[發明專利]運動部件空間位姿精度和軌跡拉線式測量系統和方法

有效

• 申請號: 201410689996.1
• 申請日: 2015-08-04
• 公開（公告）號: CN104493808A
• 公開（公告）日: 2015-07-29
• 發明（設計）人: 鮑晟;宋韜;洪銀芳;高慧慧
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J1/00
• 分類號: B25J1/00;B25J13/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種運動部件空間位姿精度和軌跡拉線式測量系統和方法。

背景技術

工業機器人和立式銑床等大型設備，作為生產自動化的代表，被廣泛應用與工業的各個領域。工業機器人用于汽車制造、化工等行業自動化生產線上的弧焊、點焊、搬運、包裝等作業中，立式銑床適用于加工各種零部件的平面、斜面、溝槽、孔等，是機械制造、模具、儀器、儀表、汽車、摩托車等行業的理想加工設備。這些大型工業設備在自動化生產中代替人完成高質量的工作，提高了產品的生產效率和質量，因此對它們的運動部件運動時在空間上的準確定位和速度、加速度的大小要有嚴格的要求。一般情況下，其出廠的時候都需要進行位姿精度的校準，以及運動過程中速度和加速度的檢測。市場上現有的校準方式其一是采用攝像頭進行跟蹤，采用手動編程，其精度低，且由于攝像光線等緣故對環境要求比較高；其二是采用激光干涉儀等跟蹤校準，一般運用于機床上，其精度高，但空間檢測實現難度大，且價格昂貴。

發明內容

本發明的目的在于解決已有技術存在的問題，提供一種運動部件空間位姿精度和軌跡拉線式測量系統和方法，其使用的拉線編碼器數量少，成本低，適用于大型設備，測量精度高，可靠性好，運動空間范圍大，而且對環境要求低，適用于工業現場。

為達到上述目的，本發明的構思是：

拉線編碼器引出八條測試線纜，與安裝在定位圓盤上的八個球關節或萬向接頭連接，定位圓盤與大型設備運動部件同軸連接并可自由轉動，同時所述拉線編碼器外聯到數據采集卡，由計算機或手持計算顯示單元上的計算軟件進行數據采集與計算，計算運動部件的位姿，當運動部件移動時，實時計算位姿，得到運動部件空間運動軌跡，并可計算出實時速度和加速度信息。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：

一種運動部件空間位姿精度和軌跡拉線式測量系統，基于并聯機構原理，對包括工業機器人或立式銑床的大型設備的運動部件的空間位姿精度和軌跡進行測量，測量系統包括定位圓盤，球關節或萬向接頭，拉線編碼器，數據線，數據采集卡和計算機；所述定位圓盤同軸安裝在大型設備的運動部件上并能夠自由轉動，八個球關節或萬向接頭安裝在定位圓盤的下表面，八個拉線編碼器伸出的八條測試線纜分別連接在八個球關節或萬向接頭上；八個拉線編碼器的安裝方式為隨機安放式或使用測量桿，必須保證八個拉線編碼器的基點基本處于一個平面，任意三點不共線，避免干涉；八個拉線編碼器通過數據線連接數據采集卡，所述數據采集卡連接計算機。

本系統還包括測量桿，八個個所述拉線編碼器分別安裝在對應的測量桿上。

一種運動部件空間位姿精度和軌跡拉線式測量方法，具體步驟如下：

a．手動或自動測量任意六個拉線編碼器的基點兩兩之間的直線距離，并由數據采集卡反饋得到這六條測試線纜的長度值；

b．已知上述六條測試線纜的長度和六個拉線編碼器之間的空間分布后，以此為一組，根據并聯機構的正運動學原理聯立方程，并利用牛頓-拉夫松法進行反復迭代求出解析解，計算出運動部件的一組位姿初值；

c．通過排列組合，重新選取不同的六個拉線編碼器為一組，重復步驟a-b，分別求出多組運動部件位姿初值，對位姿初值集合進行誤差最小化處理，得到運動部件一個精確位姿解；

d．操縱大型設備，使其運動部件運動，改變八個拉線編碼器的測試線纜的長度，重復步驟a-c，得到運動部件的不同位姿解；

e．計算機記錄下運動部件實時位姿，形成實時軌跡路線；根據采樣間隔，由計算機得到的運動軌跡計算出運動部件的速度和加速度。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著技術進步：

本發明采用拉線編碼器作為測量的主體，利用拉線編碼器的測試線纜長度來換算運動部件的點位坐標值變化，適用于工業現場，測試設備使用壽命長，運動部件運動空間大，且測得的數據準確性高。

附圖說明

圖1是本發明運動部件空間位姿精度和軌跡拉線式測量系統的結構示意圖。

具體實施方式

本發明的實施例結合附圖詳述如下：