CN207600515U - 一种关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种关节式机器人末端执行机构的动态特性检测装置。检测装置包括激光干涉仪测量仪系统和位移频率采集系统，利用激光干涉仪测量系统对机器人末端执行机构在X、Y、Z三个方向一个方向上的直线运动的动态特性检测，利用位移频率采集系统测量机器人末端执行机构在X、Y、Z三个方向的其它两个方向上的启动与停止阶段的位移频率。本实用新型通过激光干涉仪测量仪系统和位移频率采集系统同时进行以提高该方法的准确性和全面性，操作简单方便，便于在工程领域中应用。

Description

一种关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置

技术领域

本实用新型涉及检测仪器技术领域，特别涉及一种关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置。

背景技术

机器人在各领域中应用越来越广泛，在各领域应用中，其功能的实现对其运动位置的要求也越来越高。

对于关节式机器人来说，既要通过调整控制参数来补偿位置误差，又需要通过机器人本体结构设计来尽量减小机械误差。机器人运动需要通过对各关节电机参数设定来实现，它的设定准确与否直接影响机器人的工作位置精度。另外，不同结构机器人由于传动方式、力臂长度、惯性等因素的影响，其运动特性也有很大的差别。

关节式机器人末端执行机构动态特性可以为以上两者提供有力的反馈调整依据，因此其检测装置和方法可直接决定反馈信息的准确度。由于机器人的空间运动特点，被检测运动方向不能保证为绝对的单方向运动，在启动与停止阶段分别会产生震动，且其运动过程中速度、加速度也有不稳定的变化，常用的二维检测装置不能同时进行空间运动位置的检测，因此很难检测到全面的动态特性参数。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有机器人动态特性检测技术中存在的技术缺陷，而提供一种关节式机器人末端执行机构动态特性的检测装置，以为关节式机器人控制参数的补偿和结构设计的优化提供更全面更准确的反馈依据，进而提高机器人的工作位置精度。

为实现本实用新型目的，所采用的技术方案如下：

一种关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置，包括：

激光干涉仪测量系统，用于关节式机器人沿X、Y、Z轴的某一方向上作主运动时，对关节式机器人末端执行机构在该主运动方向上的动态特性进行检测，包括激光头、光路转换镜组、以及反射镜；

位移频率采集系统，包括多个激光位移传感器，用于关节式机器人在主运动方向上运动的同时，在X、Y、Z轴的另外两个方向上采集关节式机器人末端执行机构在启动与停止阶段的振动位移频率；

数据采集卡系统，与多个所述激光位移传感器相连接，并与计算机连接，以将所述激光位移传感器采集的模拟信号转换为数字信号传送到计算机；

所述激光头与所述计算机相连接，以将其测量数据传输到计算机。

所述激光头安装在三脚架云台上。

所述光路转换镜组以及激光位移传感器固定在实验平台上，所述反射镜用磁力表座固定在机器人末端执行机构上。

所述激光位移传感器通过传感器安装组件固定支撑在实验平台上。

本实用新型利用激光干涉仪系统和位移频率采集系统，能实现将关节式机器人运动过程中运动参数的变化，通过光路的微小变化反映出来，并通过计算机可得到关节式机器人的具体的变化数据。

附图说明

图1是关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置结构原理图；

图2是激光位移传感器的检测位置示意图；

图中：1-被测关节式机器人；2-激光位移传感器一；3-激光位移传感器二；4-反射镜；5-激光位移传感器三；6-激光位移传感器四；7-第一激光位移传感器安装组件；8-激光头；9-三脚架云台；10-实验平台；11-光路转换镜组，12-第二激光位移传感器安装组件；

100-末端执行机构夹爪一；110-末端执行机构夹爪二；

具体实施方式

以下结合附图和具体实例对本实用新型作进一步详细说明，此处所描述的具体实例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1所示，一种关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置，包括：

激光干涉仪测量系统，用于被测的关节式机器人1沿X、Y、Z轴的某一方向上作主运动时，对关节式机器人末端执行机构在该主运动方向上的动态特性进行检测，包括激光头8、光路转换镜组11、以及反射镜2；

位移频率采集系统，包括多个激光位移传感器，用于关节式机器人在主运动方向上运动的同时，在X、Y、Z轴的另外两个方向上采集关节式机器人末端执行机构在启动与停止阶段的振动位移频率；

数据采集卡系统，与多个所述激光位移传感器相连接，并与计算机连接，以将所述激光位移传感器采集的模拟信号转换为数字信号传送到计算机；

其中，所述激光头与所述计算机相连接，以将其测量数据传输到计算机。

其中，所述激光头安装在三脚架云台8上。

其中，所述光路转换镜组以及激光位移传感器固定在实验平台10上，所述反射镜用4磁力表座固定在机器人末端执行机构上。

其中，所述激光位移传感器是通过传感器安装组件(如第一激光位移传感器安装组件7以及第二激光位移传感器安装组件12)固定支撑在实验平台上。

所述的激光位移传感器为四个，如图2所示，包括激光位移传感器一2，激光位移传感器二3；激光位移传感器三5；激光位移传感器四6，如图1所示，进行布置，分别测量关节式机器人末端执行机构在主运动方向外的其它两个方向上的在启动与停止阶段的振动位移频率，如主运动方向为Z向，则测量关节式机器人末端执行机构的X、Y两个方向上的在启动与停止阶段的振动位移频率。

本实用新型的具体操作步骤如下：

S1：打开机器人控制计算机，调整被测关节式机器人的位姿，保证有充足的运动空间；

S2：准备实验台，使实验台放置在平坦的地面上，并通过水平尺的测量来调整水平；

S3：选择对应的测量镜组，将反射镜用磁力表座固定在被测关节式机器人末端执行机构上，将光路转换镜组放在工作台上与反射镜相对的位置上；

S4：将激光头安在三脚架云台上，调整三脚架高度，使激光头光路与转换镜组水平光路大致重合；

S5：用激光位移传感器安装组件安装激光位移传感器，并将其放置在相应的待检测位置；

S6：连接数据采集卡系统，将激光位移传感器与数据采集卡系统相连；

S7：将数据采集卡系统、激光干涉仪测量系统分别与计算机相连，并安装相应数据输出软件，之后确认软件是否安装成功。

在完成上述操作步骤并安装调试成功后，通过机器要控制计算机来改变被测关节式机器人的运动参数和运动方式，对不同状态下的动态特性及振动位移频率进行检测即可。

下面，以某位姿下关节式机器人沿Z轴运动为例对本实用新型的操作步骤进行说明。

参见图1-2所示，本实用新型的具体操作步骤如下：

S1：调整反光镜位置使其光路平行于Z轴；

S2：调整光路转换镜组位置使其竖直光路尽量与反射镜光路重合，并保证高度上有足够的测量距离；

S3：通过调整三脚架云台的支撑张角和竖直移动旋钮来调节三脚架高度，利用三脚架云台上的水平尺调整水平；

S4：调整激光头左右方向至中间位置；

S5：调整激光头俯仰方向至水平位置；

S6：调整激光头左右位置位于调整行程中间位置；

S7：在反射镜前安上光靶，启动激光头，反复调整光路转换镜组位置，使激光打在光靶白色圆屏正中央后拿下光靶；

S8：将激光头光靶旋转到反射光光路上，按照“近处调位移，远处调角度”方法，使两束反射光在光靶白色圆屏上重合，并旋转光靶回原位后观察指示灯，反复操作，直到指示灯变为绿色，表示调整成功；

所述近处调位移，是指当被测关节式机器人移动部位移至接近激光器位置时，若激光束偏离光靶上的白色圆屏，则调整三脚架的升降和云台的平移微调控制旋钮；所述远处调角度，是指当被测关节式机器人移动部件移至远离激光器位置时，若激光光束偏离光靶上白色圆屏时，调整云台扭摆微调控制旋钮和激光器后面板的俯仰控制旋钮；初步将光路调准直后，取下反射镜前的光靶，将激光头光闸置于“较小光束孔+光标”位置。

S9：启动被测关节式机器人，使其沿Z轴直线运动，由起始位置到停止位置运动距离为400mm，在此运动过程中，观察激光头绿色指示灯是否一直保持点亮，若不能持续点亮，则按照S7、S8进行微调，直到绿色指示灯一直保持点亮状态则调整成功；

S10：结合图2所示，将激光位移传感器一2放置在距离末端执行机构夹爪二110的X向的外侧表面30的10mm的位置，使激光位移传感器绿色指示亮起，并将其固定在工作台上(此距离依据激光位移传感器的量程和安装参数而定，被检测物位移的变化范围在量程内均可，以下激光位移传感器的安装距离均以此为依据)；

S11：将激光位移传感器二3放置在距末端执行机构夹爪二110的Y方向的外侧面20的10mm的位置，使激光位移传感器绿色指示亮起，并将其固定在工作台上；

S12：被测关节式机器人运动到停止位置，将激光位移传感器三5放置在距离末端执行机构表面的末端执行机构夹爪一100的Y向上外侧面40的10mm的位置，使激光位移传感器绿色指示亮起，并将其固定在工作台上；

S13：将激光位移传感器四6放置在距末端执行机构夹爪一100的X方向上侧面50的10mm的位置，使激光位移传感器绿色指示亮起，并将其固定在工作台上；

S14：打开激光干涉仪动态测量软件和激光位移传感器数据显示软件，启动被测关节式机器人，使其从起始位置运动到停止位置，确保软件均可稳定显示检测数据，然后将被测关节式机器人调整回起始位置，准备正式检测；

S15：设定被测关节式机器人运动参数，使被测关节式机器人以较小的速度匀速运动，由起始位置运动到停止位置，进行数据采集并保存记录；

S16：以同样的速度回到初始检测位置，进行数据采集并保存记录；

S17：改变被测关节式机器人的运动参数设置，如速度值、加速度形式和负载，分别进行S15和S16实验步骤；

S18：选取不同的工作位姿重复S1至S17实验；

S19：将所有测量结果进行分类整理，相互比较，得出实验结论。

机器人应用中，可以实现通过对机器人的电机控制参数的设定来控制其运动，也可以通过对机器人整体结构设计优化来提高其运动精度，本实用新型通过以上检测，通过实验数据及结论，从而可为上述两种情况提供有力的依据。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置，其特征在于，包括：

激光干涉仪测量系统，用于关节式机器人沿X、Y、Z轴的某一方向上作主运动时，对关节式机器人末端执行机构在该主运动方向上的动态特性进行检测，包括激光头、用于将激光头发出的激光自关节式机器人末端执行机构反射回激光头的光路转换镜组以及反射镜；

位移频率采集系统，包括多个激光位移传感器，用于关节式机器人在主运动方向上运动的同时，在X、Y、Z轴的另外两个方向上采集关节式机器人末端执行机构在启动与停止阶段的振动位移频率；

数据采集卡系统，与多个所述激光位移传感器相连接，并与计算机连接，以将所述激光位移传感器采集的模拟信号转换为数字信号传送到计算机；

所述激光头与所述计算机相连接，以将其测量数据传输到计算机。

2.如权利要求1所述关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置，其特征在于，所述激光头安装在三脚架云台上。

3.如权利要求1所述关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置，其特征在于，所述光路转换镜组以及激光位移传感器固定在实验平台上，所述反射镜用磁力表座固定在机器人末端执行机构上。

4.如权利要求3所述关节式机器人末端执行机构动态特性检测装置，其特征在于，所述激光位移传感器通过传感器安装组件固定支撑在实验平台上。