[發明專利]一種機械手臂位置精度測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201810120935.1
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108393929A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 范光照;婁志峰;田雨辰;徐良
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;G01B11/00;G01B21/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發明屬于機械手臂動態軌跡精度校準領域，提供了一種機械手臂位置精度測量裝置及方法。采用兩個相互正交的轉臺與一個通過兩旋轉中心的徑向伸縮機構的方式，測量機械手臂的動態軌跡誤差。利用固定于徑向伸縮機構端點的一顆精密標準鋼球吸附于固定在機械手臂端點的磁性球座上，手臂端點的空間位置坐標(X，Y，Z)由三維球坐標機構上的鋼球坐標(R，θ，φ)經過坐標轉換求得，將此坐標位置與機械手臂的運動指令位置進行相減即可得出機械手臂端點的位置誤差。集方位角、俯仰角與徑向長度于一體形成三維球坐標系統，該球坐標機構的精度高于機械手臂。該裝置具有便攜性、成本低、實用性好、產品易開發、能完成對機械手臂誤差的實時測量。

技術領域

本發明屬于機械手臂動態軌跡精度校準領域，涉及機械手臂測量裝置及方法。

背景技術

在具有運動坐標系統的機械中，機械手臂是唯一能夠快速進行三維運動的自動化機構。但機械手臂由于關節太多,造成多項誤差的累積與傳遞，致使機械手臂精度普遍不高。目前對于機械手臂的空間位置精度的矯正，是以國際標準ISO9283“操作型工業機器人性能標準和檢測方法”中規定的斜面上五點位置法為準則，但不能實現對機械手臂精度的實時檢測和補償?，F今所存在的機械手臂精度測量裝置以激光跟蹤儀為主，而激光跟蹤儀價格昂貴。

發明內容

為了克服現有技術中存在的問題，本發明提出了一種機械手臂位置精度測量裝置及方法，采用兩個相互正交的轉臺與一個通過兩旋轉中心的徑向伸縮機構的方式，用于測量機械手臂的動態軌跡誤差。利用固定于徑向伸縮機構端點的一顆精密標準鋼球吸附于固定在機械手臂端點的磁性球座上，手臂端點的空間位置坐標(X，Y，Z)可由三維球坐標機構上的鋼球坐標(R，θ，φ)經過坐標轉換求得，將此坐標位置與機械手臂的運動指令位置進行相減即可得出機械手臂端點的位置誤差。旋轉臺包含方位(θ)與俯仰(φ)兩角度，各由精密的旋轉編碼器提供轉角信息；徑向伸縮桿由多節導軌滑塊機構構成，徑向長度信息可由架設在其上的激光干涉儀提供。集方位角、俯仰角與徑向長度于一體可形成一個三維球坐標系統。該球坐標機構的精度高于機械手臂，其可用于測量機械手臂的空間動態軌跡精度。

本發明的技術方案如下：

一種機械手臂位置精度測量裝置，包括相互正交的方位角轉臺和俯仰角轉臺，每個轉臺附有角度編碼器以讀取實際角度；固定于俯仰角轉臺的徑向伸縮機構，該伸縮機構包括通過兩轉臺轉動中心點的兩支以上滑軌和一支牽引板，牽引板的尾端固定一個標準鋼球；還包括位于徑向伸縮機構固定端的激光干涉儀，以及固定在伸縮機構自由端的角錐棱鏡，用于讀取徑向伸縮機構實際長度。

上述方位角轉臺放置于地面上，提供三維球坐標機構的坐標系(X，Y，Z)，原點設在方位角轉臺中心線與地面的交點處，方位角轉臺的方位角轉軸繞Z軸做360°旋轉，方位角由轉臺內的方位角編碼器提供，俯仰角轉臺固定于方位角轉軸上方，俯仰角轉軸和方位角轉軸正交，俯仰角由俯仰角轉臺內的俯仰角編碼器提供；下滑軌固定架固定于俯仰角轉軸上，且與俯仰角轉軸垂直，下滑軌固定架上方固定兩支以上壘疊安裝的滑軌，上導軌的滑塊上固定牽引板，牽引板自由端固定角錐棱鏡，該棱鏡面向兩轉臺的轉軸交點方向，兩轉臺的轉軸交點和角錐棱鏡中心點的連線形成球坐標系的徑向；在俯仰角轉軸上且相對于下滑軌固定架的另一側固定激光干涉儀調整架，其上安裝激光干涉儀，激光干涉儀的光軸通過俯仰角轉軸的中心孔射向牽引板自由端的角錐棱鏡，角錐棱鏡隨著牽引板在滑軌上伸縮移動的距離由激光干涉儀測得；在牽引板的尾端設有標準球固定塊，標準鋼球通過連桿沿徑向方向固定于標準球固定塊上。使在任意方向拉動鋼球時，均可帶動徑向伸縮桿沿著方位角(θ)方向、俯仰角(φ)方向、以及徑向(R)方向作被動運動，此為球坐標機構的三維運動原理。

進一步地，上述激光干涉儀和角錐棱鏡由貼附于各滑軌處的兩組光柵尺取代，提供徑向伸縮機構的長度測量。