由度并联机构的结构示意图。
图3为本发明的标定组件结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本实施例的一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置，包括支撑台、设置于所述支撑台上用于实现在支撑台上来回滑动的移动滑台5、转动设置于所述移动滑台5上的示教机器人4、设置于示教机器人4上的联动的机械臂4.1和示教机械臂3，还包括设置于机械臂4.1末端的六自由度并联机构2、固定于所述六自由度并联机构2底部的转台1，所述转台1转动设置于所述移动滑台5一侧的支撑台上端面。
如图1所示，所述移动滑台5设置于所述支撑台上，且可以在所述支撑台上来回滑动。所述示教机器人4为市面上常见的示教机器人，所述示教机器人4上设有机械臂4.1，所述机械臂4.1的关节处设有角度传感器，以便实时监测机械臂关节的角度，所述示教机器人4设置于所述移动滑台5上。所述示教机械臂3的一端设置于所述移动滑台5上，所述示教机械臂3为市面上常见的示教机械臂，故在此不再赘述，所述示教机械臂3的关节处设有角度传感器，以便监测关节处的角度变化。
如图2、图3所示，所述六自由度并联机构2包括支撑组件2.1、设置于所述支撑组件2.1上的若干连接加强杆2.11、位于所述支撑组件2.1上方的静平台2.2、设置于所述静平台2.2上的球铰组件2.10、设置于所述球铰组件2.10上的连接轴2.3、设置于所述连接轴2.3上端的带把手直线轴承2.9、设置于所述带把手直线轴承2.9上的运动杆2.4、位于所述运动杆2.4上方的球铰组件2.10、位于所述球铰组件2.10上方的动平台2.8、设置于所述动平台2.8上方的支撑轴2.5、设置于所述支撑轴2.5上的标定组件2.6、设置于所述标定组件2.6上的标定杆2.7。所述标定组件2.6还包括设置于所述支撑轴上的标定连接柱2.6.2、设置于标定连接柱2.6.2上的标定移动块2.6.3、设置于标定移动块2.6.3上的标定连接杆2.6.1。
如图2所示，所述支撑组件2.1的下端与所述转台1固定连接。所述连接加强杆2.11设有三个，所述连接加强杆2.11的下端与所述支撑组件2.1固定连接，所述连接加强杆2.11的上端与所述静平台2.2固定连接，所述支撑组件2.1的上端与所述静平台2.2固定连接。所述静平台2.2设有三个角。所述球铰组件2.10设有六个，所述球铰组件2.10与所述静平台2.2固定连接，所述球铰组件2.10两两设置于所述静平台的三个角处。所述连接轴2.3设有六个，所述连接轴2.3设置于所述球铰组件2.10上且与其固定连接，所述连接轴2.3的上端与所述带把手直线轴承2.9固定连接，所述带把手直线轴承2.9设有六个，所述带把手直线轴承2.9与所述运动杆2.4固定连接，所述运动杆2.4设有六个，所述运动杆2.4的上端与所述球铰组件2.10连接。所述球铰组件2.10设有六个，所述球铰组件2.10与所述动平台2.8固定连接，所述动平台2.8呈圆柱体，所述支撑轴2.5的下端与所述动平台2.8固定连接，所述支撑轴2.5的上端与所述标定组件2.6固定连接，所述标定组件2.6上设有标定连接柱2.6.2，所述标定连接柱2.6.2与所述标定移动块2.6.3固定连接，所述标定移动块2.6.3与所述标定连接杆2.6.1固定连接，所述标定杆2.7与所述标定连接杆2.6.1枢轴连接，所述机械臂4.1的末端与所述标定杆2.7固定连接。
如图1所示，本实施例的一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定方法，包括以下步骤：
步骤一：在六自由度并联机构2工作空间范围内，驱动机器人4，使机器人4的机械臂4.1引导六自由度并联机构2运动；
步骤二：在六自由度并联机构2运动后获取一定的空间位姿，此时将带把手直线轴承2.9锁死，限定运动杆2.4的运动，从而固定住六自由度并联机构2的位姿，此时角度传感器可以记录机器人4关节处的角度数据，此时示教机械臂3与六自由度并联机构2进行配合，调整动平台2.8的位姿，重复上述操作得到多组机器人与示教机械臂关节角度数据；
步骤三：根据空间位姿数据与关节角度数据对示教机械臂采用最小二乘法进行参数标定，实现末端位姿的误差补偿，生成运动指令，并将运动指令发送至机器人，使得机器人完成与示教机械臂相对应的工作。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置，包括支撑台、设置于所述支撑台上用于实现在支撑台上来回滑动的移动滑台、转动设置于所述移动滑台上的示教机器人、设置于示教机器人上的联动的机械臂和示教机械臂，其特征在于，还包括设置于机械臂末端的六自由度并联机构、固定于所述六自由度并联机构底部的转台，所述转台转动设置于所述移动滑台一侧的支撑台上端面。
2.根据权利要求1所述的六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置，其特征在于：所述六自由度并联机构包括支撑组件、固定于所述支撑组件上方的静平台、设置于所述静平台上方的动平台、设置于动平台和静平台之间的六个连接轴，所述连接轴的末端通过球铰组件设置于静平台上端面，所述连接轴顶端轴向设有带把手直线轴承，所述带把手直线轴承内设有运动杆，所述运动杆顶端通过球铰组件设置于动平台下端面，所述动平台上端面设有支撑轴，所述支撑轴顶端设有标定组件，所述标定组件包括设置于所述支撑轴顶端的标定连接柱、设置于标定连接柱上的标定移动块、设置于标定移动块上的标定连接杆，所述标定连接杆的端部设有标定杆，所述标定杆与所述标定连接杆枢轴连接，所述标定杆的端部与机械臂末端固定连接。
3.根据权利要求2所述的六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置，其特征在于：所述静平台设有三个角，设置于连接轴末端的球铰组件设有六个，所述球铰组件与所述静平台固定连接，所述球铰组件两两设置于所述静平台的三个角处；设置于运动杆顶端的球铰组件设有六个且呈圆周均布固定在动平台下端面。
4.根据权利要求2所述的六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置，其特征在于：所述支撑组件与静平台之间设有若干连接加强杆。
5.根据权利要求1所述的六自由度并联机构的示教机械臂参数标定装置，其特征在于：所述连接加强杆设有三个，所述连接加强杆的下端与所述支撑组件固定连接，所述连接加强杆的上端与所述静平台下端面固定连接。
6.一种六自由度并联机构的示教机械臂参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在六自由度并联机构工作空间范围内，驱动机器人，使机器人的机械臂引导六自由度并联机构运动；
步骤二：在六自由度并联机构运动后获取一定的空间位姿，此时将带把手直线轴承锁死，限定运动杆的运动，从而固定住六自由度并联机构的位姿，此时角度传感器可以记录机器人关节处的角度数据，此时示教机械臂与六自由度并联机构进行配合，调整动平台的位姿，重复上述操作得到多组机器人与示教机械臂关节角度数据；
步骤三：根据空间位姿数据与关节角度数据对示教机械臂采用最小二乘法进行参数标定，实现末端位姿的误差补偿，生成运动指令，并将运动指令发送至机器人，使得机器人完成与示教机械臂相对应的工作。
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