CN113028936B - 一种机械臂运动轨迹测试装置及测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械臂运动轨迹测试装置及测试系统，包括用于与待测试机械臂的末端可拆卸式连接在一起的笔座和与所述笔座连接在一起的测绘笔，工作状态下，待测试机械臂根据其设定运动轨迹运动以带动所述测绘笔进行横面运动并在测绘板上绘出横面运动轨迹。本发明中的机械臂运动轨迹测试装置成本低、易安装，满足机械臂研发阶段反复测试、调试需求，肉眼可视，操作便捷，测试结果无需后处理。

Description

一种机械臂运动轨迹测试装置及测试系统

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种机械臂运动轨迹测试装置及测试系统。

背景技术

当前，随着智能化技术的深入推进，越来越多的机械臂设备应用到我们的生产生活中。机械手主要分为直角坐标式、圆柱坐标式、极坐标式和多关节式等四种形式。工业机械臂和协作机械臂是多关节式机械臂中常用的两种，灵活性高，适用范围广，故得到广泛应用。

机械臂运动过程中由于关节和连杆的柔性效应的增加，使结构发生变形从而使任务执行的精度降低，所以机械臂结构柔性特征必须予以考虑，同时实现柔性机械臂高精度有效控制也必须考虑系统动力学特性。柔性机械臂动力学方程具有非线性,强耦合,实变等特点，柔性机械臂不仅是一个刚柔耦合的非线性系统，而且也是系统动力学特性与控制特性相互耦合即机电耦合的非线性系统。所以，机械臂作为一种非线性的复杂控制系统，控制系统的开发过程存在大量反复性测试和调试需求。

在机械臂应用中，焊接、打磨、点胶、绘画、打螺钉等工艺应用对应机械臂轨迹重复精度要求较高，所以机械臂轨迹重复精度是其量化指标中一项重要的性能参数。

由于机械臂控制系统的复杂性，故机械臂研发阶段需要对设备做大量、重复性的测试工作。轨迹测试作为研发中期主要量化测试方法，能够较好的反映当前设备的性能。而现有轨迹测试相关技术，主要是利用三维视觉检测设备或激光跟踪仪测量，设备价格高，测试结果需要后处理获取，操作繁琐，不便于开发阶段的反复调试工作。

公开号为CN104279952B的中国发明专利公开了一种轨迹精度测试方案，选用激光测距仪和激光发射器作为主要测量工具，虽然能较为准确的测量机械臂的末端轨迹精度，但是整套设备操作复杂，需要对测量数量做后处理才能得到测量精度，不便于研发阶段定性测试轨迹精度。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中机械臂运动轨迹测试装置复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种机械臂运动轨迹测试装置，包括用于与待测试机械臂的末端可拆卸式连接在一起的笔座和与所述笔座连接在一起的测绘笔，工作状态下，待测试机械臂根据其设定运动轨迹运动以带动所述测绘笔进行横面运动并在测绘板上绘出横面运动轨迹。

进一步的，所述笔座为L形板件，所述笔座包括相互垂直的两平板部，所述笔座的其中一平板部与待测试机械臂的末端可拆卸式连接在一起，所述笔座的另一平板部与所述测绘笔连接在一起。

进一步的，待测试机械臂的末端为末端法兰，所述笔座的其中一平板部与所述末端法兰通过螺栓组件固定在一起。

进一步的，所述测绘笔通过浮动机构浮动式连接于所述笔座上，工作状态下，所述测绘笔的笔尖与测绘板的划线表面接触并根据测绘板的划线表面进行适应性纵面运动。

进一步的，所述浮动机构包括笔筒、笔套以及弹性部件，所述笔筒和所述笔套连接于所述笔座上，所述笔筒设有非贯通孔，所述笔套设有贯通孔，所述非贯通孔与所述贯通孔同轴设置且所述非贯通孔的孔口正对所述贯通孔的其中一孔口，所述弹性部件设于所述非贯通孔中，所述测绘笔包括第一笔段和第二笔段，所述第一笔段的自由端伸入所述笔筒的非贯通孔中并压缩所述弹性部件和承受所述弹性部件的复位作用力，所述第二笔段滑动连接于所述笔套的贯通孔中，所述第二笔段的自由端为笔尖，所述第一笔段的外径大于所述笔套的贯通孔孔径。

进一步的，所述笔筒包括筒体和连接于所述筒体上的笔筒连接件，所述笔筒连接件为L形板件，所述笔筒连接件包括相互垂直的两平板部，所述笔筒连接件的其中一平板部连接并封堵所述筒体的一端，所述笔筒连接件的另一平板部连接于所述笔座上。

进一步的，所述笔套包括管体、第一笔套连接件以及第二笔套连接件，所述管体为C形管件，所述C形管具有与其轴线平行的两条直自由边A，所述第一笔套连接件和所述第二笔套连接件为L形板件，所述第一笔套连接件和所述第二笔套连接件中，每一者包括相互垂直的两平板部并形成一相交线，所述第一笔套连接件和所述第二笔套连接件中，每一者具有与所述相交线平行的两条直自由边B，所述第一笔套连接件的阴角与所述第二笔套连接件的阴角相背设置，所述第一笔套连接件的其中一平板部连接于所述笔座上，所述第一笔套连接件的另一平板部的直自由边B与所述C形管的其中一直自由边A连接，所述第二笔套连接件的其中一平板部连接于所述笔座上，所述第二笔套连接件的另一平板部的直自由边B与所述C形管的另一直自由边A连接。

进一步的，所述弹性部件为弹簧。

本发明还提供另外一个技术方案：一种机械臂运动轨迹测试系统，包括如上所述的机械臂运动轨迹测试装置、用于安装待测试机械臂的第一工作台、用于显示所述测绘笔的横面运动轨迹的测绘板以及用于安装所述测绘板的第二工作台，工作状态下，所述笔座连接待测试机械臂的末端，所述测绘笔的笔尖指向所述测绘板的划线表面，所述测绘笔的横面运动轨迹位于所述测绘板的划线表面上。

进一步的，所述第二工作台设有高度可调的脚轮。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

1)本发明提供的机械臂运动轨迹测试装置，针对机械臂研发阶段大量测试需求，提出一种简易可行的轨迹粗略绘制方法，相比现有激光跟踪仪、三维视觉检测机构等专业检测设备，成本更低，操作更为简便，用时短，测试结果可直观目测，能够满足研发中前期的测试、调试等基本需求，指导研发人员，验证其研发成果；本发明中的机械臂运动轨迹测试装置成本低、易安装，满足机械臂研发阶段反复测试、调试需求，肉眼可视，操作便捷，测试结果无需后处理；

2)本发明提供的机械臂运动轨迹测试装置，通过设置浮动机构，能够根据笔尖和测绘板的贴合与否，自动调节伸缩距离，避免硬性碰撞，保护测绘笔和机械臂。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明公开的机械臂运动轨迹测试装置的分解示意图；

图2为本发明公开的机械臂运动轨迹测试装置的组装示意图；

图3为本发明公开的机械臂运动轨迹测试系统的使用示意图；

图4为本发明公开的机械臂运动轨迹测试系统的使用示意图。

其中，100、待测试机械臂；200、机械臂运动轨迹测试装置；210、笔座；211、第一螺栓组件；212、第二螺栓组件；220、测绘笔；221、第一笔段；222、第二笔段；230、笔筒；231、筒体；232、笔筒连接件；240、笔套；241、管体；242、第一笔套连接件；243、第二笔套连接件；244、顶丝；250、弹性部件；300、测绘板；410、第一工作台；420、第二工作台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供作为进一步改进说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是连接连接,也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

以下为用于说明本发明的一较佳实施例，但不用来限制本发明的范围。

参见图1至图3，如其中的图例所示：

一种机械臂运动轨迹测试装置，包括用于与待测试机械臂100的末端可拆卸式连接在一起的笔座210和与笔座210连接在一起的测绘笔220，工作状态下，待测试机械臂100根据其设定运动轨迹运动以带动测绘笔220进行横面运动并在测绘板300上绘出横面运动轨迹。

一种机械臂运动轨迹测试系统，包括如上的机械臂运动轨迹测试装置200、用于安装待测试机械臂100的第一工作台410、用于承载测绘笔220的横面运动轨迹的测绘板300以及用于安装测绘板300的第二工作台420，工作状态下，笔座210连接待测试机械臂100的末端，测绘笔220的笔尖指向测绘板300的划线表面，测绘笔220的横面运动轨迹位于测绘板300的划线表面上。

上述技术方案中，将机械臂安装在第一工作台上，机械臂的末端安装机械臂运动轨迹测试装置，测绘笔可随机械臂拖动到测绘板上方，测绘板固定在第二工作台上，测绘板上绘制好机械臂测试轨迹(测绘笔的横面运动轨迹)，并建立轨迹各路点的二维坐标值。针对机械臂研发阶段大量测试需求，提出一种简易可行的轨迹粗略绘制方法，相比现有激光跟踪仪、三维视觉检测机构等专业检测设备，成本更低，操作更为简便，用时短，测试结果可直观目测，能够满足研发中前期的测试、调试等基本需求，指导研发人员，验证其研发成果，成本低、易安装，满足机械臂研发阶段反复测试、调试需求，肉眼可视，操作便捷，测试结果无需后处理。

本实施例中优选的实施方式，笔座210为L形板件，笔座210包括相互垂直的两平板部，笔座210的其中一平板部与待测试机械臂100的末端可拆卸式连接在一起，笔座210的另一平板部与测绘笔220连接在一起。

上述技术方案中，通过将笔座设置为L形板件，适用于固定机械臂的末端和测绘笔的要求，同时保证了机械臂按照其运动轨迹运动时，能带动测绘笔横面运动。

本实施例中优选的实施方式，待测试机械臂100的末端为末端法兰，笔座210的其中一平板部与上述末端法兰通过第一螺栓组件211固定在一起。

上述技术方案中，笔座与待测试机械臂的末端通过螺栓组件连接，易于拆装且连接可靠。

本实施例中优选的实施方式，测绘笔220通过浮动机构浮动式连接于笔座210上，工作状态下，测绘笔220的笔尖与测绘板300的划线表面接触并根据测绘板300的划线表面进行适应性纵面运动。

上述技术方案中，测绘笔能够根据笔尖和测绘板的贴合与否，自动调节伸缩距离，避免硬性碰撞，保护测绘笔和机械臂。例如，当出厂合格的机械臂执行绘画任务时，由于地面不平整、绘画工作台安装误差等因素，出现画板与机械臂的末端法兰不平行，即画笔与绘画板不垂直。由于绘画需要保证画笔与画板始终贴合，否则当画笔和画板距离较远时，画板上笔迹较轻或无法留下笔迹；当画笔和画板距离较近时，会导致笔迹较重甚至画笔被画板压坏。为解决以上问题，可以在机械臂的末端安装六维力矩传感器或应用本发明中浮动机构。六维力传感器操控复杂，成本数万元，造价过高，所以本发明浮动机构可以适配此需求。

如图4所示，机械臂固定在水平底座上，画板安装在工作台表面，由于安装误差等因素，两个工作台，其中一个表面相对地面出现角度倾斜，而机械臂示教按照工作台水平示教取点，所以机械臂绘制倾斜工作台上的画板时，需要通过浮动机构的伸缩调节，保证画笔和画板一定力度的贴合。

本实施例中优选的实施方式，上述浮动机构包括笔筒230、笔套240以及弹性部件250，笔筒230和笔套240连接于笔座210上，笔筒230设有非贯通孔，笔套240设有贯通孔，上述非贯通孔与上述贯通孔同轴设置且上述非贯通孔的孔口正对上述贯通孔的其中一孔口，弹性部件250设于上述非贯通孔中，测绘笔220包括第一笔段221和第二笔段222，第一笔段221的自由端伸入笔筒230的非贯通孔中并压缩弹性部件250和承受弹性部件250的复位作用力，第二笔段222滑动连接于笔套240的贯通孔中，第二笔段222的自由端为笔尖，第一笔段221的外径大于笔套240的贯通孔孔径。

上述技术方案中，测绘笔分别通过笔筒和笔套固定在的笔座上；笔筒上开设非贯穿孔，非贯穿孔中先安装弹簧，然后将测绘笔装入笔筒，测绘笔可在笔筒中自由压缩弹簧；笔套中心开设贯穿通孔，利用测绘笔阶梯式外径，对测绘笔在笔套中的移动做下限位约束。

本实施例中优选的实施方式，笔筒230包括筒体231和连接于所述筒体231上的笔筒连接件232，笔筒连接件232为L形板件，笔筒连接件232包括相互垂直的两平板部，笔筒连接件232的其中一平板部连接并封堵筒体231的一端，笔筒连接件232的另一平板部连接于笔座210上。

上述技术方案中，笔筒连接件232通过第二螺栓组件212连接于笔座210上，笔筒连接件232为L形板件，既可以与笔座的平板部实现良好的贴合和可靠固定，而且可以封堵筒体，形成非贯通孔，笔筒不需要专门制作，使用常规零部件组合后即可得到。

本实施例中优选的实施方式，笔套240包括管体241、第一笔套连接件242以及第二笔套连接件243，管体241为C形管件，C形管具有与其轴线平行的两条直自由边A，第一笔套连接件242和第二笔套连接件243为L形板件，第一笔套连接件242和第二笔套连接件243中，每一者包括相互垂直的两平板部并形成相交线，第一笔套连接件242和第二笔套连接件243中，每一者具有与上述相交线平行的两条直自由边B，第一笔套连接件242的阴角与第二笔套连接件243的阴角相背设置，第一笔套连接件242的其中一平板部连接于笔座210上，第一笔套连接件242的另一平板部的直自由边B与C形管的其中一直自由边A连接，第二笔套连接件243的其中一平板部连接于笔座210上，第二笔套连接件243的另一平板部的直自由边B与C形管的另一直自由边A连接。

上述技术方案中，为满足测绘笔外径粗略误差，笔套240孔径设计成可调节结构，通过顶丝244灵活调节测绘笔在笔套内松紧顺滑程度，笔套包括C形管和L形的笔套连接件，不但实现了笔套孔径可调的目的，而且可以与笔座的平板部实现良好的贴合和可靠固定。

本实施例中优选的实施方式，弹性部件250为弹簧。

上述技术方案中，弹簧作用于测绘笔，测绘笔受力均匀可靠，使得测绘笔能够给顺畅的滑动。

本实施例中优选的实施方式，第二工作台420设有高度可调的脚轮。

上述技术方案中，可以通过调节脚轮上螺杆长度，调整第二工作台水平度。

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种机械臂运动轨迹测试装置，其特征在于，包括用于与待测试机械臂的末端可拆卸式连接在一起的笔座和与所述笔座连接在一起的测绘笔，工作状态下，待测试机械臂根据其设定运动轨迹运动以带动所述测绘笔进行横面运动并在测绘板上绘出横面运动轨迹；

所述测绘笔通过浮动机构浮动式连接于所述笔座上，工作状态下，所述测绘笔的笔尖与测绘板的划线表面接触并根据测绘板的划线表面进行适应性纵面运动；

所述浮动机构包括笔筒、笔套以及弹性部件，所述笔筒和所述笔套连接于所述笔座上，所述笔筒设有非贯通孔，所述笔套设有贯通孔，所述非贯通孔与所述贯通孔同轴设置且所述非贯通孔的孔口正对所述贯通孔的其中一孔口，所述弹性部件设于所述非贯通孔中，所述测绘笔包括第一笔段和第二笔段，所述第一笔段的自由端伸入所述笔筒的非贯通孔中并压缩所述弹性部件和承受所述弹性部件的复位作用力，所述第二笔段滑动连接于所述笔套的贯通孔中，所述第二笔段的自由端为笔尖，所述第一笔段的外径大于所述笔套的贯通孔孔径；

所述笔筒包括筒体和连接于所述筒体上的笔筒连接件，所述笔筒连接件为L形板件，所述笔筒连接件包括相互垂直的两平板部，所述笔筒连接件的其中一平板部连接并封堵所述筒体的一端，所述笔筒连接件的另一平板部连接于所述笔座上；

所述笔套包括管体、第一笔套连接件以及第二笔套连接件，所述管体为C形管件，所述C形管件具有与其轴线平行的两条直自由边A，所述第一笔套连接件和所述第二笔套连接件为L形板件，所述第一笔套连接件和所述第二笔套连接件中，每一者包括相互垂直的两平板部并形成一相交线，所述第一笔套连接件和所述第二笔套连接件中，每一者具有与所述相交线平行的两条直自由边B，所述第一笔套连接件的阴角与所述第二笔套连接件的阴角相背设置，所述第一笔套连接件的其中一平板部连接于所述笔座上，所述第一笔套连接件的另一平板部的直自由边B与所述C形管的其中一直自由边A连接，所述第二笔套连接件的其中一平板部连接于所述笔座上，所述第二笔套连接件的另一平板部的直自由边B与所述C形管的另一直自由边A连接。

2.如权利要求1所述的机械臂运动轨迹测试装置，其特征在于，所述笔座为L形板件，所述笔座包括相互垂直的两平板部，所述笔座的其中一平板部与待测试机械臂的末端可拆卸式连接在一起，所述笔座的另一平板部与所述测绘笔连接在一起。

3.如权利要求2所述的机械臂运动轨迹测试装置，其特征在于，待测试机械臂的末端为末端法兰，所述笔座的其中一平板部与所述末端法兰通过螺栓组件固定在一起。

4.如权利要求1所述的机械臂运动轨迹测试装置，其特征在于，所述弹性部件为弹簧。

5.一种机械臂运动轨迹测试系统，包括如权利要求1至4任一所述的机械臂运动轨迹测试装置、用于安装待测试机械臂的第一工作台、用于显示所述测绘笔的横面运动轨迹的测绘板以及用于安装所述测绘板的第二工作台，工作状态下，所述笔座连接待测试机械臂的末端，所述测绘笔的笔尖指向所述测绘板的划线表面，所述测绘笔的横面运动轨迹位于所述测绘板的划线表面上。

6.如权利要求5所述的机械臂运动轨迹测试系统，其特征在于，所述第二工作台设有高度可调的脚轮。