CN210704907U - 一种工业机器人末端位置检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种工业机器人末端位置检测装置。样板基座水平固定，样板基座上自下而上依次安装有电动平移台、电动旋转台、电动升降台和标准样板，电动平移台沿水平方向平移，电动升降台带动标准样板沿竖直方向上下升降，电动旋转台带动电动升降台和标准样板绕竖直轴旋转，标准样板的表面均匀划分网格形成网格面，工业机器人的末端工装正对网格面设置，末端工装包括末端法兰盘和固定安装在末端法兰上的三个激光位移传感器，其中一个激光位移传感器的激光出射点与工业机器人末端法兰盘的中心重合。本实用新型可以在样板的水平位移、升降移动、旋转移动下实现精密定位空间中的位置坐标。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业机器人末端位置检测装置，具体涉及一种工业机器人末端位置检测装置。
背景技术
在经历四十多年的改革开放，中国的发展进入了新阶段，急需从传统的中国制造转变为中国创造。在这一背景下，工业机器人扮演了重要的角色，工业机器人是当今先进制造业领域不可或缺的自动化机电设备，机器人和自动化产业将成为未来我国高端制造业发展的主流方向，并在产业转型和结构调整中发挥重要的作用。
工业机器人定位精度的误差来源分为绝对定位精度和重复定位精度，而工业机器人具有相当高的重复定位精度，但绝对定位精度相对较低。目前主要通过三坐标测量、激光跟踪仪等手段，对工业机器人的性能及精度进行检测。
原先采用的三坐标测量方法，虽然也有较高的精度，但是其占用的空间相对较大，成本也相对较高。而激光跟踪仪法，它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量。但是由于其价格昂贵、存在检测死角等问题，也不适用于大部分企业。
实用新型内容
为了解决现有的检测设备存在的缺点和不足，本实用新型目的在于提供一种多功能普适性的工业机器人末端工装位置检测装置，可用于对工业机器人末端装置位置标定检测，或用于对工业机器人的位姿进行检测。
为了实现上述目的，本实用新型提供了如下的技术方案：
本实用新型包括工业机器人的末端工装、标准样板、样板基座、电动升降台、电动旋转台和电动平移台，样板基座水平固定，样板基座上自下而上依次安装有电动平移台、电动旋转台、电动升降台和标准样板，电动平移台沿水平方向平移，电动旋转台安装在电动平移台上，电动升降台的下端与电动旋转台固定连接，电动升降台的上端与标准样板固定连接，电动升降台带动标准样板沿竖直方向上下升降，电动旋转台带动电动升降台和标准样板绕竖直轴旋转，标准样板的平移运动方向与竖直运动方向位于同一平面内。
标准样板的表面均匀划分网格形成网格面，工业机器人的末端工装正对网格面设置，末端工装包括末端法兰盘和固定安装在末端法兰上的三个激光位移传感器，每个激光位移传感器沿径向设置，三个激光位移传感器沿末端法兰盘的周向依次均匀间隔固定，其中一个激光位移传感器的激光出射点与工业机器人末端法兰盘的中心重合，其余两个激光位移传感器的激光出射点设置在远离末端法兰盘的一端，三个激光位移传感器的激光出射点位于同一平面且朝向网格面设置。
所述的样板基座为长方体框架，长方体框架内固定有多个相互平行的长方体隔断，电动平移台固定在相邻两个长方体隔断上，电动平移台带动标准样板沿长方体隔断的长度方向水平移动。
每个激光位移传感器通过安装板固定安装在末端法兰上，安装板为L型板，L型板的水平板固定在末端法兰盘上，L型板的竖直板的外侧面固定激光位移传感器。
所述的网格面的每个网格大小为10mm×10mm。
所述的工业机器人采用六轴机器人。
与背景技术相比，本实用新型具有的优点是：
本实用新型适用于不同工业机器人的轨迹特性检测，降低了检测的成本。
本实用新型通过标准样板的多姿态移动，多姿态移动是指样板的水平位移、升降移动、旋转移动，可以用于精密定位空间中的位置坐标，从而提高工业机器人的定位精度。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本实用新型的限制。
在附图中：
图1为工业机器人末端装置的正等测图。
图2为装配激光位移传感器后的工业机器人末端装置的示意图。
图3为多功能标准样板的正等测图。
图4为工业机器人与多功能标准样板的具体实施过程示意图。
图5为本实用新型的检测说明示意图。
图中：1、标准样板，2、样板基座，3、电动升降台，4、电动旋转台，5、电动平移台，6、长方体隔断，7、工业机器人，8、工业机器人末端装置，9、激光位移传感器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。本装置可用于机器人的末端位置检测，利于后续实验的进行。
如图2所示，多功能标准样板1包括样板基座2，样板基座2为长方体，内有四个相同长方体6隔断，在样板基座2上方有一个长方体电动平移台5，可使标准样板1进行左右平移移动。电动升降台3、电动旋转台4、电动平移台5共同构成多功能标准样板运动装置A。
长方体电动平移台5的底面与样板基座2相连接，在长方体电动平移台5上方是一个可伸缩的电动升降台3，可使标准样板1进行上下平移移动；所述可伸缩电动升降台3上方是一个电动旋转台4，可使标准样板1进行旋转运动，上述电动平移台5、电动升降台3、电动旋转台4组成的标准样板B姿态调整单元由各自电机驱动，使标准样板1在实验过程中可进行多姿态调整。电动旋转台4上方是一块标准样板1，样板上以1cm2为单位划分网格，以作为实验读数检测使用。
如图1所示，工业机器人7的末端工装8可安装三个激光位移传感器，且使一个激光位移传感器的激光出射点与工业机器人7的六轴法兰盘中心重合。工业机器人的末端工装8可安装三个激光位移传感器，且使一个激光位移传感器的激光出射点与工业机器人六轴法兰盘中心重合，从而保证机器人末端安装有三个位移传感器且需要保证有一个传感器的光点从机器人末端法兰盘中心点出射，可助于后续坐标系关系的转换。
如图3所示，本实用新型的具体工作过程如下：
工业机器人7采用六轴机器人结构，从基座到工业机器人的末端的六个轴分别作为1～6轴。工业机器人7具有六个自由度，三个线性方向，三个转动方向。1轴方向在实验过程中保持不动。三个位移传感器(B、C、D)装在末端执行器上，其中位移传感器B的方向与法兰盘的中心重合。
S1：建立工业机器人7的基坐标系(X1,Y1,Z1)，以工业机器人7的基座为原点，基座所固定的平面为XY平面，其中将工业机器人7正对标准样板1的方向作为X轴正方向，垂直于X轴的方向作为Y轴，垂直于XY平面向上的轴为Z轴。
S2：由于工业机器人的末端安装的三个激光位移传感器激光出射点在同一个平面，在获得各自与多功能标准样板的距离后，可通过调整标准样板的姿态使标准样板与激光位移传感器出射点所在平面平行，此时三个激光位移传感器的位移读数相同。
建立样板坐标系(X2,Y2,Z2)，样板坐标系的确定具体是：在5轴垂直时，设位移传感器B照射在标准样板位置上的点为样板坐标系的原点O2。样板坐标系的X2、Y2、Z2轴分别平行于基坐标系(X1,Y1,Z1)的X1轴、Y1轴和Z1轴，且正方向一致。标准样板1可以进行上下，左右的移动，也可以进行一定角度的旋转。在标准样板上设有网格图，便于采点读数。
S3：计算机控制工业机器人7运动，在标准样板1上找到从法兰盘中心射出激光的传感器B出射光线光点的位置，再通过电动平移台5和电动升降台3分别调节样板水平和垂直方向的移动距离(样板的水平和垂直位移移动的最小单位为0.5mm)，使光点的位置移动到网格的交点处(为了更准确的读取光点在样板上的坐标)，记录样板水平和垂直位移的距离。此时采样点与初始点之间的距离，可根据它们中间相差的网格数来确定，每一网格的距离为10mm，利用TO点(T0点为B传感器在标准样板上的光点)的Z轴坐标加上或减去样板上下偏移的距离，根据倒推法获得采样点末端实际Z轴的坐标，而X轴的坐标也是根据倒推法由初始点TO的X轴坐标减去激光位移传感器的读数和末端工装装置长度，即为采样点实际机器人末端的X轴坐标。根据本实验方案，当一轴为90°时，理论上Y轴的坐标保持不变为0。而实际上存在误差，而误差即为光点水平距离初始点距离，从而就能得到E机器人末端中心点在机器人基坐标系下的实际空间坐标，实现对机器人末端位置的检测。
实施例一：
如图5所示，D0表示基坐标系的原点O1与机器人末端在x轴方向上的距离，D1表示机器人末端到三个位移传感器所在平面的在x轴方向上的距离，D2是在x轴方向上，位移传感器的三个出射点形成的平面与标准样板之间的距离。
工业机器人在关节角为(0，0，0，0，90，0)时，通过移动标准样板1，使位移传感器B激光照射点与网格的某个交点处重合，将重合处的点作为样板坐标系的原点O2。
基坐标系下工业机器人在Z1轴方向上的投影高度为D3＝715.0mm，在X1轴方向上，D0＝420.0mm，对于末端工装装置在三坐标测量机上对其尺寸进行测量，得到D1＝150.3mm，此时激光位移传感器的读数为-23.5mm，
实施例中选取的激光位移传感器的读数方式具体是：当显示示数为0的时候，实际测得的位移数据为600mm，若显示示数为X时，最终实际测得的位移数据为(600-X)mm。故此时激光位移传感器的实际读数为600-(-23.5mm)＝623.5mm，所以D2＝623.5mm。
因此，样板坐标系的原点O2在基座标系下的X轴坐标为(D0+D1+D2)＝1193.8mm，所以此时原点O2的坐标为(1193.8,0.0,715.0)。
(1)首先选取关节角为(0，0，30，0，60，0)的坐标点为第一个采样点，控制工业机器人7移动到此位置。
(2)移动标准样板1，通过电动平移台5和电动升降台3将位移传感器B激光照射点T0移动到最近的网格点，在此过程中，标准样板1向右移动8格，上下移动0格，达到网格点，电机的最小移动单位为0.5mm，即向右移动了4mm，上下为0.00mm。此时标准样板1上位移传感器B激光照射点T0在原点O2的右边1格，上15格。
(3)记录激光位移传感器B的读数为-99.4mm，采用倒推法即可得到TO的坐标：
X坐标为：1193.8-699.4-150.3＝344.1mm
Y坐标为：-10+4.0＝-6.0mm(T0在原点02的右边1格，1格为1cm，右边为负方向，因此为-10mm)
Z坐标为：715.00+150.00＝865.0mm
即此时TO(344.1，-6.0，865.0)
(4)记录下关节角及其对应的实际坐标值。
(5)选取不同的采样点，进行20组实验，记录下每个采样点的关节角与实际坐标。
(6)分别一轴为90°、-90°的情况下各选取15个点进行试验，记录下采样点的关节角与实际坐标。(由于在一轴为90°、-90°情况下实验检测原理方法与一轴为0°时完全相同，在此不再具体描述)通过将机器人末端执行器与标准样板相配套，利用激光位移传感器选取一系列采集点，进而通过倒推得出工业机器人末端装置实际坐标，将工业机器人末端装置实际坐标再与计算机得到的标准坐标进行对比，从而得到实际与标准估计之间的误差，再根据误差对它们之间的不确定度进行后续评判。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种工业机器人末端位置检测装置，其特征在于：包括工业机器人(7)的末端工装(8)、样板(1)、样板基座(2)、电动升降台(3)、电动旋转台(4)和电动平移台(5)，
样板基座(2)水平固定，样板基座(2)上自下而上依次安装有电动平移台(5)、电动旋转台(4)、电动升降台(3)和样板(1)，电动平移台(5)沿水平方向平移，电动旋转台(4)安装在电动平移台(5)上，电动升降台(3)的下端与电动旋转台(4)固定连接，电动升降台(3)的上端与样板(1)固定连接，电动升降台(3)带动样板(1)沿竖直方向上下升降，
电动旋转台(4)带动电动升降台(3)和样板(1)绕竖直轴旋转，样板(1)的平移运动方向与竖直运动方向位于同一平面内；
样板(1)的表面均匀划分网格形成网格面，工业机器人(7)的末端工装(8)正对网格面设置，末端工装(8)包括末端法兰盘和固定安装在末端法兰上的三个激光位移传感器(9)，每个激光位移传感器(9)沿径向设置，三个激光位移传感器(9)沿末端法兰盘的周向依次均匀间隔固定，其中一个激光位移传感器(9)的激光出射点与工业机器人(7)末端法兰盘的中心重合，其余两个激光位移传感器(9)的激光出射点设置在远离末端法兰盘的一端，三个激光位移传感器(9)的激光出射点位于同一平面且朝向网格面设置。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端位置检测装置，其特征在于：所述的样板基座(2)为长方体框架，长方体框架内固定有多个相互平行的长方体隔断(6)，电动平移台(5)固定在相邻两个长方体隔断(6)上，电动平移台(5)带动样板(1)沿长方体隔断(6)的长度方向水平移动。
3.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端位置检测装置，其特征在于：每个激光位移传感器(9)通过安装板固定安装在末端法兰上，安装板为L型板，L型板的水平板固定在末端法兰盘上，L型板的竖直板的外侧面固定激光位移传感器。
4.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端位置检测装置，其特征在于：
所述的网格面的每个网格大小为10mm×10mm。
5.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端位置检测装置，其特征在于：所述的工业机器人(7)采用六轴机器人。
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