CN110524577A - 一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于机器人关节力矩刚性的测量装置，所述测量装置包括测量板、连接杆、偏移量测量装置，所述测量板用于固定于机器人关节连接端面且与机器人关节连接端面平行，所述连接杆其一端用于插入机器人关节部件内，另一端用于接受向下的负载力，所述偏移量测量装置：用于获取连接杆接受所述负载力后，机器人关节连接端面的偏移量。通过在连接杆的一端增加负载力W，使另一端的机器人关节部件产生偏移，带动测量板偏移，计算负载力的大小和偏移量的变化关系，从而计算出机器人关节部件的力矩刚性，从而有效、快速、真实获取到机器人关节的力矩刚性。

Description

一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法和装置

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法和装置。

背景技术

随着经济的飞速发展，越来越多的工业领域向自动化方向发展，随着自动化程度的加深，工业机器人的需求量也越来越大。关节部件连接端面的刚性对工业机器人的负载能力和运行平稳定有着至关重要的影响，这不仅仅是一项重要的指标，更是企业优化产品设计的关键参数。而目前设计机器人阶段，因为没有一种快速测量机器人关节力矩刚性的方法和装置，导致设计精度时不能充分考虑机器人关节的力矩刚性，进而影响机器人的末端定位精度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法和装置，可以有效、快速、真实测量机器人关节的力矩刚性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：提供一种用于机器人关节力矩刚性的测量装置，所述测量装置包括测量板、连接杆和偏移量测量装置，所述测量板用于固定于机器人关节连接端面且与机器人关节连接端面平行，所述连接杆其一端用于插入机器人关节部件内，另一端用于接受向下的负载力，所述偏移量测量装置用于获取连接杆接受所述负载力后，机器人关节连接端面的偏移量。

进一步地，所述偏移测量仪器为精密千分表，所述精密千分尺的测量端接触所述测量板远离所述机器人关节连接端面的另一面。

进一步地，所述测量板的下端面接触连接杆。

进一步地，所述连接杆为高强度、高硬度的金属连接杆。

进一步地，所述测量板为低重量板。

本发明还提供一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法，所述测量方法通过本发明所述的测量装置实现，包括以下步骤：

步骤一：把测量装置安装在机器人的关节部件连接端面上，步骤二：在远离机器人关节部件连接端面的一端施加负载力；步骤三：通过所述偏移量测量装置获取所述测量板在负载力作用下的偏移量；步骤四：根据所述测量板的偏移量和负载力的大小，计算出机器人关节部件连接端面的力矩刚性。

进一步地，所述步骤一：所述测量装置的测量板固定于机器人关节连接端面且与机器人关节连接端面平行，所述连接杆的一端插入机器人关节部件内，所述角度传感器设于机器人关节连接端面或测量板。

进一步地，所述连接杆插入关节部件连接端面的中心位置。

进一步地，所述负载力通过施加推力或放置重物实现，其负载力大小通过负载力传感器测得。

进一步地，所述机器人关节部件连接端面的力矩刚性计算公式为k=WL/θ，其中k为机器人关节部件连接端面的力矩刚性，W为负载力大小，L为测量板与连接杆的交点到负载力作用点的距离，θ位机器人关节部件连接端面的倾斜角度。

进一步地，所述机器人关节部件连接端面的倾斜角度的计算公式如下，θ= (y/R)(180/π)*60，其中y为测量板在负载力作用下的偏移量，R是偏移测量仪器偏移测量点到测量板与连接杆交点的距离。

进一步地，所述测量板在负载力作用下的偏移量y具体通过精密千分表测得。

本发明的有益效果是：本发明的一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法和装置，通过在连接杆的一端增加负载力W，使另一端的机器人关节部件产生偏移，带动测量板偏移，计算负载力的大小和偏移量的变化关系，计算出机器人关节部件的力矩刚性，从而有效、快速、真实测量机器人关节的力矩刚性，通过获取机器人关节的力矩刚性，可以在运动控制程序中考虑该参数对机器人精度的影响，进而提高机器人的定位精度。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的测量装置所测量的六轴串联工业机器人的结构示意图。

图2是本发明的测量装置对六轴串联工业机器人的任一轴进行测量的结构示意图。

图3是本发明的一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法的流程示意图。

其中，附图标记如下：1.J1关节部件，2.J2关节部件，3.J3关节部件，4.J4关节部件，41.J4关节部件连接端面，5.J5关节部件，6.J6关节部件，7.测量板，8连接杆，9.精密千分表。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”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，而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和图2所示，本实施例提供一种用于机器人关节力矩刚性的测量装置，以六轴串联工业机器人的J4关节部件为例，所述测量装置包括：测量板7：用于固定于机器人关节连接端面且与机器人关节连接端面平行，连接杆8：其一端用于插入机器人关节部件内，另一端用于接受向下的负载力，偏移量测量装置：用于获取连接杆接受所述负载力后，机器人关节连接端面的偏移量。

其中，所述偏移测量仪器为精密千分表9，所述精密千分表9的刻度为0.01mm，可以检测到测量板7极微小的动作；所述测量板7安装在J4关节部件连接端面上41时，测量板7的下端面接触连接杆8，这样做的好处是可以把负载力W通过连接杆8施加在J4关节部件4时，起作用点正好是测量板7的端点，因此可以通过测量板7的偏移量来计算J4关节连接端面41的倾斜角度；所述连接杆8为高强度、高硬度的金属连接杆8，所述测量板7为低重量板，高强度、高硬度的金属连接杆8可以承受更重的负载力而不使金属连接杆损坏，低重量的测量板7可以降低测量板对J4关节部件的影响。

本实施例的工作原理：本实施例的测量装置安装至六轴串联工业机器人的J4关节部件连接端面41后，通过在连接杆8远离J4关节部件的一端施加负载力W，通过负载力W的作用模拟实际使用中J5关节部件5和J6关节部件6的重力矩对J4关节部件连接端面的影响，负载力W使连接杆8与J4关节部件连接端面的交点为负载力在J4关节部件上的作用点，同时，测量板8的一端与所述作用点接触，J4关节部件连接端面41在负载力W的作用下会产生倾斜角度，而J4关节部件4移动会使安装在其上面的测量板8产生偏移；因此，负载力W会使测量板8产生偏移，并且负载力W的作用点为测量板8的端点，J4关节部件连接端面41的倾斜角度会与测量板8的偏移量和测量板8上精密千分表9测量点到负载点W的作用点的距离有函数关系，可得以下公式：

k=WL/θ=WL/（（y/R）*（180/π）*60）,

其中k为J4关节部件连接端面41的力矩刚性，单位为Nm/arc·min；W为负载力大小，单位为N，L为连接杆8的端点至负载力W在J4关节部件4上的作用点的距离，单位为m；θ为J4关节部件连接端面41的倾斜角度，单位为arc·min；y为测量板在负载力W作用下的偏移距离，单位为μm；R为精密千分表9测量点到负载点W的作用点的距离，单位为mm。

本实施例的实现方法：如图3所示，首先把测量装置安装在六轴串联工业机器人的J4关节部件连接端面41上，在连接杆8远离J4关节部件连接端面41的一端用力施加负载力W压迫连接杆8，并通过负载力传感器获取负载力W的大小，然后通过精密千分表9获取测量板7在负载力作用下的偏移量y，同时测量得到连接杆8的端点至负载力W在J4关节部件4上的作用点的距离L、精密千分表9测量点到负载点W的作用点的距离R，最后根据测量板8的偏移量y、负载力W的大小、连接杆8的端点至负载力W在J4关节部件4上的作用点的距离L和精密千分表9测量点到负载点W的作用点的距离R，计算出机器人关节部件连接端面的力矩刚性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (12)

1.一种用于机器人关节力矩刚性的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：

测量板：用于固定于机器人关节连接端面且与机器人关节连接端面平行，

连接杆：其一端用于插入机器人关节部件内，另一端用于接受向下的负载力，

偏移量测量装置：用于获取连接杆接受所述负载力后，机器人关节连接端面的偏移量。

2.如权利要求1所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量装置，其特征在于，所述偏移测量仪器为精密千分表，所述精密千分尺的测量端接触所述测量板远离所述机器人关节连接端面的另一面。

3.如权利要求1所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量装置，其特征在于，所述测量板的下端面接触连接杆。

4.如权利要求1所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量装置，其特征在于，连接杆为高强度、高硬度的金属连接杆。

5.如权利要求1所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量装置，其特征在于，所述测量板为低重量板。

6.一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法，其特征在于，所述测量方法通过权利要求1-5中任意一项所述的测量装置实现，所述方法包括以下步骤：

步骤一：把所述测量装置安装在机器人的关节部件连接端面上，

步骤二：在远离机器人关节部件连接端面的一端施加所述负载力；

步骤三：通过所述偏移量测量装置获取所述测量板在负载力作用下的偏移量；

步骤四：根据所述测量板的偏移量和负载力的大小，计算出机器人关节部件连接端面的力矩刚性。

7.如权利要求6所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法，其特征在于，所述步骤一：所述测量装置的测量板固定于机器人关节连接端面且与机器人关节连接端面平行，所述连接杆的一端插入机器人关节部件内，所述角度传感器设于机器人关节连接端面或测量板。

8.如权利要求6所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法，其特征在于，所述连接杆插入关节部件连接端面的中心位置。

9.如权利要求6所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法，其特征在于，所述负载力通过施加推力或放置重物实现，其负载力大小通过负载力传感器测得。

10.如权利要求6所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法，其特征在于，所述步骤四：所述机器人关节部件连接端面的力矩刚性计算公式为k=WL/θ，其中k为机器人关节部件连接端面的力矩刚性，W为负载力大小，L为测量板与连接杆的交点到负载力作用点的距离，θ位机器人关节部件连接端面的倾斜角度。

11.如权利要求10所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法，其特征在于，所述机器人关节部件连接端面的倾斜角度的计算公式如下，θ= (y/R)(180/π)*60，其中y为测量板在负载力作用下的偏移量，R是偏移测量仪器偏移测量点到测量板与连接杆交点的距离。

12.如权利要求11所述的一种用于机器人关节力矩刚性的测量方法，其特征在于，所述测量板在负载力作用下的偏移量y具体通过精密千分表测得。