工业机器人运动学标定系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种工业机器人运动学标定系统，包括双球装置、三球座装置、末端测量装置、计数器和计算机等；所述双球装置相对于机器人的基座可移动设置，所述三球座装置相对于机器人的基座固定设置，所述末端测量装置通过机器人法兰与机器人连接，所述末端测量装置经计数器与计算机连接，所述计算机与机器人连接。本实用新型专利技术的工业机器人运动学标定系统具有便携、低成本、测量范围大、精度可靠、操作方便等优点，在使用时能有效提高机器人的绝对定位精度，从而有利于拓宽机器人在精密制造中的应用。应用。应用。

【技术实现步骤摘要】
工业机器人运动学标定系统


[0001]本技术涉及一种机器人标定装置，特别涉及一种工业机器人运动学标定系统，属于机器人运动学标定领域。

技术介绍

[0002]目前，工业机器人通常具有较高重复定位精度，但其绝对定位精度偏低，这制约了了机器人在精密制造等领域中的应用。这主要由工业机器人的制造、安装及磨损误差引起，导致机器人实际运动学参数偏离机器人控制器中预设的理论值，从而造成机器人绝对定位精度的降低。机器人运动学标定是提高机器人绝对定位精度的有效方法。
[0003]此外，机器人基坐标系(机器人原点)是描述机器人末端位姿的基准。准确标定基坐标系与外界物理环境、工件以及其他机器人之间的位置关系是实现机器人精确位置控制的重要条件，进而保证机器人离线编程等应用的可靠性和精度。
[0004]机器人标定通常分为四步：建模、位姿测量、参数辨识和补偿。传统机器人标定方法通常借助外部测量设备获取机器人位姿误差，如激光跟踪仪等，存在成本高、设备笨重及操作复杂的缺点。因此，利用新型低成本标定装置的机器人标定方法被广泛研究。
[0005]例如，CN107042528A公开了一种工业机器人标定系统，其主要包括一种设于机器人上的末端执行器和球心距固定的两个可移动目标球体，利用两球体之间的名义距离与实际距离之间的误差可以建立标定算法，实现对机器人本体运动学参数的标定，但由于采用距离误差模型衡量机器人定位精度，其标定结果的可靠性受限。

技术实现思路

[0006]本技术的主要目的在于提供一种工业机器人运动学标定系统，以克服现有技术的不足。
[0007]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0008]本技术实施例提供了一种工业机器人运动学标定系统，其包括：双球装置、三球座装置、末端测量装置、计数器和数据处理单元；其中，所述双球装置相对于机器人的基座可移动设置，所述三球座装置相对于机器人的基座固定设置；所述末端测量装置通过机器人法兰与机器人连接，所述末端测量装置经计数器与数据处理单元连接，所述数据处理单元与机器人连接从而构成一闭环工作回路。
[0009]在一些实施方式中，所述三球座装置及机器人的基座均固定设置在一工作台面上，所述双球装置设置在所述工作台面上，并能够活动于机器人工作空间内的不同位置。
[0010]在一些实施方式中，所述双球装置在磁力作用下吸附在所述工作台面上。
[0011]在一些实施方式中，所述工作台面上可移动地设置有能够提供所述磁力作用的磁性表座，所述双球装置与所述磁性表座连接。进一步的，所述双球装置通过紧固螺钉与磁性表座固定连接。
[0012]在一些实施方式中，所述磁性表座提供的磁力作用是可以开关的，即，所述磁性表
座的磁力可以在需要时开启，而在其它时间被关闭。通过所述磁性表座与工作台之间的磁吸力的开关，可以将所述双球装置移动并安装至全局机器人工作空间内的不同位置。
[0013]在一些实施方式中，所述双球装置包括间隔设置的两个精密钢球，每一精密钢球分别安装在一锥形球座上，所述两颗精密钢球的球心距为定值。
[0014]在一些实施方式中，所述双球装置还包括永磁体，所述精密钢球通过永磁体的磁力作用安装在相应锥形球座上。进一步的，所述双球装置中的永磁体、锥形球座分别通过紧固螺钉与底板固定连接。所述底板为条形底板。
[0015]在一些实施方式中，所述三球座装置包括三个精密钢球，每一精密钢球分别安装在一锥形球座上，且所述三个精密钢球分别分布于一三角形的三个顶角处。所述三角形优选为等边三角形，其更方便于定义世界坐标系{w}，简化标定操作，且使所述三球座装置可以在一些场合下与所述双球座装置互换。
[0016]在一些实施方式中，所述三球座装置还包括永磁体，所述精密钢球通过永磁体的磁力作用安装在相应锥形球座上。进一步的，所述三球座装置中的永磁体、锥形球座分别通过紧固螺钉与底板固定连接。所述底板为三角形底板，优选为等边三角形底板。
[0017]在一些实施方式中，所述精密钢球的精度均在G5级别以上。
[0018]在一些实施方式中，所述末端测量装置包括三个相隔120
°
均匀分布的位移传感器，每一位移传感器的测量端安装具有球形测头的测针，当所述测针的球形测头接触所述双球装置或三球座装置中的待测精密钢球时，所述球形测头的球心会产生轴向位移。
[0019]在一些实施方式中，所述计数器至少用于获取所述末端测量装置中位移传感器输出的信号(例如电压信号等)，继而输送给计算机。
[0020]在一些实施方式中，所述三球座装置中三个精密钢球的球心位置分布定义了世界坐标系{w}，根据所述三球座装置(7)与所述机器人(2)的位置安装关系，可以依据本领域熟知的方式，计算得到所述世界坐标系{w}与基坐标系{0}之间的初始位姿变换矩阵。
[0021]进一步的，所述计算机用于根据所述末端测量装置中位移传感器的测量信息及机器人关节角信息，计算在前述基坐标系{0}、世界坐标系{w}之中，所述双球装置中两个精密钢球的理论球心坐标及所述三球座装置中各精密钢球的理论球心坐标，再根据计算得到的所述双球装置、三球座装置中各精密钢球的理论球心坐标分别计算机器人末端在广域机器人工作空间中两点的距离误差及机器人末端的位置误差，并将所述机器人末端在广域机器人工作空间中两点的距离误差及机器人末端的位置误差代入对应的运动学标定算法，求解机器人运动学误差参数。其中，所述运动学标定算法主要是基于最小二乘法和循环迭代流程建立的。所述计算机的前述功能可以利用装载在计算机内的已知计算机程序(如Matlab等)实现。
[0022]本技术实施例还提供了所述工业机器人运动学标定系统的使用方法，即，一种工业机器人运动学标定系统的标定方法，其主要包括：
[0023]使机器人、末端测量装置分别将机器人的关节角信息、位移传感器的测量信息发送至计算机；
[0024]所述计算机根据所述位移传感器的测量信息及机器人关节角信息计算双球装置中两个精密钢球的理论球心坐标及所述三球座装置中三个精密钢球的理论球心坐标；
[0025]所述计算机依据所述双球装置及三球座装置中各精密钢球的理论球心坐标分别
计算机器人末端在广域机器人工作空间中两点的距离误差及机器人末端的位置误差，并将所述机器人末端在广域机器人工作空间中两点的距离误差及机器人末端的位置误差代入对应的运动学标定算法，求解机器人运动学误差参数。
[0026]前述标定方法中机器人、末端测量装置、计数器、计算机等之间的信息交互可以利用本领域已知的通信方式实现。而前述的计算机对各项信息进行接收、处理、输出的过程可以利用设置在计算机内的已知计算机程序(如Matlab等)实现。
[0027]与现有技术相比，本技术实施例提供的工业机器人运动学标定系统具有便携、低成本、测量范围大、精度可靠、操作方便等优点，其中采用的关键部件如精密钢球、测针及高精度位移传感器等均可从现有成熟商业产品中选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人运动学标定系统，其特征在于包括：双球装置(3)、三球座装置(7)、末端测量装置(1)、计数器(10)和计算机(12)；所述双球装置(3)相对于机器人(2)的基座可移动设置，所述三球座装置(7)相对于机器人(2)的基座固定设置；所述末端测量装置(1)通过机器人法兰(17)与机器人(2)连接，所述末端测量装置(1)经计数器(10)与计算机(12)连接，所述计算机(12)与机器人(2)连接，从而构成一闭环工作回路。2.根据权利要求1所述的工业机器人运动学标定系统，其特征在于：所述三球座装置(7)及机器人(2)的基座均固定设置在一工作台面上，所述双球装置(3)设置在所述工作台面上，并能够活动于机器人工作空间内的不同位置。3.根据权利要求2所述的工业机器人运动学标定系统，其特征在于：所述双球装置(3)在磁力作用下可移动地吸附在所述工作台面上。4.根据权利要求3所述的工业机器人运动学标定系统，其特征在于：所述工作台面上可移动地设置有能够提供所述磁力作用的磁性表座(4)，所述双球装置(3)与所述磁性表座(4)连接。5.根据权利要求1所述的工业机器人运动学标定系统，其特征在于：所述双球装置(3)包括间隔设置的两个精密钢球(5)，每一精密钢球(5)分别安装在一锥形球座(21)上，所述两颗精密钢球(5)的球心距为定值。6.根据权利要求5所述的工业机器人运动学标定系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨桂林，谷乐丰，方灶军，张驰，郑天江，熊次远，刘强，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：