一体式机器人零位三维位姿校准系统技术方案

本实用新型专利技术设计了一种机器人零位三维位姿校准系统，包括：反射体、校准器、电缆、控制器，所述的校准器是一体式的，它可以同时产生三束互相垂直的激光束并在空间相交于一点；当机器人的操作臂带动反射体到达该交点之处之后，三束激光束可以测量出反射体的表面到校准器的工作面之间的距离，由此可以同时实现机器人零位的三维位置与姿态校准。

【技术实现步骤摘要】
一体式机器人零位三维位姿校准系统
本技术涉及的是一种机器人零位校准装置，具体地，是一种一体式的机器人零位三维位姿校准装置。
技术介绍
机器人是一种开环的运动学结构，通过角度测量装置(通常是增量式码盘)得到关节转动的角度值，通过机器人运动学模型得到当前机器人末端执行器的空间位姿。由于在机器人生产过程中机械制造与装配、编码器、运动控制等环节均不可避免地存在各种误差，在机器人的使用过程中的重力形变、热变形、间隙和磨损以及其他随机误差等，机器人末端的实际空间位姿与理想值相比通常存在较大偏差，从而影响机器人的运动精度。因此，对机器人末端的实际运动精度进行精确测试，是目前所有机器人生产过程中的不可或缺的环节。其中，机器人零位三维位置与姿态校准是一种行之有效的校准方式。目前行业内已经出现一些高精度的机器人零位三维重复定位精度测试系统，例如“一种工业机器人重复定位精度测量装置”(2014101018958)、“一种用于测量工业机器人重复定位精度的测试系统”(2015100985690)、一种机器人三维重复定位精度测试系统(2017100955567)，主要是采用三个互相正交的激光位移传感器通过测量机器人末端的某个部位，或者是测量一个随动的反射体来实现机器人末端零位三维位置的重复精度测量。但是，目前这些方法存在以下问题：(1)三个传感器仍然是通过三个单独的支架来固定，一方面在安装调试过程中很难保证三个激光位移传感器互相正交并交于空间中同一点，另一方面在使用过程中很难保证三个支架的位置可靠不变，进而影响三个激光位移传感器的方向产生偏差，从而降低校准精度。(2)三个互相垂直的方向上仅有一个一维的位移传感器，仅能测量机器人末端的三维位置坐标偏差，而不能测量三个方向的姿态角度偏差。
技术实现思路
本技术针对目前已有的机器人零位校准系统存在的固定不可靠且不能校准姿态角等弊端，提出一种一体式的机器人零位三维位姿校准系统，可以显著提高系统的稳定性、显著提高校准精度和长期工作的稳定性，还可以同时实现机器人零位的三维位置与姿态两方面参数的校准。本技术是通过以下技术方案实现的：本技术提出一种一体式的机器人零位三维位姿校准系统，所述系统包括：反射体、校准器、电缆、控制器，其特殊之处在于，所述的校准器是一体式的，它可以同时产生三束互相垂直的激光束并在空间相交于一点；当机器人的操作臂带动反射体到达该交点之处之后，三束激光束可以测量出反射体的表面到校准器的工作面之间的距离，由此可以同时实现机器人零位的三维位置与姿态校准。本技术的机器人零位校准系统的特殊之处还在于，所述的校准器包括校准器本体和传感器，其中：所述的校准器本体为一体式结构，具有三个互相垂直的工作平面，围成一个内凹的测量空间，用于测量反射体的空间位置坐标与姿态角度；所述的传感器为激光位移传感器，数量为6个，每个工作平面布置两个传感器，每个工作平面上的两个传感器平行布置、距离相同，三个工作平面上的三组传感器的排列方向也互相垂直，可以分别实现三个方向的姿态角度测量与校准。本技术的机器人零位校准系统的特殊之处还在于，所述的反射体包括连接件、正方体、反射板，其中：所述的连接件为高刚性材料制成，其结构形式与机器人操作臂的末端安装形式相一致，可将反射体可靠安装于机器人操作臂的末端之上；所述的正方体为高刚性材料制成，该正方体的一个表面通过连接件与机器人操作臂末端刚性相连，并随机器人末端一同移动和转动；正方体的变长应大于校准器中每个工作平面上两个传感器的距离的两倍；所述的反射板数量为三个，分别固定于正方体的另外五个表面中的三个互相垂直的表面上，居中固定，分别正对校准器的三个工作平面；反射板为漫反射材料制成，或者表面进行漫反射处理；反射板形状为薄板形式，形状为长方形，反射板的长边方向与所对应的测量平面上两个传感器的排列方向一致，且长边的边长应大于校准器中同一测量平面上两个传感器的距离的1.5倍为宜。本技术提出一种基于上述定标器的传感器方位校准过程如下：(1)首先，将反射体安装于机器人操作臂的末端，然后操控机器人，是的操作臂的末端到达机器人坐标系统的零位；(2)然后打开控制器电源，控制器向所有6个传感器发出采样指令，同步获取6个传感器的测量值；(3)计算每个工作平面内的两个传感器的测量值的平均值，以此作为该方向的位置偏差；计算每个工作平面内的两个传感器的测量值的差值与传感器距离的比值，以此作为该方向的姿态角度偏差。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的特征、目的和优点将会变得更加清晰：图1为校准系统的组成结构示意图；图2为校准器的组成结构示意图图3为反射体的组成示意图。图中，1为反射体，2为校准器，3为电缆，4为控制器，5为机器人，6为校准器本体，7为传感器，8为连接件，9为正方体，10为反射板。具体实施方式下面结合附图和实施例做详细说明，本实施例在以本技术技术方案为前提下进行实施，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。本技术提出一种一体式机器人零位三维位姿校准系统，所述系统包括：反射体1、校准器2、电缆3、控制器4，如图1所示，其特殊之处在于，所述的校准器2是一体式的，它可以同时产生三束互相垂直的激光束并在空间相交于一点；当机器人的操作臂5带动反射体1到达该交点之处之后，三束激光束可以测量出反射体1的表面到校准器2的工作面之间的距离，由此可以同时实现机器人零位的三维位置与姿态校准。本技术的机器人零位校准系统的特殊之处还在于，所述的校准器2包括校准器本体6和传感器7，如图2所示，其中：所述的校准器本体6为一体式结构，具有三个互相垂直的工作平面，例如图2中的P1、P2和P3三个平面，围成一个内凹的测量空间，用于同时测量反射体1的空间位置坐标与姿态角度；所述的传感器7为激光位移传感器，数量为6个，每个工作平面布置两个传感器，每个工作平面上的两个传感器平行布置、距离相同，三个工作平面上的三组传感器的排列方向也互相垂直，可以分别实现三个方向的姿态角度测量与校准；例如图2中的6个激光位移和传感器分别为7-1a、7-1b、7-2a、7-2b、7-3a、7-3b，其中：传感器7-1a和7-1b布置于测量平面P1之上，平行布置，距离为d；传感器7-2a和7-2b布置于测量平面P2之上，平行布置，距离为d；传感器7-3a和7-3b布置于测量平面P3之上，平行布置，距离为d；同一个测量平面上的两个传感器的距离可取为50mm。本技术的机器人零位校准系统的特殊之处还在于，所述的反射体1包括连接件8、正方体9、反射板10，其中：所述的连接件8为高刚性材料制成，例如不锈钢等材料，其结构形式与机器人操作臂的末端安装形式相一致，例如圆柱型、法兰型等，可将反射体1可靠安装于机器人操作臂5的末端之上；所述的正方体9为高刚性材料制成，例如不锈钢等材料，该正方体9的一个表面通过连接件8与机器人操作臂5的末端刚性相连，并随机器人操作臂5末端一同移动和转动；正方体9的边长应大于校准器2中每个工作平面上两个传感器7的距离的两倍；例如上例中，两个传感器7的距离为d＝50mm，则正方体9的变长应大于100mm为宜；所述的反射板10数量为三个，分别为10-1、10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人零位三维位姿校准系统，包括：反射体、校准器、电缆、控制器，其特征是，所述的校准器是一体式的，它可以同时产生三束互相垂直的激光束并在空间相交于一点；当机器人的操作臂带动反射体到达该交点之处之后，三束激光束可以测量出反射体的表面到校准器的工作面之间的距离，由此可以同时实现机器人零位的三维位置与姿态校准。

【技术特征摘要】
1.一种机器人零位三维位姿校准系统，包括：反射体、校准器、电缆、控制器，其特征是，所述的校准器是一体式的，它可以同时产生三束互相垂直的激光束并在空间相交于一点；当机器人的操作臂带动反射体到达该交点之处之后，三束激光束可以测量出反射体的表面到校准器的工作面之间的距离，由此可以同时实现机器人零位的三维位置与姿态校准。2.根据权利要求1所述的机器人零位三维位姿校准系统，其特征是，所述的校准器包括校准器本体和传感器，其中：所述的校准器本体为一体式结构，具有三个互相垂直的工作平面，围成一个内凹的测量空间，用于测量反射体的空间位置坐标与姿态角度；所述的传感器为激光位移传感器，数量为6个，每个工作平面布置两个传感器，每个工作平面上的两个传感器平行布置、距离相同，三个工作平面上的三组传感器的排列方向也互相垂直，可以分别实现三个方向的姿态角度测量与校准。3.根据权利要求1所述的机器人零位三维...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：上海砺晟光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31