CN109737850A - 机器人位姿重复精度的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人位姿重复精度的测量装置及方法，涉及机器人运行精度检测领域，用于降低对机器人的重复精度进行检测时的检测难度和检测成本。该测量装置包括安装于固定支架上的四个测量表，第一测量表的测杆和第二测量表的测杆均与空间坐标系的X轴平行，第三测量表的测杆和第四测量表的测杆均与空间坐标系的Y轴平行；测量标准件位于基准位置时，测量标准件的两个测量球沿空间坐标系的Z轴方向间隔设置，第一测量表的伸出端和第三测量表的伸出端均与第一测量球接触，第二测量表的伸出端和第四测量表的伸出端均与第二测量球接触。本发明提供的机器人位姿重复精度的测量装置，具有结构简单，成本低及检测时操作方便的优点。

Description

机器人位姿重复精度的测量装置及方法

技术领域

本发明涉及机器人运行精度检测领域，尤其涉及一种机器人位姿重复精度的测量装置及方法。

背景技术

工业机器人是现代自动化发展的代表，被广泛应用在工业的各个领域。工业机器人的空间位姿重复精度是重要的技术参数，对于工业机器人保持稳定的工作状态具有重要的意义。相关技术中，采用激光跟踪仪对工业机器人的重复精度进行测量，但由于激光跟踪仪操作繁琐、对操作人员能力要求较高及价格昂贵等因素，导致激光跟踪仪并未在机器人企业得到广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人位姿重复精度的测量装置及方法，用于降低对机器人的重复精度进行检测时的检测难度和检测成本。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面提供了一种机器人位姿重复精度的测量装置，该测量装置包括：固定支架；安装于固定支架上的四个测量表，分别为第一至第四测量表，第一测量表的测杆和第二测量表的测杆均与空间坐标系的X轴平行，第三测量表的测杆和第四测量表的测杆均与空间坐标系的Y轴平行；测量标准件，测量标准件上设有两个测量球，分别为第一测量球和第二测量球，测量标准件位于基准位置时，两个测量球沿空间坐标系的Z轴方向间隔设置，且第一测量表的测杆的伸出端和第三测量表的测杆的伸出端同时与第一测量球相接触，第二测量表的测杆的伸出端和第四测量表的测杆的伸出端同时与第二测量球相接触。

可选地，测量装置还包括安装于固定支架上的第五测量表，第五测量表的测杆与空间坐标系的Z轴重合，且测量标准件位于基准位置时，第五测量表的测杆的伸出端与第一测量球相接触。

可选地，测量装置还包括：与固定支架固定连接的固定板，固定板上设有第一固定孔和第一弧形导向孔，第一弧形导向孔的弧心与第一固定孔的圆心重合；角度调节块，角度调节块包括相互垂直的第一板部和第二板部，第一板部上设有与第一固定孔配合的第二固定孔、以及与第一弧形导向孔配合的第二弧形导向孔；第一调节螺杆，可转动的套设于第一固定孔和第二固定孔内，且第一调节螺杆的一端或两端设有第一锁紧螺母；第二调节螺杆，可转动的套设于第一弧形导向孔和第二弧形导向孔内，且第二调节螺杆的一端或两端设有第二锁紧螺母。

可选地，第二板部上设有第三固定孔和第三弧形导向孔，第三弧形导向孔的弧心与第三固定孔的圆心重合；测量装置还包括：第一定位基板，第一定位基板上设有与第三固定孔配合的第四固定孔、以及与第三弧形导向孔配合的第四弧形导向孔；第三调节螺杆，可转动的套设于第三固定孔和第四固定孔内，且第三调节螺杆的一端或两端设有第三锁紧螺母；第四调节螺杆，可转动的套设于第三弧形导向孔和第四弧形导向孔内，且第四调节螺杆的一端或两端设有第四锁紧螺母。

可选地，测量装置还包括底座和设置于底座上的立柱；测量装置还包括第二定位基板、及使第二定位基板与第一定位基板可拆卸连接的螺纹紧固件；螺纹紧固件拧紧时，第一定位基板和第二定位基板夹紧固定于立柱上。

可选地，第一调节螺杆和第二调节螺杆均平行于空间坐标系的Z轴，第三调节螺杆和第四调节螺杆均平行于空间坐标系的X轴，立柱平行于空间坐标系的Y轴。

可选地，固定支架包括三个相互垂直的定位块，以及一一对应的与三个定位块可拆卸连接的三个夹紧块；第一测量表和第二测量表夹紧于第一个定位块和第一个夹紧块之间，第三测量表和第四测量表夹紧于第二个定位块和第二个夹紧块之间，第五测量表夹紧于第三个定位块和第三个夹紧块之间。

可选地，测量标准件还包括用于与机器人的待测端连接的法兰盘、及与法兰盘连接的固定杆；测量标准件的两个测量球套装于固定杆上，且第一测量球位于固定杆远离法兰盘的端部。

可选地，测量装置还包括与每个测量表连接的数据处理设备；数据处理设备用于获取每个测量表的读数变化值，并根据每个测量表的读数变化值，计算机器人的位置重复定位精度和姿态重复定位精度。

基于上述机器人位姿重复精度的测量装置的技术方案，本发明的第二方面提供了一种机器人位姿重复精度测量方法，应用于上述任一项技术方案中的机器人位姿重复精度的测量装置，测量装置的测量标准件与机器人的待测端相连接，机器人带动测量标准件执行n次第一姿态测量动作，第一姿态测量动作为机器人带动测量标准件从基准位置移动至第一终止测量位置；测量方法包括：在机器人每次执行第一姿态测量动作的过程中，获取第一测量表的读数变化值ΔX_Aj、第二测量表的读数变化值ΔX_Bj、第三测量表的读数变化值ΔY_Aj、及第四测量表的读数变化值ΔY_Bj；根据ΔX_Aj和ΔX_Bj计算测量标准件与Y轴的角度值a_j，根据ΔY_Aj和ΔY_Bj计算测量标准件与X轴的角度值b_j，并根据a_j和b_j计算测量标准件与Z轴的角度值c_j，其中，a_j、b_j、c_j是第j次实到位姿的姿态角，j＝1～n；根据a_j计算测量标准件与Y轴的角度平均值根据b_j计算测量标准件与X轴的角度平均值根据c_j计算测量标准件与Z轴的角度平均值其中，是n个实到位姿的姿态角的平均值；根据如下公式计算姿态重复定位精度：

可选地，根据ΔX_Aj和ΔX_Bj计算测量标准件与Y轴的角度值a_j，根据ΔY_Aj和ΔY_Bj计算测量标准件与X轴的角度值b_j，并根据a_j和b_j计算测量标准件与Z轴的角度值c_j，具体包括：

根据如下公式计算测量标准件与Y轴的角度值a_j和测量标准件与X轴的角度值b_j：

其中，L是测量标准件的两个测量球的球心之间的间距；

根据如下公式计算测量标准件与Z轴的角度值c_j：

可选地，测量装置还包括安装于测量装置的固定支架上的第五测量表，第五测量表的测杆与空间坐标系的Z轴重合，第五测量表的测杆的伸出端与测量装置的第一测量球相接触；机器人带动测量标准件执行n次第二姿态测量动作，第二姿态测量动作为机器人带动测量标准件从基准位置移动至第二终止测量位置；测量方法还包括：在机器人每次执行第二姿态测量动作的过程中，获取第一测量表的读数变化值x_j、第三测量表的读数变化值y_j、及第五测量表的读数变化值z_j；其中，x_j、y_j、z_j是第j次实到位姿的坐标，j＝1～n；根据x_j计算第一测量表的读数平均值根据y_j计算第三测量表的读数平均值根据z_j计算第五测量表的读数平均值其中，是执行n次第二姿态测量动作时，n个实到位姿的中心位姿的坐标；确定各个实到位姿与n个实到位姿的中心位姿之间的距离l_j，并计算l_j的平均值其中，j＝1～n；

根据下式计算位置重复定位精度：

与现有技术相比，本发明提供的机器人位姿重复精度的测量装置及方法具有如下有益效果：

本发明提供的机器人位姿重复精度的测量装置，第一测量表的测杆和第二测量表的测杆均与空间坐标系的X轴平行，通过第一测量表和第二测量表，能够测量出测量标准件在X轴方向上的位移变化量。第三测量表的测杆和第四测量表的测杆均与空间坐标系的Y轴平行，通过第三测量表和第四测量表能够测量出测量标准件在Y轴方向上的位移变化量。测量标准件上设有两个测量球，分别为第一测量球和第二测量球，通过测量标准件位于基准位置时，测量标准件上的两个测量球沿空间坐标系的Z轴方向间隔设置，且第一测量表的测杆的伸出端和第三测量表的测杆的伸出端同时与第一测量球相接触，第二测量表的测杆的伸出端和第四测量表的测杆的伸出端同时与第二测量球相接触，能够在测量标准件的姿态发生变化时，利用第一测量表和第二测量表分别测量出第一测量球和第二测量球在X轴方向上的位移变化量，并利用第三测量表和第四测量表分别测量出第一测量球和第二测量球在Y轴方向上的位移变化量，从而能够实现计算机器人的姿态重复定位精度。

综上，该机器人位姿重复精度的测量装置具有结构简单、成本低、及检测时操作方便的优点，能够大幅降低对机器人的重复精度进行检测时的检测难度和检测成本。

本发明提供的机器人位姿重复精度测量方法所能实现的有益效果，与上述技术方案提供的机器人位姿重复精度的测量装置所能达到的有益效果相同，在此不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的一个实施例的机器人位姿重复精度的测量装置的结构示意图；

图2示出了本发明的另一个实施例的机器人位姿重复精度的测量装置的结构示意图；

图3示出了本发明的一个实施例的固定支架与测量表组装后的主视结构示意图；

图4示出了本发明的一个实施例的固定支架与测量表组装后的俯视结构示意图；

图5示出了本发明的一个实施例的测量标准件与机器人组装后的结构示意图；

图6示出了本发明的一个实施例的测量标准件从基准位置移动至第一终止测量位置时的位置示意图。

附图标记：

102-固定支架， 104-第一测量表， 106-第二测量表，

108-第三测量表， 110-第四测量表， 112-第一测量球，

114-第二测量球， 116-第五测量表， 118-角度调节块，

120-第三弧形导向孔， 122-第一定位基板， 124-第四调节螺杆，

126-第三锁紧螺母， 128-第四锁紧螺母， 130-底座，

132-立柱， 134-第二定位基板， 136-螺纹紧固件，

138-第四弧形导向孔， 140-固定板， 142-第一板部，

144-第二弧形导向孔， 146-法兰盘， 148-固定杆，

150-测量标准件， 152-第三个定位块， 154-第三个夹紧块，

156-第二个夹紧块， 158-螺纹连接件， 160-第一个夹紧块，

162-机器人。

具体实施方式

为便于理解，下面结合说明书附图，对本发明的实施例提供的机器人位姿重复精度的测量装置及方法进行详细描述。

参见图1至图5，本发明的实施例提供的机器人位姿重复精度的测量装置，包括固定支架102，固定支架102上安装有四个测量表，分别为第一测量表104、第二测量表106、第三测量表108、第四测量表110。第一测量表104的测杆和第二测量表106的测杆均与空间坐标系的X轴平行，第三测量表108的测杆和第四测量表110的测杆均与空间坐标系的Y轴平行。测量标准件150上设有两个测量球，分别为第一测量球112和第二测量球114，测量标准件150位于基准位置时，两个测量球沿空间坐标系的Z轴方向间隔设置，且第一测量表104的测杆的伸出端和第三测量表108的测杆的伸出端同时与第一测量球112相接触，第二测量表106的测杆的伸出端和第四测量表110的测杆的伸出端同时与第二测量球114相接触。

本发明提供的机器人位姿重复精度的测量装置，第一测量表104的测杆和第二测量表106的测杆均与空间坐标系的X轴平行，通过第一测量表104和第二测量表106，能够测量出测量标准件150在X轴方向上的位移变化量。第三测量表108的测杆和第四测量表110的测杆均与空间坐标系的Y轴平行，通过第三测量表108和第四测量表110能够测量出测量标准件150在Y轴方向上的位移变化量。测量标准件150上设有两个测量球，分别为第一测量球112和第二测量球114，通过测量标准件150位于基准位置时，测量标准件150上的两个测量球沿空间坐标系的Z轴方向间隔设置，且第一测量表104的测杆的伸出端和第三测量表108的测杆的伸出端同时与第一测量球112相接触，第二测量表106的测杆的伸出端和第四测量表110的测杆的伸出端同时与第二测量球114相接触，能够在测量标准件150的姿态发生变化时，利用第一测量表104和第二测量表106分别测量出第一测量球112和第二测量球114在X轴方向上的位移变化量，并利用第三测量表108和第四测量表110分别测量出第一测量球112和第二测量球114在Y轴方向上的位移变化量，从而能够实现计算机器人162的姿态重复定位精度。该机器人位姿重复精度的测量装置具有结构简单、成本低、及检测时操作方便的优点，能够大幅降低对机器人162的姿态重复精度进行检测时的检测难度和检测成本。

示例性的，如图5所示，测量标准件150包括用于与机器人162的待测端连接的法兰盘146、及与法兰盘146连接的固定杆148。测量标准件150的两个测量球套装于固定杆148上，且第一测量球112位于固定杆148远离法兰盘146的端部。本实施例中，通过法兰盘146与机器人162的待测端连接，具有连接牢靠、稳定性和可靠性高、不易出现测量误差的优点。通过固定杆148来固定两个测量球，不易在测量时造成干涉，进而不易损坏该测量装置。

示例性的，参见图1至图5，测量球为圆球，每个测量球的球心落在固定杆148的轴线上，固定杆148伸入第一测量球112内的杆段的长度小于第一测量球112的直径。本实施例中，进一步降低了固定杆148在测量时造成干涉的概率，安全性高。

示例性的，每个测量表的测杆的伸出端的端面平行于该测杆的轴线。本实施例中，通过每个测量表的测杆的伸出端的端面平行于该测杆的轴线，能够在测量球发生位移时，通过测量表更加准确的检测出测量球的位移变化量，测量精度较高。

在本发明的一些实施例中，参见图1至图4，测量装置还包括安装于固定支架102上的第五测量表116，第五测量表116的测杆与空间坐标系的Z轴重合，且测量标准件150位于基准位置时，第五测量表116的测杆的伸出端与第一测量球112相接触。

在该实施例中，固定架上还设置有第五测量表116，由于第五测量表116的测杆与空间坐标系的Z轴重合，且测量标准件150位于基准位置时，第五测量表116的测杆的伸出端与第一测量球112相接触，能够在测量标准件150的位置发生变化时，利用第一测量表104、第三测量表108、及第五测量表116分别测量出第一测量球112在空间坐标系的X轴、Y轴、及Z轴上的位移变化量，从而能够实现计算机器人162的位置重复定位精度。该机器人位姿重复精度的测量装置具有结构简单、成本低、及检测时操作方便的优点，能够大幅降低对机器人162的位置重复精度进行检测时的检测难度和检测成本。

在一些实施例中，测量装置还包括与每个测量表连接的数据处理设备；数据处理设备用于获取每个测量表的读数变化值，并根据每个测量表的读数变化值，计算机器人162的位置重复定位精度和姿态重复定位精度。本实施例中，数据处理设备能够采集各个测量表的读数变化值，并且能够根据各个测量表的读数变化值，实现计算机器人162的位置重复定位精度和姿态重复定位精度。示例性的，数据处理设备还能够将上述数据转化至机器人162的世界坐标系中，以便对机器人162进行调整。

在一些实施例中，参见图3和图4，固定支架102包括三个相互垂直的定位块，以及一一对应的与三个定位块可拆卸连接的三个夹紧块。第一测量表104和第二测量表106夹紧于第一个定位块和第一个夹紧块160之间，第三测量表108和第四测量表110夹紧于第二个定位块和第二个夹紧块156之间，第五测量表116夹紧于第三个定位块152和第三个夹紧块154之间。示例性的，相配合的定位块和夹紧块之间可以通过螺纹连接件158(例如螺钉或螺栓)连接的方式实现可拆卸连接，也可以通过卡接的方式实现可拆卸连接。

在该实施例中，固定支架具有结构简单，组装方便，便于固定和拆卸各个测量表的优点，从而能够方便快捷的实现将第一测量表104和第二测量表106夹紧于第一个定位块和第一个夹紧块160之间，第三测量表108和第四测量表110夹紧于第二个定位块和第二个夹紧块156之间，第五测量表116夹紧于第三个定位块152和第三个夹紧块154之间。

示例性的，每个测量表还包括表头、及与表头连接的套筒，每个测量表的测杆套设于其套筒内。每个定位块及每个夹紧块上分别设置有至少一个与套筒的外周配合的弧形安装槽。本实施例中，测量表夹紧在相配合的定位块与夹紧块之间时，其套筒分别嵌入定位块上的弧形安装槽和夹紧块上的弧形安装槽中，安装定位方便，牢固性和可靠性高，且定位块与夹紧块连接后不易遮挡相应的测量表。

为了使测量表测量准确及读数方便，第一测量表104、第二测量表106、第三测量表108、及第四测量表110的表盘的朝向设置第五测量表116的一侧，第五测量表116的表盘背向底座130。

示例性的，参见图1至图4，测量标准件150位于基准位置时，第一测量表104、第三测量表108、第五测量表116的轴线通过第一测量球112的球心，第二测量表106、第四测量表110、第五测量表116的轴线通过第二测量球114的球心。

在一些实施例中，参见图1和图2，测量装置还包括固定板140、角度调节块118、第一调节螺杆、第一锁紧螺母、第二调节螺杆、及第二锁紧螺母。其中，固定板140与固定支架102固定连接，固定板140上设有第一固定孔和第一弧形导向孔，第一弧形导向孔的弧心与第一固定孔的圆心重合。角度调节块118包括相互垂直的第一板部142和第二板部，第一板部142上设有与第一固定孔配合的第二固定孔、以及与第一弧形导向孔配合的第二弧形导向孔144。第一调节螺杆可转动的套设于第一固定孔和第二固定孔内，且第一调节螺杆的一端或两端设有第一锁紧螺母。第二调节螺杆可转动的套设于第一弧形导向孔和第二弧形导向孔144内，且第二调节螺杆的一端或两端设有第二锁紧螺母。示例性的，第一调节螺杆的两端分别连接一个第一锁紧螺母，或者，第一调节螺杆的一端具有径向尺寸较大的螺杆头部，另一端连接一个第一锁紧螺母。示例性的，第二调节螺杆的两端分别连接一个第二锁紧螺母，或者，第二调节螺杆的一端具有径向尺寸较大的螺杆头部，另一端连接一个第二锁紧螺母。

在该实施例中，固定板140上设有第一固定孔和第一弧形导向孔，第一弧形导向孔的弧心与第一固定孔的圆心重合。角度调节块118的第一板部142上设有与第一固定孔配合的第二固定孔、以及与第一弧形导向孔配合的第二弧形导向孔144。当第一调节螺杆可转动的套设于第一固定孔和第二固定孔内，且第二调节螺杆可转动的套设于第一弧形导向孔和第二弧形导向孔144内时，角度调节块118和固定板140能够以第一调节螺杆为转轴相对转动，而且第二调节螺杆能够在第一弧形导向孔和第二弧形导向孔144内滑动，通过第一弧形导向孔和第二弧形导向孔144叠加设置，增大了角度的相对调节范围，即增大了角度调节块118与固定板140之间的相对旋转角度。在调整好角度调节块118与固定板140的相对位置后，通过拧紧第一锁紧螺母和/或第二锁紧螺母，即可使角度调节块118与固定板140相对固定，具有结构简单，调节和固定方便的优点。通过上述方案，实现了对固定支架102及各个测量表的位置调整，使该测量装置能够更好的适应机器人162测试时的不同姿态。

示例性的，第一弧形导向孔对应的圆心角的角度大于或等于20度，并小于或等于100度。第二弧形导向孔144对应的圆心角的角度大于或等于20度，并小于或等于100度。

在一些实施例中，参见图1和图2，第二板部上设有第三固定孔和第三弧形导向孔120，第三弧形导向孔120的弧心与第三固定孔的圆心重合。该测量装置还包括第一定位基板122、第三调节螺杆、第三锁紧螺母126、第四调节螺杆124、及第四锁紧螺母128，其中，第一定位基板122上设有与第三固定孔配合的第四固定孔、以及与第三弧形导向孔120配合的第四弧形导向孔138。第三调节螺杆可转动的套设于第三固定孔和第四固定孔内，且第三调节螺杆的一端或两端设有第三锁紧螺母126。第四调节螺杆124可转动的套设于第三弧形导向孔120和第四弧形导向孔138内，且第四调节螺杆124的一端或两端设有第四锁紧螺母128。示例性的，第三调节螺杆的两端分别连接一个第三锁紧螺母，或者，第三调节螺杆的一端具有径向尺寸较大的螺杆头部，另一端连接一个第三锁紧螺母。示例性的，第四调节螺杆的两端分别连接一个第四锁紧螺母，或者，第四调节螺杆的一端具有径向尺寸较大的螺杆头部，另一端连接一个第四锁紧螺母。

在该实施例中，角度调节块118的第二板部上设有第三固定孔和第三弧形导向孔120，第三弧形导向孔120的弧心与第三固定孔的圆心重合。第一定位基板122上设有与第三固定孔配合的第四固定孔、以及与第三弧形导向孔120配合的第四弧形导向孔138。当第三调节螺杆可转动的套设于第三固定孔和第四固定孔内，且第四调节螺杆124可转动的套设于第三弧形导向孔120和第四弧形导向孔138内时，角度调节块118和第一定位基板122能够以第三调节螺杆为转轴相对转动，而且第四调节螺杆124能够在第三弧形导向孔120和第四弧形导向孔138内滑动，通过第三弧形导向孔120和第四弧形导向孔138叠加设置，增大了角度的相对调节范围，即增大了角度调节块118和第一定位基板122之间的相对旋转角度。在调整好角度调节块118和第一定位基板122的相对位置后，通过拧紧第三锁紧螺母126和/或第四锁紧螺母128，即可使角度调节块118与固定板140相对固定，具有结构简单，调节和固定方便的优点。通过上述方案，实现了对固定支架102及各个测量表的位置调整，使该测量装置能够更好的适应机器人162测试时的不同姿态。

示例性的，第三弧形导向孔120对应的圆心角的角度大于或等于20度，并小于或等于100度。第四弧形导向孔138对应的圆心角的角度大于或等于20度，并小于或等于100度。

在一些实施例中，参见图1和图2，测量装置还包括第二定位基板134、底座130、及设置于底座130上的立柱132。测量装置还包括使第二定位基板134与第一定位基板122可拆卸连接的螺纹紧固件136，螺纹紧固件136拧紧时，第一定位基板122和第二定位基板134夹紧固定于立柱132上。

示例性的，参见图1和图2，第一定位基板122上还设有至少两个第一连接孔，第二定位基板134上设有与至少两个第一连接孔配合的至少两个第二连接孔，螺纹紧固件136的数量为至少两个，每个螺纹紧固件136连接相配合的一个第一连接孔与一个第二连接孔，使第一定位基板122和第二定位基板134夹紧固定于立柱132上，通过上述方案，一方面具有连接方便、牢靠的优点，另一方面，便于通过卸下螺纹紧固件136将第一定位基板122与第二定位基板134拆开。同时能够在螺纹紧固件136拧紧前实现调节第一定位基板122和第二定位基板134在立柱132上的位置，进而实现了沿立柱132的轴线方向调节固定支架102及各个测量表，使该测量装置能够更好的适应机器人162测试时的不同姿态，实用性较高。示例性的，螺纹紧固件136可以是螺钉或螺栓。

示例性的，参见图1和图2，第一调节螺杆和第二调节螺杆均平行于空间坐标系的Z轴。第三调节螺杆和第四调节螺杆124均平行于空间坐标系的X轴。立柱132平行于空间坐标系的Y轴。本实施例中，进一步增大了对固定支架102及各个测量表的位置进行调节时的调节范围，使该测量装置能够更好的适应机器人162测试时的不同姿态。

示例性的，各个测量表均为千分表。测量时：步骤S1，将五个千分表安装在固定支架102上(不完全紧固)，并将固定支架102调整至适合机器人162测量的位置；步骤S2，将测量标准件150的法兰盘146与机器人162的待测端连接；步骤S3，机器人162带动测量标准件150移动至基准位置；步骤S4，调整各个千分表的位置及角度，确保各个千分表与对应的测量球相接触并保持较大的压缩量后，紧固各个千分表；步骤S5，机器人带动测量标准件执行姿态测量动作，姿态测量动作为机器人带动测量标准件150从基准位置移动至终止测量位置，执行该姿态测量动作时，各个千分表的测杆的伸出端与对应的测量球始终处于接触状态；步骤S6，重复姿态测量动作直到满足测试次数，且每次从基准位置移动至终止测量位置时数据处理设备记录各个千分表的测量结果；步骤S7，数据处理设备对获得的测量结果进行分析计算，以得到位置重复定位精度和姿态重复定位精度。

另一方面，本发明的实施例提供了一种机器人位姿重复定位精度的测量方法，应用于上述任一项技术方案中的机器人位姿重复精度的测量装置，参见图5和图6，测量装置的测量标准件150与机器人162的待测端相连接，机器人162带动测量标准件150执行n次第一姿态测量动作，第一姿态测量动作为机器人162带动测量标准件150从基准位置移动至第一终止测量位置；测量方法包括：在机器人162每次执行第一姿态测量动作的过程中，获取第一测量表104的读数变化值ΔX_Aj、第二测量表106的读数变化值ΔX_Bj、第三测量表108的读数变化值ΔY_Aj、及第四测量表110的读数变化值ΔY_Bj；根据ΔX_Aj和ΔX_Bj计算测量标准件150与Y轴的角度值a_j，根据ΔY_Aj和ΔY_Bj计算测量标准件150与X轴的角度值b_j，并根据a_j和b_j计算测量标准件150与Z轴的角度值c_j，其中，a_j、b_j、c_j是第j次实到位姿的姿态角，j＝1～n；根据a_j计算测量标准件150与Y轴的角度平均值根据b_j计算测量标准件150与X轴的角度平均值根据c_j计算测量标准件150与Z轴的角度平均值其中，是n个实到位姿的姿态角的平均值；根据如下公式计算姿态重复定位精度：

在该实施例中，通过第一测量表104的读数变化值ΔX_Aj、第二测量表106的读数变化值ΔX_Bj、第三测量表108的读数变化值ΔY_Aj、及第四测量表110的读数变化值ΔY_Bj，能够计算出第j次实到位姿的姿态角a_j、b_j、c_j，进而能够计算出n个实到位姿的姿态角的平均值从而能够通过姿态重复定位精度的标准公式，计算出RP_a、RP_b、及RP_c的值，该测量方法具有数据获取方便，运算过程简单，且运算效率高的优点。

在上述实施例中，根据ΔX_Aj和ΔX_Bj计算测量标准件150与Y轴的角度值a_j，根据ΔY_Aj和ΔY_Bj计算测量标准件150与X轴的角度值b_j，并根据a_j和b_j计算测量标准件150与Z轴的角度值c_j，具体包括：根据如下公式计算测量标准件150与Y轴的角度值a_j和测量标准件150与X轴的角度值b_j：

其中，L是测量标准件150的两个测量球的球心之间的间距；

根据如下公式计算测量标准件150与Z轴的角度值c_j：

在该实施例中，通过第一测量表104的读数变化值ΔX_Aj、第二测量表106的读数变化值ΔX_Bj、第三测量表108的读数变化值ΔY_Aj、及第四测量表110的读数变化值ΔY_Bj，结合三角函数公式，即可计算出第j次实到位姿的姿态角a_j、b_j、c_j，计算过程简单，有利于提高数据处理效率。

在一些实施例中，测量装置还包括安装于测量装置的固定支架102上的第五测量表116，第五测量表116的测杆与空间坐标系的Z轴重合，第五测量表116的测杆的伸出端与测量装置的第一测量球112相接触。机器人162带动测量标准件150执行n次第二姿态测量动作，第二姿态测量动作为机器人162带动测量标准件150从基准位置移动至第二终止测量位置。测量方法还包括：在机器人162每次执行第二姿态测量动作的过程中，获取第一测量表104的读数变化值x_j、第三测量表108的读数变化值y_j、及第五测量表116的读数变化值z_j；其中，x_j、y_j、z_j是第j次实到位姿的坐标，j＝1～n；根据x_j计算第一测量表104的读数平均值根据y_j计算第三测量表108的读数平均值根据z_j计算第五测量表116的读数平均值其中，是执行n次第二姿态测量动作时，n个实到位姿的中心位姿的坐标；确定各个实到位姿与n个实到位姿的中心位姿之间的距离l_j，并计算l_j的平均值其中，j＝1～n；

根据下式计算位置重复定位精度：

在该实施例中，通过第一测量表104的读数变化值x_j、第三测量表108的读数变化值y_j、及第五测量表116的读数变化值z_j，能够计算出执行n次第二姿态测量动作时，n个实到位姿的中心位姿的坐标进而能够通过如下公式计算出各个实到位姿与n个实到位姿的中心位姿之间的距离l_j：

并能够计算出l_j的平均值最后，即可通过位置重复定位精度的标准公式，计算出RP_l的值，该测量方法具有数据获取方便，运算过程简单，运算效率高的优点。

综上，本发明提供的机器人位姿重复精度的测量装置及测量方法，具有应用方便、易于操作的优点。而且由于无需采用价格昂贵、操作复杂的激光跟踪仪，即可实现重复精度的检测，还能有效降低了检测成本。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种机器人位姿重复精度的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

固定支架；

安装于所述固定支架上的四个测量表，分别为第一至第四测量表，第一测量表的测杆和第二测量表的测杆均与空间坐标系的X轴平行，第三测量表的测杆和第四测量表的测杆均与空间坐标系的Y轴平行；

测量标准件，所述测量标准件上设有两个测量球，分别为第一测量球和第二测量球，所述测量标准件位于基准位置时，两个测量球沿空间坐标系的Z轴方向间隔设置，且第一测量表的测杆的伸出端和第三测量表的测杆的伸出端同时与第一测量球相接触，第二测量表的测杆的伸出端和第四测量表的测杆的伸出端同时与第二测量球相接触。

2.根据权利要求1所述的机器人位姿重复精度的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括安装于所述固定支架上的第五测量表，第五测量表的测杆与所述空间坐标系的Z轴重合，且所述测量标准件位于所述基准位置时，第五测量表的测杆的伸出端与所述第一测量球相接触。

3.根据权利要求1所述的机器人位姿重复精度的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括：

与所述固定支架固定连接的固定板，所述固定板上设有第一固定孔和第一弧形导向孔，所述第一弧形导向孔的弧心与所述第一固定孔的圆心重合；

角度调节块，所述角度调节块包括相互垂直的第一板部和第二板部，所述第一板部上设有与所述第一固定孔配合的第二固定孔、以及与所述第一弧形导向孔配合的第二弧形导向孔；

第一调节螺杆，可转动的套设于所述第一固定孔和所述第二固定孔内，且所述第一调节螺杆的一端或两端设有第一锁紧螺母；

第二调节螺杆，可转动的套设于所述第一弧形导向孔和所述第二弧形导向孔内，且所述第二调节螺杆的一端或两端设有第二锁紧螺母。

4.根据权利要求3所述的机器人位姿重复精度的测量装置，其特征在于，所述第二板部上设有第三固定孔和第三弧形导向孔，所述第三弧形导向孔的弧心与所述第三固定孔的圆心重合；所述测量装置还包括：

第一定位基板，所述第一定位基板上设有与所述第三固定孔配合的第四固定孔、以及与所述第三弧形导向孔配合的第四弧形导向孔；

第三调节螺杆，可转动的套设于所述第三固定孔和所述第四固定孔内，且所述第三调节螺杆的一端或两端设有第三锁紧螺母；

第四调节螺杆，可转动的套设于所述第三弧形导向孔和所述第四弧形导向孔内，且所述第四调节螺杆的一端或两端设有第四锁紧螺母。

5.根据权利要求4所述的机器人位姿重复精度的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括底座和设置于所述底座上的立柱；

所述测量装置还包括第二定位基板、及使所述第二定位基板与所述第一定位基板可拆卸连接的螺纹紧固件；所述螺纹紧固件拧紧时，所述第一定位基板和所述第二定位基板夹紧固定于所述立柱上。

6.根据权利要求5所述的机器人位姿重复精度的测量装置，其特征在于，所述第一调节螺杆和所述第二调节螺杆均平行于所述空间坐标系的Z轴，所述第三调节螺杆和所述第四调节螺杆均平行于所述空间坐标系的X轴，所述立柱平行于所述空间坐标系的Y轴。

7.根据权利要求2所述的机器人位姿重复精度的测量装置，其特征在于，所述固定支架包括三个相互垂直的定位块，以及一一对应的与所述三个定位块可拆卸连接的三个夹紧块；

所述第一测量表和所述第二测量表夹紧于第一个定位块和第一个夹紧块之间，所述第三测量表和所述第四测量表夹紧于第二个定位块和第二个夹紧块之间，所述第五测量表夹紧于第三个定位块和第三个夹紧块之间。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的机器人位姿重复精度的测量装置，其特征在于，所述测量标准件还包括用于与机器人的待测端连接的法兰盘、及与所述法兰盘连接的固定杆；所述测量标准件的两个测量球套装于所述固定杆上，且所述第一测量球位于所述固定杆远离所述法兰盘的端部。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的机器人位姿重复精度的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括与每个所述测量表连接的数据处理设备；

所述数据处理设备用于获取每个所述测量表的读数变化值，并根据每个所述测量表的读数变化值，计算机器人的位置重复定位精度和姿态重复定位精度。

10.一种机器人位姿重复定位精度的测量方法，其特征在于，应用于权利要求1～9中任一项所述的机器人位姿重复精度的测量装置，所述测量装置的测量标准件与机器人的待测端相连接，所述机器人带动所述测量标准件执行n次第一姿态测量动作，所述第一姿态测量动作为所述机器人带动所述测量标准件从基准位置移动至第一终止测量位置；所述测量方法包括：

在机器人每次执行所述第一姿态测量动作的过程中，获取第一测量表的读数变化值ΔX_Aj、第二测量表的读数变化值ΔX_Bj、第三测量表的读数变化值ΔY_Aj、及第四测量表的读数变化值ΔY_Bj；

根据ΔX_Aj和ΔX_Bj计算测量标准件与Y轴的角度值a_j，根据ΔY_Aj和ΔY_Bj计算测量标准件与X轴的角度值b_j，并根据a_j和b_j计算测量标准件与Z轴的角度值c_j，其中，a_j、b_j、c_j是第j次实到位姿的姿态角，j＝1～n；

根据a_j计算测量标准件与Y轴的角度平均值根据b_j计算测量标准件与X轴的角度平均值根据c_j计算测量标准件与Z轴的角度平均值其中， 是n个实到位姿的姿态角的平均值；

根据如下公式计算姿态重复定位精度：

11.根据权利要求10所述的机器人位姿重复精度测量方法，其特征在于，所述根据ΔX_Aj和ΔX_Bj计算测量标准件与Y轴的角度值a_j，根据ΔY_Aj和ΔY_Bj计算测量标准件与X轴的角度值b_j，并根据a_j和b_j计算测量标准件与Z轴的角度值c_j，具体包括：

根据如下公式计算测量标准件与Y轴的角度值a_j和测量标准件与X轴的角度值b_j：

其中，L是所述测量标准件的两个测量球的球心之间的间距；

根据如下公式计算测量标准件与Z轴的角度值c_j：

12.根据权利要求10所述的机器人位姿重复精度测量方法，其特征在于，所述测量装置还包括安装于所述测量装置的固定支架上的第五测量表，第五测量表的测杆与所述空间坐标系的Z轴重合，第五测量表的测杆的伸出端与所述测量装置的第一测量球相接触；

机器人带动测量标准件执行n次第二姿态测量动作，所述第二姿态测量动作为机器人带动所述测量标准件从基准位置移动至第二终止测量位置；

所述测量方法还包括：

在机器人每次执行所述第二姿态测量动作的过程中，获取第一测量表的读数变化值x_j、第三测量表的读数变化值y_j、及第五测量表的读数变化值z_j；其中，x_j、y_j、z_j是第j次实到位姿的坐标，j＝1～n；

根据x_j计算第一测量表的读数平均值根据y_j计算第三测量表的读数平均值根据z_j计算第五测量表的读数平均值其中，是执行n次所述第二姿态测量动作时，n个实到位姿的中心位姿的坐标；

确定各个实到位姿与n个实到位姿的中心位姿之间的距离l_j，并计算l_j的平均值其中，j＝1～n；

根据下式计算位置重复定位精度：