坐标定位机制造技术

描述了一种校准坐标定位机的方法。所述机器被控制成枢轴姿势，在所述枢轴姿势下，与所述机器的可移动部分相关联的目标点和与所述机器的固定部分相关联的枢轴点彼此分离已知间隔(s)。基于所述已知间隔(s)和针对那个姿势根据所述机器的现有模型参数预期的间隔确定那个姿势的误差值。所述机器被控制成多个不同的目标姿势，并且对于每个目标姿势，测量所述测量目标点与所述枢轴点之间的间隔(S)，并基于所测量的间隔(S)和针对那个姿势根据所述现有模型参数预期的间隔来确定那个姿势的误差值。根据所述误差值确定总误差度量，并且确定新的参数组，所述新的参数组将产生比现有参数组更低的总误差度量。还描述了一种球形转接器和球杆仪延伸件。和球杆仪延伸件。和球杆仪延伸件。

【技术实现步骤摘要】
坐标定位机
[0001]本申请为分案申请，其原案申请是申请号为PCT/GB2019/050507、申请日为2019年2月25日的PCT申请并且于2020年8月26日进入中国国家阶段，中国国家申请号为201980015449.6，专利技术名称为“坐标定位机”。


[0002]本专利技术涉及一种坐标定位机。本专利技术特别地但不排他地涉及铰接式机械臂人的至少一些方面的校准。

技术介绍

[0003]铰接式机械臂通常用于制造应用，比如印刷电路板的组装、焊接、涂装、拾起和放置、包装和打标签、码垛以及产品检查。铰接式机械臂(或简称为“机械臂”)示意性地展示在附图的图1中，并且包括从固定基座2延伸到支撑工具4的可移动凸缘3的铰接臂1。通常，凸缘3设置有联接器，该联接器允许工具4方便地互换。
[0004]臂1包括通过多个旋转关节6连接的多个连杆5，从而形成机械联动装置。在图1展示的示例中，存在七个旋转关节6，这些关节在具有垂直于其连接的连杆5的纵向轴线的旋转轴线的旋转关节与具有平行于其连接的连杆5的纵向轴线的旋转轴线的旋转关节之间交替。尽管机械臂也可能具有一个或多个线性关节，但是工业机械臂的最常见的布置可能是具有六个旋转关节。具有多个关节允许使工具4在工作空间来回移动并将其操纵成各种不同的姿势的灵活性。可以通过在臂中具有更多或更少的关节来提供灵活性的程度。
[0005]但是，具有额外的关节(并因此具有更大的灵活性)的缺点在于，每个关节都会产生位置误差或不确定性，并且由于联动装置的串联性质，这些误差是累积的。能够校准机械臂以筹划出这些误差或不确定性是重要的。
[0006]校准任何类型的非笛卡尔机器都是重大的挑战，并且对于比如图1所展示的铰接臂来说，确实如此，该铰接臂具有多个旋转关节，这些旋转关节相对于彼此不固定并且可以以复杂方法组合在一起以将工具放置在工作空间中。校准笛卡尔机器通常更简单，因为这样的机器具有三个明确定义的轴线，这些轴线以正交的布置相对于彼此固定，每条轴线在很大程度上彼此独立。对于非笛卡尔机器，每条轴线的位置和取向取决于每条其他轴线的位置和取向，使得对于每个不同的机器姿势，校准将不同。
[0007]使用激光跟踪仪进行校准是可能的，但是通常费用高昂并且在现场实施起来很慢。许多其他类型的校准技术的共同目标是指定有关机器的参数模型，其中使用多个参数来表征机器的几何学。最初将未经校准的值分配给这些参数，作为机器几何学的起点。在校准期间，(基于对机器参数的当前估计)将机器移动到各种不同的姿势。对于每个姿势，使用校准的测量装置测量实际姿势，使得可以确定假定的机器姿势与实际机器姿势之间的误差的指示。
[0008]校准机器的任务然后相当于使用已知的数值优化或误差最小化技术来确定用于使误差最小化的各种机器参数的一组值。这种技术的示例是众所周知的莱文贝格
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马夸特
(Levenberg
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Marquardt)算法，该算法使用最小二乘法来根据优化的每个参数通过知晓误差的导数将误差最小化(“用于解决最小二乘中的某些非线性问题的方法”，Kenneth Levenberg，1944年，应用数学季刊，第2期：164
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168页；以及“用于非线性参数的最小二乘估计的算法”，Donald Marquardt，1963年，SIAM应用数学杂志，第11(2)期：431
‑
441页)。其他技术也是可能的，包括基于最大似然法的技术。
[0009]对于如图1示出的机械臂，这些机器参数可能包括各种几何参数，比如每个机械臂连杆5的长度和每个旋转关节6的旋转角度偏移(编码器的角度加上已校准偏移，从而得出实际角度)以及各种机械参数(比如关节顺应性和摩擦)。当正确地校准时，在所有这些机器参数已知的情况下，可以更确定地预测当机械臂控制器7命令各种关节6移动到不同相应位置时，工具4实际将在哪个位置。换句话说，由这种校准产生的机器参数提供了机器几何学的更准确的表征。
[0010]先前考虑使用球杆仪，比如雷尼绍公司(Renishaw pic)制造和销售的QC20
‑
W型球杆仪，来形成机械臂的校准程序的一部分。例如，Albert Nubiola的“通过单个伸缩式球杆仪进行的绝对式机械臂校准”(精密工程学(Precision Engineering)，2014年)中描述了这样的程序。在那篇文章中描述了使用两个定制的夹具，每个夹具具有三个球杆仪连接点。单个伸缩式球杆仪继而连接在两个夹具上的不同对连接点之间，其中一个夹具由控制器命令相对于另一个夹具移动到72个不同的姿势中的每个姿势。测量值用于使用误差最小化技术确定机器的参数，从而校准机器。
[0011]有关机械臂校准技术的更多背景可以在以下中找到：(a)Gustav Bergstrom的“Method for calibration of off
‑
line generated robot program[用于校准离线生成的机械臂程序的方法]”(瑞典哥德堡，查尔姆斯理工大学，理学硕士论文，2011年，报告编号EX099/2011)；(b)Frank Shaopeng Cheng的“Calibration of Robot Reference Frames for Enhanced Robot Positioning Accuracy[校准机械臂参考系以提高机械臂定位精度]”(Marco Ceccarelli编辑的“机械臂操作器[Robot Manipulators]”的章节，ISBN 978
‑
953
‑
7619
‑
06
‑
0)；(c)Gregori的“de Robots Industriels”(2010年7月，Projet de fin d
’é
tudes,Ing
é
nierie Industrielle,Universit
é
du Qu
é
bec)；(d)Adel Olabi的“Am
é
lioration de la pr
é
cision des robots industriels pour des applications d
’
usinage a grande Vitesse”(Arts et M
é
tiers ParisTech，2011年，可在https://pastel.archives
‑
ouvertes.fr/pastel
‑
00649019下载)；(e)A.Y.Elatta等人的“An Overview of Robot Calibration[机械臂校准概述]”(信息技术期刊第3(1)期：74
‑
78页，2004年)；以及(f)Khalil和E Dombre的“Modeling,Identification本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种转接器(24)，所述转接器(24)被适配成装配到坐标定位机(1)上的元件(4,4a,4b)上或周围，或用于坐标定位机(1)的元件(4,4a,4b)上或周围，所述元件(4,4a,4b)具有兴趣点(8)，其中，所述转接器(24)包括具有中心点(28)的至少部分球形的支承表面(20)，当所述转接器被装配到所述元件(4,4a,4b)上或周围时，所述中心点(28)与所述兴趣点(8)基本上重合。2.如权利要求1所述的转接器，其中，所述元件(4,4a,4b)是工具。3.如权利要求2所述的转接器，其中，所述兴趣点(8)是所述工具(4,4a,4b)的工具中心点。4.如权利要求1、2或3所述的转接器，其中，所述转接器(24)适于以通用方式接纳多个不同的插入件(26,26a,26b)，所述插入件(26,26a,26b)适配成接纳不同的相应元件(4,4a,4b)或相应类型的元件(4,4a,4b)，由此使所述转接器(24)能够与各种不同的元件(4,4a,4b)或不同类型的元件(4,4a,4b)一起使用。5.如权利要求4所述的转接器，其中：每个插入件(26,26a,26b)的内部成形为与其对应元件(4,4a,4b)的外部形状相匹配；和/或其中，每个插入件(26,26a,26b)适配成考虑其对应元件(4,4a,4b)的兴趣点(8)的位置，以确保当所述转接器装配在所述元件(4,4a,4b)上或周围时，所述兴趣点(8)与所述转接器(24)的至少部分球形表面的中心基本上重合。6.如权利要求4所述的转接器，其中：所述插入件(26,26a,26b)中的至少一些是基于所述元件(4,4a,4b)的CAD模型而3D打印的；和/或其中，为以下多个元件(4,4a,4b)提供所述插入件(26,26a,26b)：所述多个元件是从焊接工具、机加工工具以及校准轴中选择的。7.如权利要求5所述的转接器，其中：所述插入件(26,26a,26b)中的至少一些是基于所述元件(4,4a,4b)的CAD模型而3D打印的；和/或其中，为以下多个元件(4,4a,4b)提供所述插入件(26,26a,26b)：所述多个元件是从焊接工具、机加工工具以及校准轴中选择的。8.如权利要求6或7所述的转接器，其中，所述机加工工具是钻头。9.一种套件，所述套件包括测量装置(11)和如前述权利要求中任一项所述的转接器(24)，所述测量装置(11)包括联接元件(27)，所述联接元件被适配成联接到所述转接器(24)的支承表面(20)并靠在所述转接器(24)的支承表面(20)上，使得所述测量装置(11)的测量点(18)与所述转接器(24)的中心点基本上重合，并且在所述联接元件(27)在所述支承表面(20)的至少预定部分或工作部分上...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：瑞尼斯豪公司，
类型：发明
国别省市：