一种高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置制造方法及图纸

一种高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置。其特征在于：包括测量球模块、激光测量模块，所述测量球模块包括支撑杆、三轴姿态角传感器、测量球、第一主控制器；所述激光测量模块包括底座支架、安装板、4个激光位移传感器、第二主控制器。其优点在于将激光测量模块置于机器人执行末端工作运行轨迹上的某个点位置，测量球模块安装在机器人末端执行器，随着机器人末端执行器重复轨迹时，测量球模块均会经过激光测量模块，每经过一次，就进行一次空间坐标测量，对机器人末端执行器的运行轨迹误差进行一次修正，从而消除惯性测量带来的累计误差，提高运动轨迹追踪测量精度，保证运动轨迹的长期稳定性。

A high-precision tracking and correcting device for tracking and tracking space motion trajectory

A high-precision tracking and correcting device for tracking and tracking space motion trajectory. Includes ball module, laser measurement module, the measuring ball module comprises a supporting rod, three axis attitude angle sensor, measuring ball, the first main controller; the laser measuring module includes a base frame, a mounting plate, 4 laser displacement sensor, second main controller. The utility model has the advantages of the laser measurement module in the robot performs a position trajectory at the end of the work, the ball module is mounted on the end effector of the robot with the actuator, the end effector of a robot trajectory repeated, the ball will module after laser measurement module, after each time, is a space coordinate measurement of. A modified trajectory error of the end effector of a robot, so as to eliminate the accumulated error brought by the inertial measurement, improve the track precision, ensure the long-term stability of the trajectory.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置
本技术涉及一种高精度空间轨迹姿态追踪
，具体涉及一种高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置。
技术介绍
多自由度工业机器人执行末端的空间运行轨迹及其姿态是工业机器人的一项非常重要的技术指标，但是由于目前缺乏工业机器人执行末端的空间运行轨迹及其姿态理想检测装置，难以实现工业机器人执行末端的空间运行轨迹及其姿态的在线实时精确追踪和测量，从而使目前工业机器人无法通过直接测量执行末端运行轨迹和姿态来实现全闭环伺服控制来达到较高的控制精度，而只能依靠半闭环伺服控制和极高的机械精度来保证执行末端的空间运行轨迹及其姿态精度，因此在控制精度及其控制鲁棒性上受到了极大的限制。现在工业机器人运行轨迹重复定位精度测量主要采用激光跟踪仪对安装在机器人机械臂末端的反射球的球心空间坐标位置进行实时在线跟踪测量来实现运动轨迹的全轨迹测量，空间轨迹检测定位精度高，响应速度快，并且可同时测出空间运行线速度和加速度。但该设备价格昂贵，高达数十万欧元，且测试空间轨迹存在激光探测盲区，测量装置结构复杂，体积庞大，测试过程繁琐，因此只能应用于检测站实验室标定，而无法直接集成到工业机器人的现场在线轨迹测量反馈系统中。近年来，随着惯性检测技术的发展，出现了一些基于惯性传感器的空间轨迹检测装置，相对于激光跟踪仪惯性空间轨迹检测装置具有成本低、体积小、易于集成等优点。但是，由于惯性传感器的工作原理决定了其测量过程会存在较大的累计误差，当长时间测量时其累计误差会达到无法接受的程度。而目前对于惯性控制轨迹测量结果的修正大多采用GPS或机器视觉来进行辅助修正，其修正精度不高，从而使其难以满足工业机器人的控制精度要求。
技术实现思路
为了克服
技术介绍
的不足，本技术提供一种高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置，解决现有装置修正精度不高，难以满足工业机器人控制精度要求的问题。本技术所采用的技术方案：一种高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置，涉及机器人末端执行器及机器人控制器；包括测量球模块、激光测量模块；所述测量球模块包括支撑杆、三轴姿态角传感器、测量球、第一主控制器，所述支撑杆一端安装在机器人末端执行器，另一端连接测量球，所述三轴姿态角传感器安装在支撑杆连接测量球的一端，且处于测量球的中心位置；所述激光测量模块放置在机器人末端执行器工作运行轨迹的任意测量点位置，包括底座支架、安装板、4个激光位移传感器、第二主控制器，所述安装板固定在底座支架，其中3个激光位移传感器安装在所述安装板的其中一侧面，剩下的1个激光位移传感器安装在所述安装板的另一侧面，4个激光位移传感器的测量光轴相交于一个交点，且各个激光位移传感器到该交点的距离均相等；所述三轴姿态角传感器连接第一主控制器，第一控制器通过数据通讯模块连接第二主控制器，4个所述激光位移传感器通过AD转换模块连接第二主控制器,所述第二主控制器连接机器人控制器；所述测量球模块能伸入激光测量模块，并将测量球与激光位移传感器测量光轴的交点重合。所述支撑杆采用磁性材料，所述支撑杆与测量球之间通过磁性连接。所述支撑杆连接测量球的一端呈锥形结构。所述支撑杆中心设有通孔，呈中空结构。所述支撑杆一端设有法兰，与机器人末端执行器通过法兰连接。所述底座支架固定安装在一个磁力座上。所述安装板上设有防撞板，弹性支撑件；所述防撞板通过弹性支撑件安装在安装板上，且其中心开设有与激光位移传感器的交点对应的开口，且开口略大于支撑杆，可供支撑杆穿过；所述安装板还设有光电开关，所述光电开关连接第二主控制器。所述安装板上还设有温度传感器，所述温度传感器通过变送器连接第二主控制器。所述数据通讯模块为蓝牙通讯模块。所述三轴姿态角传感器、第一主控制器、数据通讯模块均通过锂电池供电电源模块进行供电。本技术的有益效果是：将激光测量模块置于机器人执行末端工作运行轨迹上的某个点位置，测量球模块安装在机器人末端执行器，随着机器人末端执行器重复轨迹时，测量球模块均会经过激光测量模块，每经过一次，就进行一次空间坐标测量，对机器人末端执行器的运行轨迹误差进行一次修正，从而消除惯性测量带来的累计误差，提高运动轨迹追踪测量精度，保证运动轨迹的长期稳定性。附图说明图1为本技术实施例高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置结构示意图。图2为本技术实施例测量球模块与激光测量模的结构示意图。图3为本技术实施例测量球模块的结构示意图。图4为本技术实施例激光测量模的结构示意图。图5为本技术实施例测量球原理框图。图6为本技术实施例激光测量模原理框图。图中1-测量球模块，11-支撑杆，12-三轴姿态角传感器，13-测量球，14-法兰，2-激光测量模块，21-底座支架，22-安装板，23-激光位移传感器，24-磁力座，25-防撞板，251-开口，26-弹性支撑件，27-光电开关，28-温度传感器，3-机器人末端执行器，4-机器人控制器，5-机器人机械臂，6-工作运行轨迹。具体实施方式下面结合附图对本技术实施例作进一步说明：如图1所示，一种高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置，涉及机器人末端执行器3、机器人控制器4、测量球模块1、激光测量模块2。所述机器人末端执行器3连接机器人机械臂5，带动机器人机械臂5按工作运行轨迹6不断重复动作，机器人控制器4用于控制机器人末端执行器3沿工作运行轨迹6工作，并能够对机器人末端执行器3的工作运行轨迹6上出现的误差进行修正。如图所示，所述测量球模块1包括支撑杆11、三轴姿态角传感器12、测量球13、第一主控制器，所述支撑杆11一端安装在机器人末端执行器3，另一端连接测量球13，所述三轴姿态角传感器12安装在支撑杆11连接测量球13的一端，且处于测量球13的中心位置；所述激光测量模块2放置在机器人末端执行器3的工作运行轨迹的任意测量点位置，所述激光测量模块2包括底座支架21、安装板22、4个激光位移传感器23、第二主控制器，所述安装板22固定在底座支架21，其中3个激光位移传感器23安装在所述安装板22的其中一侧面，剩下的1个激光位移传感器23安装在所述安装板22的另一侧面，4个激光位移传感器23的测量光轴相交于一个交点，且各个激光位移传感器23到该交点的距离均相等。其中，所述三轴姿态角传感器12连接第一主控制器，三轴姿态角传感器12能将测量球13的球心当前XYZ轴空间姿态角度、角速度、角加速度等参数进行实时检测，并将实时数据传输给第一主控制器，从而实时计算出测量球13的球心运行轨迹数据，第一主控制器通过数据通讯模块连接第二主控制器，将得到的球心运行轨迹数据传输给第二主控制器；同时，当测量球模块1伸入激光测量模块2内时，测量球13与交点对应，4个所述激光位移传感器23能将激光打到测量球13上得到激光位移传感器23到测量球13的距离，然后AD转换模块传输给第二主控制器，最终得到测量球13的球心位置，并计算出误差；第二主控制器连接机器人控制器4，能将得到及计算出的信息反馈给机器人控制器4，从而机器人控制器4通过得到的信息数据进行自我修正，消除误差。其中，在测量测量球13的球心位置的位置时，以4个激光位移传感器23的测量光轴相交的交点作为原点，并将测量球的球心与原点重合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置，涉及机器人末端执行器（3）及机器人控制器（4）；其特征在于：包括测量球模块（1）、激光测量模块（2）；所述测量球模块（1）包括支撑杆（11）、三轴姿态角传感器（12）、测量球（13）、第一主控制器，所述支撑杆（11）一端安装在机器人末端执行器（3），另一端连接测量球（13），所述三轴姿态角传感器（12）安装在支撑杆（11）连接测量球（13）的一端，且处于测量球（13）的中心位置；所述激光测量模块（2）放置在机器人末端执行器（3）工作运行轨迹的任意测量点位置，包括底座支架（21）、安装板（22）、4个激光位移传感器（23）、第二主控制器，所述安装板（22）固定在底座支架（21），其中3个激光位移传感器（23）安装在所述安装板（22）的其中一侧面，剩下的1个激光位移传感器（23）安装在所述安装板（22）的另一侧面，4个激光位移传感器（23）的测量光轴相交于一个交点，且各个激光位移传感器（23）到该交点的距离均相等；所述三轴姿态角传感器（12）连接第一主控制器，第一控制器通过数据通讯模块连接第二主控制器，4个所述激光位移传感器（23）通过AD转换模块连接第二主控制器, 所述第二主控制器连接机器人控制器（4）；所述测量球模块（1）能伸入激光测量模块（2），并将测量球（13）与激光位移传感器（23）测量光轴的交点重合。...

【技术特征摘要】
1.一种高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置，涉及机器人末端执行器（3）及机器人控制器（4）；其特征在于：包括测量球模块（1）、激光测量模块（2）；所述测量球模块（1）包括支撑杆（11）、三轴姿态角传感器（12）、测量球（13）、第一主控制器，所述支撑杆（11）一端安装在机器人末端执行器（3），另一端连接测量球（13），所述三轴姿态角传感器（12）安装在支撑杆（11）连接测量球（13）的一端，且处于测量球（13）的中心位置；所述激光测量模块（2）放置在机器人末端执行器（3）工作运行轨迹的任意测量点位置，包括底座支架（21）、安装板（22）、4个激光位移传感器（23）、第二主控制器，所述安装板（22）固定在底座支架（21），其中3个激光位移传感器（23）安装在所述安装板（22）的其中一侧面，剩下的1个激光位移传感器（23）安装在所述安装板（22）的另一侧面，4个激光位移传感器（23）的测量光轴相交于一个交点，且各个激光位移传感器（23）到该交点的距离均相等；所述三轴姿态角传感器（12）连接第一主控制器，第一控制器通过数据通讯模块连接第二主控制器，4个所述激光位移传感器（23）通过AD转换模块连接第二主控制器,所述第二主控制器连接机器人控制器（4）；所述测量球模块（1）能伸入激光测量模块（2），并将测量球（13）与激光位移传感器（23）测量光轴的交点重合。2.根据权利要求1所述的高精度空间运动轨迹姿态追踪测量修正装置，其特征在于：所述支撑杆（11）采用磁性材料，所述支撑杆（11）与测量球（13）之间通过磁性连接。3.根据权利要求2所述的高精度空...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛光明，孔向东，
申请(专利权)人：温州大学瓯江学院，
类型：新型
国别省市：浙江,33