CN109551520B - 高效率六自由度并联机器人精密测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效率六自由度并联机器人精密测试装置，包括：双频激光干涉仪；分光镜，其设置于所述稳频激光的光路上，将所述稳频激光分为三维正交的三束激光束；立方棱镜，其设置于待测六自由度并联机器人的动平台中心，且位于一束激光束的光路上，另外两束激光束各通过两转折镜照射至所述立方棱镜的镜面上，且三束激光束分别与所述立方棱镜三个相互正交的镜面垂直，三束激光束的最后一段直线光路上各设置有一干涉镜；自准直光管，其光路与所述立方棱镜未被三束激光束照射的一个镜面垂直。本发明可以大大提高测试效率，而且精度高，调试方便，可以对多种规格的六自由度并联机器人进行精密测试。

Description

高效率六自由度并联机器人精密测试装置

技术领域

本发明涉及机械设备领域。更具体地说，本发明涉及一种高效率六自由度并联机器人精密测试装置。

背景技术

并联机器人与串联机器人相比具有精度高、刚度高、附加惯量小、体积小、结构简单的优点，因而得到了广泛的应用。现有六自由度并联机器人可以达到微米级别的线性精度和角秒级别的角度精度，广泛应用到各种需要精密指向的应用场合中。现有六自由度并联机器人的沿六个维度的分辨率可以达到亚微米甚至更低，重复定位精度可以达到微米级甚至更低，如此高的精度对测试设备的要求极为严苛，不仅要求有足够高的精度和分辨率，而且需要提高测试效率、减小测试工作量。现有测试方法多为单维度测量，测量下个维度之前需要重新搭建测试系统，这就需要大量的时间来调试新的测试系统，效率较低，严重影响六自由度并联机器人的工程推广，因此急需要研究一种高效率六自由度并联机器人精密测试装置。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种能够同时测量六自由度并联机器人多个维度的精度的高效率六自由度并联机器人精密测试装置。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高效率六自由度并联机器人精密测试装置，包括：

双频激光干涉仪，其提供水平的稳频激光；

分光镜，其设置于所述稳频激光的光路上，以将所述稳频激光分为三维正交的三束激光束，三束激光束中包括二束水平激光束；

立方棱镜，其设置于待测六自由度并联机器人的动平台中心，且位于一束水平激光束的光路上，另外两束激光束各通过两转折镜照射至所述立方棱镜的镜面上，且三束激光束分别与所述立方棱镜三个相互正交的镜面垂直，三束激光束的最后一段直线光路上各设置有一干涉镜，以将每束激光束分为两路同方向的相干激光；

自准直光管，其光路与所述立方棱镜未被三束激光束照射的一个镜面垂直。

优选的是，待测六自由度并联机器人设置于一个一维大转台上，所述一维大转台设置于一调整台上，以对一维大转台进行角度微调。

优选的是，还包括：

六维串联调整机构，其由一个升降台、两个平移台、两个俯仰台、一个一维小转台从下往上顺次搭接组成；

其中，所述双频激光干涉仪、分光镜、自准直光管以及每一转折镜各设置于一六维串联调整机构的一维小转台上。

优选的是，分光镜分出的三束激光束中一束沿原稳频激光的光路射出，另一束沿与原稳频激光光路水平垂直的方向射出，第三束沿竖直向上射出。

优选的是，改变竖直向上射出的激光束光路的两转折镜的六维串联调整机构分别倒置固设在两支撑架上。

优选的是，所述双频激光干涉仪与分光镜和自准直光管各自所在的六维串联调整机构、改变两束水平激光束的每一转折镜所在的六维串联调整机构、所述调整台以及两支撑架均设置于一光学平台上。

优选的是，所述光学平台为气浮平台。

本发明至少包括以下有益效果：

1、双频激光干涉仪发出的稳频激光被分光镜分为三束激光束，其中一束激光束直接通过干涉镜到达放置在六自由度并联机器人上的立方棱镜的一个镜面上，其余两束激光束各通过两个折转镜和一个干涉镜达到立方棱镜的两个镜面上。这样就可以通过一个双频激光干涉仪同时测量三个方向的位移。自准直光管可以同时测量两个方向的角度，因此，系统搭建完毕后便可以测量五个方向的位移或者角度。

2、通过将六自由度并联机器人设置于一维大转台上，将一维大转台旋转90°，便可以将剩余的一个方向的精度测试出来，效率较传统单轴测试大为提高。

3、通过在六自由度并联机器人底部设置一维大转台和调整台，可以对放置在其上的立方棱镜的俯仰角和方位角进行微调，调整台的作用就是调平，典型结构是三个支撑点支撑一个平面，通过调节这三个支撑点的高度调节平面的俯仰角，使得平面保持水平，减小立方棱镜的镜面法线与激光光束之间的夹角，从而减小余弦误差，提高测试精度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置的正视图；

图2为本发明所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置的俯视图；

图3为本发明所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置的轴测图。

其中，1为平台，2为六维串联调整机构，3为双频激光干涉仪，4为小支撑架，5为分光镜，6为折转镜，7为干涉镜，8为大支撑架，9为立方棱镜，10为六自由度并联机器人，11为自准直光管，12为一维大转台，13为调整台，虚线表示在竖直方向的两路测试光线；

图2为表达清晰，隐去大、小支撑架等部件，其中的虚线表示在水平方向的两路测试光线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1～3所示，本发明所述的一种高效率六自由度并联机器人精密测试装置，包括：

双频激光干涉仪3，其提供水平的稳频激光；

分光镜5，其设置于所述稳频激光的光路上，以将所述稳频激光分为三维正交的三束激光束，三束激光束中包括二束水平激光束；

立方棱镜9，其设置于待测六自由度并联机器人的动平台中心，且位于一束水平激光束的光路上，另外两束激光束各通过两转折镜6照射至所述立方棱镜9的镜面上，且三束激光束分别与所述立方棱镜9三个相互正交的镜面垂直，三束激光束的最后一段直线光路上各设置有一干涉镜7，以将每束激光束分为两路同方向的相干激光；

自准直光管11，其光路与所述立方棱镜9未被三束激光束照射的一个镜面垂直。

在另一种技术方案中，待测六自由度并联机器人设置于一个一维大转台12上，所述一维大转台12设置于一调整台13上，以对一维大转台12进行角度微调。

本发明的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，双频激光干涉仪3，可以提供稳频激光用以测试线性位移，分光镜5放置在所述的双频激光干涉仪3的光路上，用以将所述的双频激光干涉仪3发出的稳频激光分为三束激光束。折转镜6用以将光线折转90°，且布置在与双频激光干涉仪3激光束方向垂直的两个方向上，每个方向需要2个，共需要4个折转镜6。干涉镜7用以将一束激光束分为两路同方向的相干激光，分别布置在三个方向的光路上。立方棱镜9放置在六自由度并联机器人10动平台的中心，其中三个相互正交的镜面与双频激光干涉仪3分成的三束相互正交的激光束垂直。自准直光管11其光路与所述的立方棱镜9的一个镜面垂直，用以同时测量六自由度并联机器人10的俯仰角和方位角。将各部件按照上述方式搭建完成后，双频激光干涉仪3发出的一路激光被分光镜5分为三路，其中一路激光直接通过干涉镜7到达放置在六自由度并联机器人10上的立方棱镜9的一个镜面上，其余两路分别通过两个折转镜6和一个干涉镜7达到立方棱镜9的两个镜面上。这样就可以通过一个双频激光干涉仪3同时测量3个方向的位移。自准直光管11是利用光学自准直原理测量微小角度的仪器，安装时需要对其进行微调，使其光管轴线与对应的立方棱镜的镜面法线平行。安装完毕后，自准直光管11可以同时测量俯仰和方位2个方向的角度。因此，系统搭建完毕后便可以测量五个方向的位移或者角度。当这五个方向的精度测试完毕后，只需要将一维大转台12旋转90°，便可以将剩余的一个方向的精度测试出来，效率较传统单轴测试大为提高。

在另一种技术方案中，所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，还包括：

六维串联调整机构2，其由一个升降台、两个平移台、两个俯仰台、一个一维小转台从下往上顺次搭接组成；其中，所述双频激光干涉仪3、分光镜5、自准直光管11以及每一转折镜6各设置于一六维串联调整机构的一维小转台上。六维串联调整机构2由一个升降台、两个平移台、两个俯仰台、一个一维小转台顺次搭接组成，可以对放置在其上的设备进行六个维度的微调，其中，升降台可实现上下移动，平移台可实现左右前后移动，俯仰台实现俯仰角的调整，一维小转台可实现转动，从而实现对放置在其上的设备的角度调整，以从而调整光学元件的光路。

在另一种技术方案中，所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，分光镜5分出的三束激光束中一束沿原稳频激光的光路射出，另一束沿与原稳频激光光路水平垂直的方向射出，第三束沿竖直向上射出。

在另一种技术方案中，所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，改变竖直向上射出的激光束光路的两转折镜6的六维串联调整机构分别倒置固设在两支撑架上。

在另一种技术方案中，所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，所述双频激光干涉仪3与分光镜5和自准直光管11各自所在的六维串联调整机构、改变两束水平激光束的每一转折镜6所在的六维串联调整机构、所述调整台13以及两支撑架均设置于一光学平台1上，所述光学平台1为气浮平台。

本发明的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，平台1为整个测试系统的基础座，起到支撑的作用，作为优选，平台1选择气浮平台，用以隔绝来自底面及周围环境的振动干扰。双频激光干涉仪3与分光镜5和自准直光管11各自所在的六维串联调整机构、改变两束水平激光束的每一转折镜6所在的六维串联调整机构、所述调整台13以及两支撑架均安装在光学平台1上。两支撑架分别为大支撑架8、小支撑架4，其中，小支撑架4一端通过螺栓连接的方式固定在所述的平台1上，另一端设置有一个平板，平板的内表面设置有螺纹孔，用以支撑折转镜6及其六维串联调整机构，大支撑架8一端通过螺栓连接的方式固定在所述的平台1上，另一端设置有一个平板，所述平板的内表面设置有螺纹孔，用以连接折转镜6及其六维串联调整机构，所述大支撑架8的两前支杆间设置有竖直的另一平板，另一平板表面上也设置有螺纹孔，用以连接干涉镜7及其六维串联调整机构。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种高效率六自由度并联机器人精密测试装置，其特征在于，包括：

双频激光干涉仪，其提供水平的稳频激光；

分光镜，其设置于所述稳频激光的光路上，以将所述稳频激光分为三维正交的三束激光束，三束激光束中包括二束水平激光束；

立方棱镜，其设置于待测六自由度并联机器人的动平台中心，且位于一束水平激光束的光路上，另外两束激光束各通过两转折镜照射至所述立方棱镜的镜面上，且三束激光束分别与所述立方棱镜三个相互正交的镜面垂直，三束激光束的最后一段直线光路上各设置有一干涉镜，以将每束激光束分为两路同方向的相干激光；

自准直光管，其光路与所述立方棱镜未被三束激光束照射的一个镜面垂直；

其中，待测六自由度并联机器人设置于一个一维大转台上，所述一维大转台设置于一调整台上，以对一维大转台进行角度微调。

2.如权利要求1所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，其特征在于，还包括：

六维串联调整机构，其由一个升降台、两个平移台、两个俯仰台、一个一维小转台从下往上顺次搭接组成；

其中，所述双频激光干涉仪、分光镜、自准直光管以及每一转折镜各设置于一六维串联调整机构的一维小转台上。

3.如权利要求2所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，其特征在于，分光镜分出的三束激光束中一束沿原稳频激光的光路射出，另一束沿与原稳频激光光路水平垂直的方向射出，第三束沿竖直向上射出。

4.如权利要求3所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，其特征在于，改变竖直向上射出的激光束光路的两转折镜的六维串联调整机构分别倒置固设在两支撑架上。

5.如权利要求4所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，其特征在于，所述双频激光干涉仪与分光镜和自准直光管各自所在的六维串联调整机构、改变两束水平激光束的每一转折镜所在的六维串联调整机构、所述调整台以及两支撑架均设置于一光学平台上。

6.如权利要求5所述的高效率六自由度并联机器人精密测试装置，其特征在于，所述光学平台为气浮平台。

Images