[发明专利]工业机器人末端位姿快速测量装置及其测量方法

说明书

本发明公开了一种工业机器人末端位姿快速测量装置及其测量方法，其特征是，该装置包含平面旋转装置、同心三轴调节装置、磁性基座和靶球；首先控制工业机器人运动至待测量点，其次控制平面旋转装置带动靶球做圆周运动，通过激光跟踪仪测量靶球位置，同心三轴调节装置能够根据平面旋转装置运动主动调节靶球方向，保证靶球始终能够反射激光光线；根据测量点数据拟合旋转平面及轨迹圆心，建立末端位姿快速测量装置的坐标系{E}，则可计算得到其在测量坐标系{S}中末端位姿；通过法兰坐标系{N}与末端位姿快速测量装置坐标系{E}之间的转换矩阵，进而计算得到法兰位姿在测量坐标系{S}中的表达式，从而实现工业机器人末端的位姿测量。

技术领域

本发明涉及一种工业机器人末端位姿快速测量装置及其测量方法，属于工业机器人技术领域。

背景技术

随着高端制造业的持续发展，逐渐提高了工业机器人的绝对定位精度要求，尤其在激光焊接、激光切割以及航空航天等应用领域，研究发现通过机器人运动学参数标定技术能够实现工业机器人绝对定位精度的提升。

机器人标定过程通常包含建模、测量、辨识以及补偿四个基本步骤，目前运动学参数标定方法主要分为开环法、闭环法和轴线测量法三种。

其中开环法是相比于其他两种方法具有更好的标定性能，该方法首先建立机器人末端位姿的误差模型，然后利用外部测量设备测量机器人工具末端的位置或位姿。激光跟踪仪作为工业测量系统中的一种高精度大尺寸测量仪器，是目前工业机器人标定的主要外部测量设备之一，该测量设备将靶球安装在工业机器人的末端，通过激光跟踪仪测量靶球的空间位置或位姿。若要实现机器人末端位姿的测量则需要使用专用靶标，但专用靶标通常价格较高。

除此以外，还可以利用三个靶球构建坐标系，但因激光跟踪仪无法自动识别靶球而需要人工干预测量过程，这将大大降低工业机器人运动学参数标定的效率，同时也引入一定的测量不确定度。靶球的激光接收范围仅为±30°，而专用靶标的激光接受范围是±45°，均无法保证工业机器人末端任意位姿的测量。

综上所述，目前的工业机器人末端位姿测量设备及方法具有如下缺陷：

(1)测量靶标设备(靶球或专用靶标)具有有限的测量角度范围，影响工业机器人位姿数据测量；(2)位姿测量靶标设备操作复杂或成本较高；(3)人为干预测量过程降低了工业机器人运动学参数标定效率，同时引入了较大的测量不确定度。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工业机器人末端位姿快速测量装置及其测量方法，解决现有技术在工业机器人末端位姿测量技术的缺陷和不足，实现工业机器人末端位姿的高效率、高精度标定。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种工业机器人末端位姿快速测量装置，其特征是，包括依次连接的平面旋转装置、同心三轴调整装置、磁性基座和靶球；

所述平面旋转装置包括依次连接的法兰连接件、伺服电机和横向摆臂；所述法兰连接件用于固定连接工业机器人的法兰盘；所述横向摆臂与伺服电机的输出轴固定连接；

所述同心三轴调整装置包括X轴伺服电机、Y轴伺服电机、Z轴伺服电机和连接模块；所述连接模块用于连接X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机；所述磁性基座位于连接模块内；所述X轴伺服电机、Y轴伺服电机和Z轴伺服电机的轴线交点与靶球的球心相重合。

进一步地，所述连接模块包括第一连接件、第二连接件和连接底座；

所述第一连接件分别连接Z轴伺服电机和Y轴伺服电机；所述第二连接件分别连接Y轴伺服电机和X轴伺服电机；

所述Z轴伺服电机的输出轴与第一连接件固定连接；所述Y轴伺服电机的输出轴穿过第一连接件后与第二连接件固定连接；所述X轴伺服电机的输出轴穿过第二连接件后与连接底座固定连接。