CN111981985A - 一种工业机器人末端三维位置测量仪器与方法 - Google Patents

一种工业机器人末端三维位置测量仪器与方法 Download PDF

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郭艺璇
周向东
宋宝
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熊烁
刘永兴
钟靖龙
王国栋
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Abstract

本发明公开了一种工业机器人末端三维位置测量仪器与方法，该测量仪器包括精密球、非接触式R‑test和三维移动平台，所述三维移动平台包括X、Y、Z三个方向的移动平台，用于提供较大的测量范围；所述非接触式R‑test包括三个方向的传感器，非接触式R‑test在三维移动平台的带动下运动，用于在较小的范围内测量得到安装在机器人末端的精密球的三维位置。该测量方法包括以下步骤：步骤一，设置测量仪器的零位位置；步骤二，测量工业机器人处于第m个位姿时的末端三维位置。本发明解决了现有测量仪器精测精度低、测量范围受限的问题，具有测量精度高、测量范围大、操作简单等特点，能够满足工业机器人的测量需求。

Description

一种工业机器人末端三维位置测量仪器与方法
技术领域
本发明属于工业机器人测量技术领域，具体涉及一种工业机器人末端三维位置测量仪器与方法。
背景技术
工业机器人末端的三维位置可以用于评估机器人的精度特性及用于机器人运动学标定。目前，常用于测量机器人末端三维位置的测量仪器是激光跟踪仪和Dynalog的线缆式测量***。激光跟踪仪测量时将靶镜安装至机器人的末端，通过主体发射和接收激光束测量得到靶镜中心的三维位置；Dynalog的线缆式测量***在测量时，将四根线缆集中到自带的工具爪中，工具爪安装在机器人末端，其通过编码器读取四根缆线长度值获得机器人末端的三维位置。
现有技术中存在的主要问题和缺陷包括：
Dynalog的线缆式测量***测量精度低，只有0.3mm，不能用于精度较高的机器人末端位置的测量，且缆线容易损坏，维修成本高；激光跟踪仪测量精度为0.01mm/m，测量精度较高，但是其在测量过程中需要将靶镜正对激光束，限制了机器人的姿态，且需要专业人员在测量过程中进行干涉。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题和缺陷，本发明提供了一种工业机器人末端三维位置测量仪器与方法，解决了现有测量仪器精测精度低、测量范围受限的问题，具有测量精度高、测量范围大、操作简单等特点，能够满足工业机器人的测量需求。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种工业机器人末端三维位置测量仪器，该测量仪器包括精密球、非接触式R-test和三维移动平台，所述三维移动平台包括X、Y、Z三个方向的移动平台，用于提供较大的测量范围；所述非接触式R-test包括三个方向的传感器，非接触式R-test在三维移动平台的带动下运动，用于在较小的范围内测量得到安装在机器人末端的精密球的三维位置。
优选地，所述三维移动平台的精度为0.01mm。
优选地，所述非接触式R-test的精度为0.02mm。
优选地，所述精密球的粗糙度精度为0.1μm。
优选地，所述非接触式R-test的传感器均选用基恩士H050激光位移传感器。
优选地，所述三维移动平台的量程根据工业机器人的体型确定。
一种工业机器人末端三维位置测量方法，采用上述的一种工业机器人末端三维位置测量仪器进行测量，包括以下步骤：
步骤一，设置测量仪器的零位位置；
步骤二，测量工业机器人处于第m个位姿时的末端三维位置。
进一步地，步骤一的具体过程如下：
将精密球安装至工业机器人的末端，移动三维移动平台带动R-test测量精密球，并使得R-test的三个传感器都有读数，记录此时球心在R-test坐标系中的三维位置，并将此时测量仪器所在的位置设置成零位。
进一步地，步骤二的具体过程如下：
移动三维移动平台带动R-test测量处于第m个位姿时的精密球，记录此时球心在R-test坐标系中的三维位置，则工业机器人末端的三维位置通过下式计算得到：
Pm＝(TPm-TP0)+(RPm-RP0)；
其中，Pm为工业机器人处于第m个位姿时的末端在测量仪器中的坐标，TP0和TP m分别为三维移动平台在工业机器人零位和第m个位姿时在三维移动平台中的坐标，RP0和RPm分别为非接触式R-test在工业机器人零位和第m个位姿时的末端在R-test中的坐标。
优选地，测量结果用于评估工业机器人的精度性能或应用于工业机器人运动学参数标定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明采用三维移动平台，能够提供较大的测量范围，非接触式R-test在较小的范围内测量得到安装在机器人末端的精密球的三维位置，可根据机器人的体型调换三维移动平台的量程，由此解决现有测量仪器由于精测精度低、测量范围受限的问题，具有测量精度高、测量范围大等特点。
(2)本发明还可以测量机器人的三维圆度误差，为多方面评估机器人的精度性能提供相应支持，同时还可应用于机器人运动学参数标定中，成本较现有测量仪器低，操作简单，可以推广应用到工业机器人用户中，给实际生产带来很大便利。
附图说明
图1是本发明所提供的一种工业机器人末端三维位置测量仪器的结构组成示意图。
图2是非接触式R-test的构型图。
图3是本发明实施例所提供的一种工业机器人末端三维位置测量方法的流程图。
图4是本发明实施例所提供的机器人末端测量点的分布图。
附图标记说明：1、三维移动平台；2、非接触式R-test；3、精密球；2-1、第一传感器；2-2、第二传感器；2-3、第三传感器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
一方面，如图1和图2所示，本发明提供了一种工业机器人末端三维位置测量仪器，该测量仪器包括精密球3、非接触式R-test 2和三维移动平台1，所述三维移动平台1包括X、Y、Z三个方向的移动平台，用于提供较大的测量范围；所述非接触式R-test 2包括三个方向的传感器，分别是第一传感器2-1、第二传感器2-2、第三传感器2-3，非接触式R-test 2在三维移动平台1的带动下运动，用于在较小的范围内测量得到安装在机器人末端的精密球3的三维位置。
所述三维移动平台的精度为0.01mm。
所述非接触式R-test的精度为0.02mm。
所述精密球的粗糙度精度为0.1μm。
所述非接触式R-test的传感器均选用基恩士H050激光位移传感器。
所述三维移动平台的量程根据工业机器人的体型确定。
另一方面，本发明还提供了一种工业机器人末端三维位置测量方法，采用上述的一种工业机器人末端三维位置测量仪器进行测量，包括以下步骤：
步骤一，设置测量仪器的零位位置；
步骤二，测量工业机器人处于第m个位姿时的末端三维位置。
步骤一的具体过程如下：
将精密球安装至工业机器人的末端，移动三维移动平台带动R-test测量精密球，并使得R-test的三个传感器都有读数，记录此时球心在R-test坐标系中的三维位置，并将此时测量仪器所在的位置设置成零位。
步骤二的具体过程如下：
移动三维移动平台带动R-test测量处于第m个位姿时的精密球，记录此时球心在R-test坐标系中的三维位置，则工业机器人末端的三维位置通过下式计算得到：
Pm＝(TPm-TP0)+(RPm-RP0)；
其中，Pm为工业机器人处于第m个位姿时的末端在测量仪器中的坐标，TP0和TPm分别为三维移动平台在工业机器人零位和第m个位姿时在三维移动平台中的坐标，RP0和RPm分别为非接触式R-test在工业机器人零位和第m个位姿时的末端在R-test中的坐标。
测量结果用于评估工业机器人的精度性能或应用于工业机器人运动学参数标定。
实施例
如图3所示，采用本发明提供的一种工业机器人末端三维位置测量仪器进行测量，包括如下测量步骤：
(1)设置测量仪器的零位位置。
将精密球安装至工业机器人的末端，移动三维移动平台带动非接触式R-test测量精密球，并使得非接触式R-test的三个传感器都有读数，记录此时球心在非接触式R-test坐标系中的三维位置，并将此时测量仪器所在的位置设置成零位。
(2)测量机器人处于第m个位姿时的末端三维位置。
移动三维移动平台带动非接触式R-test测量处于第m个位姿时的精密球，记录此时球心在非接触式R-test坐标系中的三维位置，则机器人末端的三维位置可以通过下式计算得到：
Pm＝(TPm-TP0)+(RPm-RP0)
其中，Pm为机器人处于第m个位姿时的末端在测量仪器中的坐标，TP0和TPm分别为三维移动平台在机器人零位和第m个位姿时在三维移动平台中的坐标，RP0和RPm分别为R-test在机器人零位和第m个位姿时的末端在R-test中的坐标。
以华中数控6012工业机器人为例，其位置测量步骤如下：
步骤1)：设置测量仪器的零位位置为(0,0,0)；
步骤2)：在机器人灵活工作空间内规划50个测量位姿，测量点的名义位置如图4所示，用测量仪器测量机器人处于第m个位姿时的位置，记录三维移动平台和非接触式R-test的位移值，最终得到工业机器人的末端三维位置如表1所示。
表1测量得到的工业机器人三维位置
Figure BDA0002658683490000051
Figure BDA0002658683490000061
Figure BDA0002658683490000071
本发明所提供的一种工业机器人末端三维位置测量仪器，其测量范围可根据机器人体型的大小改变，对于体型较大的机器人，可将非接触式R-test安装在量程较大的三维移动平台上；对于体型较小的机器人，可换成量程较小的三维移动平台，操作简单，具有很高的柔性，既可用于评测机器人的精度，也可用于机器人的运动学参数标定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工业机器人末端三维位置测量仪器，其特征在于：该测量仪器包括精密球、非接触式R-test和三维移动平台，所述三维移动平台包括X、Y、Z三个方向的移动平台，用于提供较大的测量范围；所述非接触式R-test包括三个方向的传感器，非接触式R-test在三维移动平台的带动下运动，用于在较小的范围内测量得到安装在机器人末端的精密球的三维位置。
2.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端三维位置测量仪器，其特征在于：所述三维移动平台的精度为0.01mm。
3.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端三维位置测量仪器，其特征在于：所述非接触式R-test的精度为0.02mm。
4.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端三维位置测量仪器，其特征在于：所述精密球的粗糙度精度为0.1μm。
5.根据权利要求1所述的一种工业机器人末端三维位置测量仪器，其特征在于：所述非接触式R-test的传感器均选用基恩士H050激光位移传感器。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种工业机器人末端三维位置测量仪器，其特征在于：所述三维移动平台的量程根据工业机器人的体型确定。
7.一种工业机器人末端三维位置测量方法，其特征在于：采用上述如权利要求1-6中任一项所述的一种工业机器人末端三维位置测量仪器进行测量，包括以下步骤：
步骤一，设置测量仪器的零位位置；
步骤二，测量工业机器人处于第m个位姿时的末端三维位置。
8.根据权利要求7所述的一种工业机器人末端三维位置测量方法，其特征在于：步骤一的具体过程如下：
将精密球安装至工业机器人的末端，移动三维移动平台带动R-test测量精密球，并使得R-test的三个传感器都有读数，记录此时球心在R-test坐标系中的三维位置，并将此时测量仪器所在的位置设置成零位。
9.根据权利要求7所述的一种工业机器人末端三维位置测量方法，其特征在于：步骤二的具体过程如下：
移动三维移动平台带动R-test测量处于第m个位姿时的精密球，记录此时球心在R-test坐标系中的三维位置，则工业机器人末端的三维位置通过下式计算得到：
Pm＝(TPm-TP0)+(RPm-RP0)；
其中，Pm为工业机器人处于第m个位姿时的末端在测量仪器中的坐标，TP0和TPm分别为三维移动平台在工业机器人零位和第m个位姿时在三维移动平台中的坐标，RP0和RPm分别为非接触式R-test在工业机器人零位和第m个位姿时的末端在R-test中的坐标。
10.根据权利要求7-9中任一项所述的一种工业机器人末端三维位置测量方法，其特征在于：测量结果用于评估工业机器人的精度性能或应用于工业机器人运动学参数标定。
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