[发明专利]基于针刺光照法测量工业机器人重复精度的系统和方法

权利要求书

1.一种基于针刺光照法测量工业机器人重复精度的系统，其特征在于，包括待检测机器人(1)，检测用针(2)，软性垫物(3)，不透光黑纸(4)，黑箱(5)，带孔黑纸(6)，点光源(7)，黑箱支撑架(8)，导轨(9)，光电池阵列(10)，光电池支撑架(11)，移动平台(12)，导轨摇把(13)，光电流检测仪(14)和单片机显示系统(15)；所述检测用针(2)安装在待检测机器人(1)的末端执行器上，所述不透光黑纸(4)平整地固定在软性垫物(3)上，检测用针(2)的安装方向与不透光黑纸(4)保持垂直，移动末端执行器，使得检测用针(2)作用在不透光黑纸(4)上后形成带孔黑纸(6)；所述黑箱(5)固定在黑箱支撑架(8)上，点光源(7)安装在黑箱(5)的中心处，所述黑箱(5)的前侧面开口，开口端的两侧设有插槽，所述带孔黑纸(6)插于插槽内固定；所述黑箱支撑架(8)安装在导轨(9)的一端，所述移动平台(12)安装在导轨(9)上，通过导轨摇把(13)带动沿导轨(9)水平移动；所述光电池阵列(10)通过光电池支撑架(11)安装在移动平台(12)上，光电池阵列(10)的中心与点光源(7)的高度相同；所述光电流检测仪(14)和单片机显示系统(15)连接在一起，安装在光电池阵列(10)的背面。

2.一种基于针刺光照法测量工业机器人重复精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将检测用针(2)固定在待检测机器人(1)的末端执行器上，安装方向与不透光黑纸(4)垂直，移动末端执行器，使检测用针(2)能够刺透不透光黑纸(4)，重复执行n次步骤1，n＝50，执行时保证每一个针刺的小孔不重叠，形成带孔黑纸(6)；

步骤2，确定测量系统的测量精度：将步骤1的带孔黑纸(6)插入到黑箱(5)的插槽内固定，关闭室内灯光，打开点光源(7)，转动导轨摇把(13)带动移动平台(12)沿导轨(9)移动，使得点光源(7)通过带孔黑纸(6)射出的所有光线都能投射到光电池阵列(10)上形成光斑，光电流检测仪(14)接收到光信号后转化为电信号传递给单片机显示系统(15)，读取单片机显示系统(15)的读数i₂；撤出带孔黑纸(6)，使点光源(7)射出的光线直接投射到光电池阵列(10)上，再读取单片机显示系统(15)的读数i；则此时满足关系式

i2i=S2S---(1)]]>

其中S₂表示有带孔黑纸(6)时，点光源(7)通过带孔黑纸(6)射出的所有光线投射到光电池阵列(10)上形成所有光斑的面积之和，S表示撤出带孔黑纸(6)，点光源(7)射出的光线直接投射到光电池阵列(10)上的面积；

则求得光电池阵列(10)上一个光斑的面积为：

S₃＝S₂/n (2)

以及光电池阵列(10)上一个光斑的直径为：

d2=4S3π---(3)]]>

在导轨(9)上读取此时点光源(7)到光电池阵列(10)的距离l₂，点光源(7)到带孔黑纸(6)的距离l₁由黑箱(5)的大小决定；通过光照原理可得

l2l1=d2d1---(4)]]>

其中d₂为光电池阵列(10)上一个光斑的直径，d₁为带孔黑纸(6)上一个小孔的直径；

求得一个小孔直径d₁：

d1=l1l2·4nπ·i2i·S---(5)]]>

该小孔直径d₁表明了测量系统的测量精度；

步骤3：重新换一张不透光黑纸(4)，移动待检测机器人(1)末端执行器从空间任何一点到被测点，将检测用针(2)刺透不透光黑纸(4)，重复执行n次步骤3，此时不透光黑纸(4)上的小孔一定会有重叠的，形成带孔黑纸(6)；

步骤4：确定待检测机器人(1)的重复精度σ：将步骤3的带孔黑纸(6)插入到黑箱(5)的插槽内固定，关闭室内灯光，打开点光源(7)，转动导轨摇把(13)带动移动平台(12)沿导轨(9)移动，使得点光源(7)通过带孔黑纸(6)射出的所有光线都能投射到光电池阵列(10)上形成光斑，光电流检测仪(14)接收到光信号后转化为电信号传递给单片机显示系统(15)，读取单片机显示系统(15)的读数i′₂；撤出带孔黑纸(6)，使点光源(7)射出的光线直接投射到光电池阵列(10)上，再读取单片机显示系统(15)的读数i；则此时满足关系式

i2′i=S2′S---(6)]]>

其中S′₂表示有带孔黑纸(6)时，点光源(7)通过带孔黑纸(6)射出的所有光线投射到光电池阵列(10)上形成所有光斑的面积之和；

由于有些小孔是重叠甚至重合的，所以S′₂＜S₂；最后计算出重复精度σ值越小表明重复精度越高；理想情况下，如果所有孔都是重合的，则理想重复精度