CN111076678A - 一种测量移动机器人关节轴径向误差的装置和方法 - Google Patents

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赵长喜
张加波
贾闽涛
张子岚
徐建萍
田威
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Abstract

本发明公开了一种测量移动机器人关节轴径向误差的装置和方法，该装置包括：伺服电机、移动机器人关节轴Ⅰ、光栅读数头Ⅰ、移动机器人关节轴Ⅱ、减速器、光栅读数头Ⅱ和圆光栅；圆光栅安装在移动机器人关节轴Ⅱ上；光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ分别安装在移动机器人关节轴Ⅰ上、且对径设在圆光栅两侧；伺服电机、移动机器人关节轴Ⅰ、减速器和移动机器人关节轴Ⅱ依次连接。本发明实现了关节轴径向运动误差的高精度、非接触测量，消除了关节轴表面粗糙度对测量结果的影响。

Description

一种测量移动机器人关节轴径向误差的装置和方法
技术领域
本发明属于精密机械误差测量技术领域，尤其涉及一种测量移动机器人关节轴径向误差的装置和方法。
背景技术
关节轴径向误差是指移动机器人关节轴做回转运动时，其实际的回转轴线相对于理论回转轴线的偏差量。径向误差是影响加工误差的主要原因之一。
现有的高精度轴径向误差测量方法多采用误差分离方法，其测量和计算过程复杂并且多采用接触式位移传感器，受轴表面加工精度影响较大，而且长时间测量将使测头的精度大大降低。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种测量移动机器人关节轴径向误差的装置和方法，可实现对移动机器人关节轴径向误差的实时测量，实现了关节轴径向运动误差的高精度、非接触测量，消除了关节轴表面粗糙度对测量结果的影响。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种测量移动机器人关节轴径向误差的装置，包括：伺服电机、移动机器人关节轴Ⅰ、光栅读数头Ⅰ、移动机器人关节轴Ⅱ、减速器、光栅读数头Ⅱ和圆光栅；
圆光栅安装在移动机器人关节轴Ⅱ上；
光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ分别安装在移动机器人关节轴Ⅰ上、且对径设在圆光栅两侧；
伺服电机、移动机器人关节轴Ⅰ、减速器和移动机器人关节轴Ⅱ依次连接。
在上述测量移动机器人关节轴径向误差的装置中，光栅读数头Ⅰ，用于测量从圆光栅零位开始，移动机器人关节轴Ⅱ匀速转动一定角度θ的过程中的角度值θA；光栅读数头Ⅱ，用于测量从圆光栅零位开始，移动机器人关节轴Ⅱ匀速转动一定角度θ的过程中的角度值θB。
在上述测量移动机器人关节轴径向误差的装置中，伺服电机，用于驱动移动机器人关节轴Ⅰ和移动机器人关节轴Ⅱ的匀速转动。
本发明还公开了一种测量移动机器人关节轴径向误差的方法，包括：
装配得到测量移动机器人关节轴径向误差装置；
对所述测量移动机器人关节轴径向误差装置进行安装误差标定；
根据安装误差标定结果，确定移动机器人关节轴径向误差。
在上述测量移动机器人关节轴径向误差的方法中，装配得到测量移动机器人关节轴径向误差装置，包括：
将圆光栅安装在移动机器人关节轴Ⅱ上；
将光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ分别安装在移动机器人关节轴Ⅰ上、且对径设在圆光栅两侧；
将伺服电机、移动机器人关节轴Ⅰ、减速器和移动机器人关节轴Ⅱ依次连接，完成测量移动机器人关节轴径向误差装置的安装。
在上述测量移动机器人关节轴径向误差的方法中，对所述测量移动机器人关节轴径向误差装置进行安装误差标定，包括：
从圆光栅的零位开始，通过伺服电机驱动移动机器人关节轴Ⅱ匀速转动一定角度θ，并获取光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ的读数θA和读数θB；
根据读数θA和读数θB，确定由径跳引起的角度误差ε(θ)；
根据ε(θ)，确定关节轴在圆光栅位置处的径跳δ。
在上述测量移动机器人关节轴径向误差的方法中，
Figure BDA0002339649110000021
δ＝REtan(ε(θ))
其中，RE表示光栅读数头的安装半径。
在上述测量移动机器人关节轴径向误差的方法中，根据安装误差标定结果，确定移动机器人关节轴径向误差，包括：
将关节轴连同标定好的圆光栅作为一个整体，从圆光栅的零位开始，通过伺服电机移动机器人关节轴Ⅱ匀速转动一定角度θ，并获取光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ读数θ′A和读数θ′B；
根据θ′A、θ′B和ε(θ)，确定关节轴径跳引起的角度误差
Figure BDA0002339649110000031
根据
Figure BDA0002339649110000032
确定关节轴上各点对应的径向误差ψ(θ)。
在上述测量移动机器人关节轴径向误差的方法中，
Figure BDA0002339649110000033
Figure BDA0002339649110000034
本发明具有以下优点：
本发明公开了一种测量移动机器人关节轴径向误差的装置和方法，可实现对移动机器人关节轴径向误差的实时测量，实现了关节轴径向运动误差的高精度、非接触测量，消除了关节轴表面粗糙度对测量结果的影响。
附图说明
图1是本发明实施例中一种测量移动机器人关节轴径向误差的装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种圆光栅测量径向运动误差原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
实施例1
如图1，在本实施例中，该测量移动机器人关节轴径向误差的装置，包括：伺服电机1、移动机器人关节轴Ⅰ2、光栅读数头Ⅰ3、移动机器人关节轴Ⅱ4、减速器5、光栅读数头Ⅱ6和圆光栅7。其中，圆光栅7安装在移动机器人关节轴Ⅱ4上；光栅读数头Ⅰ3和光栅读数头Ⅱ6分别安装在移动机器人关节轴Ⅰ2上、且对径设在圆光栅7两侧；伺服电机1、移动机器人关节轴Ⅰ2、减速器5和移动机器人关节轴Ⅱ4依次连接。
在本实施例中，光栅读数头Ⅰ3，用于测量从圆光栅7零位开始，移动机器人关节轴Ⅱ4匀速转动一定角度θ的过程中的角度值θA；光栅读数头Ⅱ6，用于测量从圆光栅7零位开始，移动机器人关节轴Ⅱ4匀速转动一定角度θ的过程中的角度值θB。伺服电机1，用于驱动移动机器人关节轴Ⅰ2和移动机器人关节轴Ⅱ4的匀速转动。
实施例2
在上述实施例的基础上，本发明还公开了一种测量移动机器人关节轴径向误差的方法，包括：
步骤101，装配得到测量移动机器人关节轴径向误差装置。
在本实施例中，将圆光栅安装在移动机器人关节轴Ⅱ上；将光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ分别安装在移动机器人关节轴Ⅰ上、且对径设在圆光栅两侧；将伺服电机、移动机器人关节轴Ⅰ、减速器和移动机器人关节轴Ⅱ依次连接，完成测量移动机器人关节轴径向误差装置的安装。
步骤102，对所述测量移动机器人关节轴径向误差装置进行安装误差标定。
在本实施例中，从圆光栅的零位开始，通过伺服电机驱动移动机器人关节轴Ⅱ匀速转动一定角度θ，并获取光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ的读数θA和读数θB；然后，根据读数θA和读数θB，确定由径跳引起的角度误差ε(θ)；最后，根据ε(θ)，确定关节轴在圆光栅位置处的径跳δ。
优选的，如图2，关节轴转过θ角度后，圆光栅由初始位置O跳动至位置O′，结合对径安装的光栅读数头的特点，有：
θA＝θ+ε(θ)
θB＝θ-ε(θ)
则有：
Figure BDA0002339649110000041
由图2中几何关系可得此时关节轴在圆光栅位置处的径跳δ：
δ＝REtan(ε(θ))
其中，RE表示光栅读数头的安装半径。
此时的径跳δ为圆光栅相对于关节轴线的偏心量。将圆光栅安装偏心误差进行标定后，便可将关节轴进行持续工作状态，进行实时监测关节轴运动状态。
步骤103，根据安装误差标定结果，确定移动机器人关节轴径向误差。
在本实施例中，将关节轴连同标定好的圆光栅作为一个整体，从圆光栅的零位开始，通过伺服电机移动机器人关节轴Ⅱ匀速转动一定角度θ，并获取光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ读数θ′A和读数θ′B；根据θ′A、θ′B和ε(θ)，确定关节轴径跳引起的角度误差
Figure BDA0002339649110000051
根据
Figure BDA0002339649110000052
确定关节轴上各点对应的径向误差ψ(θ)。
优选的，工作过程中关节轴不可避免会产生径向运动误差，因此关节轴转动过程中，光栅读数头满足：
Figure BDA0002339649110000053
Figure BDA0002339649110000054
则有：
Figure BDA0002339649110000055
由图2中几何关系可得关节轴上各点对应的径向误差ψ(θ)：
Figure BDA0002339649110000056
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种测量移动机器人关节轴径向误差的装置，其特征在于，包括：伺服电机(1)、移动机器人关节轴Ⅰ(2)、光栅读数头Ⅰ(3)、移动机器人关节轴Ⅱ(4)、减速器(5)、光栅读数头Ⅱ(6)和圆光栅(7)；
圆光栅(7)安装在移动机器人关节轴Ⅱ(4)上；
光栅读数头Ⅰ(3)和光栅读数头Ⅱ(6)分别安装在移动机器人关节轴Ⅰ(2)上、且对径设在圆光栅(7)两侧；
伺服电机(1)、移动机器人关节轴Ⅰ(2)、减速器(5)和移动机器人关节轴Ⅱ(4)依次连接。
2.根据权利要求1所述的测量移动机器人关节轴径向误差的装置，其特征在于，光栅读数头Ⅰ(3)，用于测量从圆光栅(7)零位开始，移动机器人关节轴Ⅱ(4)匀速转动一定角度θ的过程中的角度值θA；光栅读数头Ⅱ(6)，用于测量从圆光栅(7)零位开始，移动机器人关节轴Ⅱ(4)匀速转动一定角度θ的过程中的角度值θB。
3.根据权利要求1所述的测量移动机器人关节轴径向误差的装置，其特征在于，伺服电机(1)，用于驱动移动机器人关节轴Ⅰ(2)和移动机器人关节轴Ⅱ(4)的匀速转动。
4.一种测量移动机器人关节轴径向误差的方法，其特征在于，包括：
装配得到测量移动机器人关节轴径向误差装置；
对所述测量移动机器人关节轴径向误差装置进行安装误差标定；
根据安装误差标定结果，确定移动机器人关节轴径向误差。
5.根据权利要求4所述的测量移动机器人关节轴径向误差的方法，其特征在于，装配得到测量移动机器人关节轴径向误差装置，包括：
将圆光栅安装在移动机器人关节轴Ⅱ上；
将光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ分别安装在移动机器人关节轴Ⅰ上、且对径设在圆光栅两侧；
将伺服电机、移动机器人关节轴Ⅰ、减速器和移动机器人关节轴Ⅱ依次连接，完成测量移动机器人关节轴径向误差装置的安装。
6.根据权利要求5所述的测量移动机器人关节轴径向误差的方法，其特征在于，对所述测量移动机器人关节轴径向误差装置进行安装误差标定，包括：
从圆光栅的零位开始，通过伺服电机驱动移动机器人关节轴Ⅱ匀速转动一定角度θ，并获取光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ的读数θA和读数θB；
根据读数θA和读数θB，确定由径跳引起的角度误差ε(θ)；
根据ε(θ)，确定关节轴在圆光栅位置处的径跳δ。
7.根据权利要求6所述的测量移动机器人关节轴径向误差的方法，其特征在于，
Figure FDA0002339649100000021
δ＝REtan(ε(θ))
其中，RE表示光栅读数头的安装半径。
8.根据权利要求7所述的测量移动机器人关节轴径向误差的方法，其特征在于，根据安装误差标定结果，确定移动机器人关节轴径向误差，包括：
将关节轴连同标定好的圆光栅作为一个整体，从圆光栅的零位开始，通过伺服电机移动机器人关节轴Ⅱ匀速转动一定角度θ，并获取光栅读数头Ⅰ和光栅读数头Ⅱ读数θ′A和读数θ′B；
根据θ′A、θ′B和ε(θ)，确定关节轴径跳引起的角度误差
Figure FDA0002339649100000022
根据
Figure FDA0002339649100000023
确定关节轴上各点对应的径向误差ψ(θ)。
9.根据权利要求8所述的测量移动机器人关节轴径向误差的方法，其特征在于，
Figure FDA0002339649100000024
Figure FDA0002339649100000025
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