[发明专利]一种直角坐标方式的机器人位姿误差测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器人位姿误差测量系统，特别涉及一种利用几何测量法进行直角坐标方式的机器人位姿误差测量系统及方法。

背景技术

工业机器人产品出厂时需要通过位姿误差的测量来判定其是否合格，常用的测量方法有：经纬仪测量、激光测量、随动接触式位姿测量等。

经纬仪测量是工业机器人末端操作器上目标点的坐标可以通过2个经纬仪测量出来，2个经纬仪之间的变换关系也可以通过经纬仪的读数计算出来，此系统的测量精度非常高，在1m的距离内精度可以达到0.02mm，但测量的成本也是非常高。

激光测量系统具有精度高，测量范围大等优点。激光测量方法可分为2种类型：角度剖分型激光跟踪测量和球坐标型激光跟踪测量。激光动态跟踪仪在1m的测量距离时的精度为0.1mm，但是激光测量系统的成本极为昂贵。

随动接触式位姿测量机相当于一台在每个关节都装有高精度编码器的无动力机器人。此种测量方式的优点是人的干预少，测量效率高，易于实现自动化。缺点是测量机器人的制造精度要求较高，且测量机器人的自由度要求尽可能的多，否则有可能出现待测机器人与测量机器人运动之间的干涉。

上述各测量技术方案在精度、使用的难易和成本方面各不相同，它们与理想的测量方法都还存在差距，归纳起来，共同的缺点主要有：

(1)数据收集烦琐、工作量大；

(2)大多数设备价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是提供一种直角坐标方式的机器人位姿误差测量系统，旨在解决现有测量技术的数据收集烦琐、工作量大，设备昂贵的问题。

本发明的另一目的是提供一种直角坐标方式的机器人位姿误差测量方法，也旨在解决上述问题。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：直角坐标方式的机器人位姿误差测量系统，包括机架、导向单元、驱动单元、测量单元、机器人及工件，导向单元设置在机架上并受驱动单元的驱动，测量单元设置在导向单元上，工件被夹持在机器人的末端；驱动单元驱动导向单元运动，从而带动测量单元移动以完成机器人位姿参数的测量。

所述导向单元包括第一套直线导轨、第二套直线导轨、第三套直线导轨及第四套直线导轨，每套直线导轨均包括滚珠丝杠和滑块；所述驱动单元包括带传动装置、减速器及交流伺服电机；

第一、第二套直线导轨水平安装在机架上，并在远离机器人的末端通过带传动装置将第一、第二套直线导轨内部的滚珠丝杆连接；第三套直线导轨水平放置，其两端分别安装在第一、第二套直线导轨的滑块上，并通过减速器与交流伺服电机连接；第四套直线导轨竖直安装，其滑块通过一连接件与第三套直线导轨固定连接。

本发明的另一目的采用如下技术方案实现：基于上述机器人位姿误差测量系统的机器人位姿误差测量方法，包括如下步骤：

S1、当机器人夹持工件运动至某一空间位置，第一、二、三套直线导轨上的滑块保持零位不动，第四套直线导轨上的滑块移动，测量直角坐标末端的某个固定点，得到第一轴直线方程；

S2、第一、二、四套直线导轨上的滑块保持零位不动，第三套直线导轨上的滑块移动，测量直角坐标末端的某个固定点，得到第二轴方程；

S3、第三、四套直线导轨上的滑块保持零位不动，第一、第二套直线导轨上的滑块移动，测量直角坐标末端的某个固定点，得到第三轴直线方程；

S4、构造基坐标系，测量第二轴与Y轴的夹角为θ，第三轴与xOz平面的夹角为α，第三轴与yOz平面的夹角为β；

S5、根据步骤S4测量到的夹角，计算直角坐标机器人正解T的姿态，再测量测量单元的触板三个接触面相对T的姿态，得到安装末端执行器时产生的姿态偏差，再反解θ_e、α_e及β_e三个参数，从而得到机器人位姿误差。

本发明的工作原理是：机器人距离机架一定的距离，固定在靠近测量单元的方向，工件由机器人末端的夹持器固定。故当工件被机器人夹持住并移至空间某位置时，伺服电机驱动直线导轨的滚珠丝杠转动，使得测量单元实现三个方向上的移动，并逐渐实现其上的三个触板与工件的逼近动作，以完成机器人位置误差的测量。即，当机器人夹持工件至空间某一位置，触板在三个方向上移动，通过激光位移传感器分别实现了工件对逼近触板上三个接触面，从而通过测量的θ、α、β、θ_e、α_e及β_e六个参数计算出其所产生的姿态偏差。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：