并联运动机构的校准方法、校准的检验方法、校正数据收集方法技术

一种并联运动机构的校准方法，上述并联运动机构具备：由支撑平台支撑的基座；末端执行器；通过上述基座和末端执行器分别具备的多个接头连接上述基座与末端执行器的多根驱动轴；以及通过利用运动学或逆运动学操纵各驱动轴坐标来控制上述末端执行器的姿态的数控装置，上述校准方法包括下列步骤：将安装在上述末端执行器上的调整工具设置在上述并联运动机构外部的基准坐标系中规定数量的不同预定姿态中，以定义上述并联运动机构的基准坐标系，上述调整工具的轴线与上述末端执行器的轴线一致；收集步骤，每次将上述调整工具置于一种姿态时，收集上述调整工具的上述姿态的坐标；每次将上述调整工具置于一种姿态时，记录上述数控装置根据逆运动学操纵的每根驱动轴的坐标；以及根据所收集的驱动轴姿态坐标和所记录的驱动轴坐标，计算上述并联运动机构的运动学所必要的运动参数。利用该方法，可以获得末端执行器的精确姿态信息和驱动轴的相对坐标。

【技术实现步骤摘要】
并联运动机构的校准方法、校准的检验方法、校正数据收集方法                                
本专利技术涉及一种定位后无需测量的并联运动机构的校准技术。                                
技术介绍
具有由多根驱动轴并列连接的基座和末端执行器的并联运动机构，与有悬臂的机构相比，具有刚度高、可高精度定位等特点。并联运动机构的代表性例子是Stewart平台。Stewart平台通过直线状驱动轴(支柱)的伸缩来控制末端执行器的姿态(包括位置和方向)。但为了进行高精度定位，有必要正确求取支柱的长度、连接支柱与基座的接头和连接支柱与末端执行器的接头的坐标等运动参数。该工作即并联运动机构的校准，被不同的产业、政府及学术研究机构研究。一般而言，这种校准需要求解与运动参数相同个数的多元联立方程式。为此，必须将末端执行器设置在确定的位置及方向，并测定该确定状态下的位置信息(X，Y，Z)和方向信息(A，B，C)。日本专利特开2002-91522号公报中揭示了一种技术，通过末端执行器以特定的姿态做圆周运动，使用双球杆(DBB)型测距器测定圆周运动轨迹的半径误差，然后由这样获取的测定值计算运动参数。此外，在日本专利特开2003-200367号公报中还揭示了一种技术，将上述多元联立方程式分为表示末端执行器的位置与运动参数之间关系的11组以上的方程式和表示末端执行器的方向与运动参数之间关系的1组方程式，然后求解这些方程式来计算运动参数进行校准。但可以看出，在特开2002-91522号公报所揭示的技术中，至少有一个运动参数无法确定。此外，在特开2003-200367号公报所揭示的技术中，为了确定运动参数，必须在定位后进行测量，特别是必须至少获得该姿态下一组难以测量的值。                                
技术实现思路
-->本专利技术的目的是提供一种不存在先前技术中所存在问题的新颖的校准技术。本专利技术的目的是提供一种定位后无需测量的并联运动机构的校准方法、校准的检验方法、校准的检验程序产品、数据收集方法以及空间定位校正的校正数据收集方法。根据本专利技术的实施例，并联运动机构具备：基座；末端执行器；通过上述基座和末端执行器中具备的多个接头连接该基座与末端执行器的多根驱动轴；以及控制该末端执行器的姿态的数控装置。根据本专利技术的一个方面，并联运动机构的校准方法包括：将安装在末端执行器上的调整工具设置在并联运动机构外部的基准坐标系中规定数量的不同预定姿态中，以定义并联运动机构的基准坐标系，该调整工具的轴线与该末端执行器的轴线一致；每次将调整工具置于一种姿态时，收集调整工具的该姿态的坐标；每次将调整工具置于一种姿态时，记录数控装置根据逆运动学操纵的每根驱动轴的坐标；以及根据所收集的驱动轴姿态坐标和所记录的驱动轴坐标，计算并联运动机构的运动学所必要的运动参数。结合附图阅读下面的详细说明，将可更清楚地了解本专利技术的这些及其它目的、功能和优势。                                附图说明图1是实施本专利技术的并联运动机器的机械结构的透视图。图2是表示上述并联运动机器的主要部件之间的功能关系的方块图。图3是表示上述并联运动机器中采用的一例具有6自由度6×6Stewart平台的结构的概略图。图4A至4C是说明在上述并联运动机器中执行的数据收集方法的模式图；图4A说明在空间坐标系中的定位；图4B说明在角坐标系中的定向；图4C说明确定相对于C轴的基准位置。图5是说明数据收集方法的第一种模式中操作顺序的流程图。图6是说明上述并联运动机器中执行的校准操作顺序的流程图。图7是说明上述并联运动机器中执行的空间定位校正的流程图。图8是说明空间定位校正时登记校正值的操作顺序的流程图。图9是说明被上述并联运动机器中具备的数控装置执行的空问定位校正操作顺序的流程图。-->图10是说明利用模拟软件检查校准的操作顺序的流程图。图11A至11C是说明上述并联运动机器中执行的数据收集方法的第二种模式的模式图；图11A说明空间坐标系中的定位和角坐标系中的定向；图11B和11C说明确定相对于C轴的基准位置。图12是说明上述数据收集方法的第二种模式中操作顺序的流程图。图13是说明上述并联运动机器中执行的数据收集方法的第三种模式的模式图。图14是说明上述数据收集方法的第三种模式中操作顺序的流程图。图15是表示上述并联运动机器中可采用的一例6自由度3×3Stewart平台的结构概略图。图16是说明上述并联运动机器中执行的数据收集方法的第四种模式的模式图。                               具体实施方式以下将参照附图说明本专利技术的优选实施例。对该实施例的说明将参照一6×6并联运动机器，包括末端执行器上有6个接头，基座上有6个接头；更明确地说，该机器为Stewart平台形式，具有直动型驱动器，即支柱作为驱动轴。应注意，各图中标有相同数字或符号的元件执行相同的操作、功能和处理。图1表示本专利技术一实施例的并联运动机器的机械结构。并联运动机器1(以下简称机器)包括由支撑平台2支撑的基座10和末端执行器20。6个接头11至16被设置在基座10上，6个接头21至26被设置在末端执行器20上。6根支柱31至36分别与接头11至16以及六个接头21至26相连。支柱31至36在数控装置的控制下独立收缩，从而移动末端执行器20，对加工台3上的工件进行规定的处理。为了进行校准，末端执行器20上安装有调整工具50。调整工具50的轴线与末端执行器20的轴线一致。在本说明书中，将并联运动机构中由支柱31至36的长度求取末端执行器20的姿态(包括位置和方向)的计算称为“运动学”。与此相对，将由末端执行器20的姿态求取支柱31至36的长度的计算称为“逆运动学”。图2是表示根据本专利技术实施例的并联运动机器的概略功能结构的框图。本图所示的各方块代表数据收集中执行的各处理步骤，并不一定与并联运动机器的各功能一致。例如，在该机器中，坐标驱动控制器121与方向驱动控制器122均通过数控装置100的逆运动学-->驱动。并联运动机器1具备由支撑平台2支撑的基座10、末端执行器20、用来连接底座10与末端执行器20的六根支柱31至36以及被提供在基座10和末端执行器20上的接头，并联运动机器1还具备数控装置100。数控装置100根据运动学通过调整表示各支柱(即驱动轴)31至36长度的支柱坐标(即驱动轴坐标)来控制末端执行器20的姿态，并根据逆运动学从末端执行器20的姿态来控制支柱坐标。坐标驱动控制器121和方向驱动控制器122在执行校准时，控制安装在末端执行器20上的调整工具50的姿态。坐标驱动控制器121和方向驱动控制器122执行调整工具50的设置，将调整工具50设置在机器1外部的基准坐标系中的预定姿态中。在该设置中，可以将调整工具50设置成在离基准坐标系中的目标姿态有一段可测量距离的一些姿态上。应注意，“预定姿态”不仅包括指目标姿态，还包括具有可测量相对差的姿态。在将调整工具50设置在预定姿态后，检测器114检测末端执行器20的姿态。在将调整工具50设置在预定姿态后，记录器112执行记录工序，记录数控装置100根本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并联运动机构的校准方法，上述并联运动机构具备：　　　　支撑在支撑平台上的基座；　　　　末端执行器；　　　　通过上述基座和末端执行器分别具备的多个接头连接上述基座与末端执行器的多根驱动轴；以及　　　　通过利用运动学或逆运动学操纵每根驱动轴的坐标来控制上述末端执行器的姿态的数控装置；其特征在于，包括：　　　　设置步骤，将安装在上述末端执行器上的调整工具设置在上述并联运动机构外部的基准坐标系中规定数量的不同预定姿态中，以定义上述并联运动机构的基准坐标系，上述调整工具的轴线与上述末端执行器的轴线一致；　　　　收集步骤，每次将上述调整工具置于一种姿态时，收集上述调整工具的上述姿态的坐标；　　　　记录步骤，每次将上述调整工具置于一种姿态时，记录上述数控装置根据逆运动学操纵的每根驱动轴的坐标；以及　　　　计算步骤，根据所收集的上述驱动轴姿态坐标和所记录的上述驱动轴坐标，计算上述并联运动机构的运动学所必要的运动参数。

【技术特征摘要】
JP 2005-3-1 2005-566881.一种并联运动机构的校准方法，上述并联运动机构具备：支撑在支撑平台上的基座；末端执行器；通过上述基座和末端执行器分别具备的多个接头连接上述基座与末端执行器的多根驱动轴；以及通过利用运动学或逆运动学操纵每根驱动轴的坐标来控制上述末端执行器的姿态的数控装置；其特征在于，包括：设置步骤，将安装在上述末端执行器上的调整工具设置在上述并联运动机构外部的基准坐标系中规定数量的不同预定姿态中，以定义上述并联运动机构的基准坐标系，上述调整工具的轴线与上述末端执行器的轴线一致；收集步骤，每次将上述调整工具置于一种姿态时，收集上述调整工具的上述姿态的坐标；记录步骤，每次将上述调整工具置于一种姿态时，记录上述数控装置根据逆运动学操纵的每根驱动轴的坐标；以及计算步骤，根据所收集的上述驱动轴姿态坐标和所记录的上述驱动轴坐标，计算上述并联运动机构的运动学所必要的运动参数。2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于：上述调整工具包括坐标调整部和方向调整部，上述设置步骤包括：将上述调整工具设置在某一位置上，以便根据上述基准坐标系中预定位置处形成的基准孔的坐标和上述坐标调整部的测量结果来指定上述调整工具的位置，以确定空间坐标，上述基准孔与一基准表面正交，并具有绕上述基准孔轴线的圆筒形内周表面；将上述调整工具设置在某一位置上，以便根据上述基准表面与绕上述末端执行器轴线旋转的上述方向调整部的旋转平面之间的相对距离，来指定表示上述末端执行器轴线方向的两个方向角坐标，以确定两个方向角坐标，调整上述末端执行器的方向，使得上述末端执行器的基准侧面与预定直线平行，并且确定上述末端执行器关于其轴线的方向角坐标。3.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于，上述坐标调整部包括一个仿形头，仿形头的测头直径大于上述基准孔的直径，通过调整上述调整工具的位置使得当上述测头与上述基准孔接触时上述测头只接收到正交于上述基准表面的方向上的力，从而确定上述空间坐标。4.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于：上述基准孔具有底表面；以及上述坐标调整部可插入上述基准孔中，且包括第一激光测量装置，它沿平行于上述基准表面的方向射出一束激光，以及第二激光测量装置，它沿正交于上述基准表面的方向射出一束激光；上述设置步骤包括：将上述调整工具设置在某一位置上，使得上述第一激光测量装置测得的上述调整工具相对于上述基准孔的内周表面的距离相等，或者根据上述第一激光测量装置的测量结果和上述基准孔的坐标，指定平行于上述基准表面的两个方向上的空间坐标，由此确定平行于上述基准表面的两个方向上的空间坐标；将上述调整工具设置在某一位置上，使得上述第二激光测量装置测得的上述调整工具相对于上述基准孔的底表面的距离达到预定值，或者根据上述第二激光测量装置的测量结果和上述基准孔的底表面坐标，指定正交于上述基准表面的方向上的空间坐标，由此确定正交于上述基准表面的方向上的空间坐标。5.根据权利要求4所述的校准方法，其特征在于，上述方向调整部具备度盘规，用来调整上述调整工具的方向，使得上述方向调整部绕上述末端执行器轴线旋转时，在所有旋转角度上上述度盘规测得的相对上述基准表面的距离都相等，由此使上述方向调整部的旋转平面与上述基准表面平行。6.根据权利要求4所述的校准方法，其特征在于，上述方向调整部包括第三激光测量装置，并且上述设置步骤包括：将上述调整工具设置在某一位置，使得当上述方向调整部绕上述末端执行器轴线旋转时，在所有旋转角度上上述第三激光测量装置测得的相对上述基准表面的距离都相等，或者根据上述第三激光测量装置的测量结果，从定义上述末端执行器方向的三个方向角坐标中指定定义上述末端执行器轴线方向的两个方向角坐标，由此确定两个方向角坐标。7.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于：上述基准孔具有贯通空间和平行于上述基准孔轴线的圆筒形内周表面；上述坐标调整部可插入上述基准孔中，且包括第一激光测量装置，它沿平行于上述基准表面的方向射出一束激光；上述方向调整部包括第二激光测量装置，它将一束激光射向上述基准表面；上述设置步骤包括：将上述调整工具设置在某一位置上，使得上述第一激光测量装置测得的上述调整工具相对于上述基准孔的内周表面的距离相等，或者根据上述第一激光测量装置的测量结果和上述基准孔的坐标指定平行于上述基准表面的两个方向上的空间坐标，由此确定平行于上述基准表面的两个方向上的空间坐标；将上述调整工具设置在某一位置上，使得当上述方向调整部绕上述末端执行器轴线旋转时，在所有旋转角度上上述第二激光测量装置测得的相对于上述基准表面的距离都相等，该距离为预定值，或者根据上述第二激光测量装置的测量结果和到上述基准表面的距离指定正交于上述基准表面的方向上的空间坐标，由此确定正交于上述基准表面的方向上的空间坐标。8.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，它还包括第四激光测量装置和第五激光测量装置，用于沿上述基准坐标系的XY平面上的某一方向发射激光束，上述设置步骤包括：将上述调整工具设置在某一姿态，使得根据上述第四和第五激光测量装置测得的到上述基准侧表面的距离，让上述末端执行器的基准侧表面平行于上述预定直线，由此确定上述调整工具相对上述末端执行器轴线的方向。9.根据权利要求7所述的校准方法，其特征在于，上述支撑平台支撑的上述基座的法线方向最好正交于垂直方向，且在上述末端执行器的基准侧表面上提供水准器，调整上述末端执行器，根据该水准器的结果，使得上述末端执行器的基准侧表面平行于上述预定直线，由此确定上述调整工具相对上述末端执行器轴线的方向角。10.根据权利要求9所述的校准方法，其特征在于，在上述计算步骤中，上述并联运动机构的运动学所必要的运动参数的计算是基于这一条件，即在上述姿态中上述末端执行器接头与上述基座接头之间的距离等于将这些接头彼此连接的各驱动轴的记录坐标与指示各驱动轴原点偏移量的偏移坐标之和。11.根据权利要求2所述的校准方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：西桥信孝，八木一晃，
申请(专利权)人：新日本工机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]