[發明專利]六自由度并聯機器人剛度薄弱環節定量測試裝置及方法

有效

• 申請號: 201811617834.1
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109551521B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 趙海波;趙偉國;薛闖
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 吳乃壯

1.六自由度并聯機器人剛度薄弱環節定量測試裝置，包括六自由度并聯機器人(3)、靶球(4)、載塊(5)及激光跟蹤儀(6)，其特征在于：所述六自由度并聯機器人(3)包括定平臺(32)與動平臺(34)，所述六自由度并聯機器人(3)為六支鏈并聯機構，所述六支鏈并聯機構為六條支鏈兩端分別連接在所述定平臺(32)與所述動平臺(34)上，所述載塊(5)通過螺釘固定在所述動平臺(34)上，所述定平臺(32)、所述定平臺(32)的下端球鉸鏈六個運動位置及所述動平臺(34)依次設有基準部位、薄弱部位及活動部位，所述靶球(4)均勻排列成圈分別固定在所述基準部位、所述薄弱部位及所述活動部位，所述激光跟蹤儀(6)測量靶球(4)的位置；

還包括基礎臺(1)、彎板(2)及三腳架(7)，所述六自由度并聯機器人(3)通過螺釘與所述彎板(2)連接，所述彎板(2)通過螺釘固定在所述基礎臺(1)上，所述激光跟蹤儀(6)架設在所述三腳架(7)上，所述三腳架(7)固定在所述基礎臺(1)上；

每條支鏈從所述定平臺(32)至所述動平臺(34)的運動副分別為球鉸副，滑動副，球鉸副。

2.如權利要求1所述的六自由度并聯機器人剛度薄弱環節定量測試裝置，其特征在于：所述靶球(4)分為三組，分別包括基準靶球(4a)、活動靶球(4c)及薄弱環節靶球(4b)。

3.如權利要求2所述的六自由度并聯機器人剛度薄弱環節定量測試裝置，其特征在于，所述基準靶球(4a)至少三個靶球，固定在所述基準部位上。

4.如權利要求2所述的六自由度并聯機器人剛度薄弱環節定量測試裝置，其特征在于，所述活動靶球(4c)至少三個靶球，固定在所述活動部位上。

5.如權利要求2所述的六自由度并聯機器人剛度薄弱環節定量測試裝置，其特征在于，所述薄弱環節靶球(4b)至少六個靶球，固定在所述薄弱部位上。

6.如權利要求3所述的六自由度并聯機器人剛度薄弱環節定量測試裝置，其特征在于，在所述基準靶球(4a)的中心位置建立基準坐標系{B}。

7.如權利要求4所述的六自由度并聯機器人剛度薄弱環節定量測試裝置，其特征在于，在所述活動靶球(4c)中心位置建立動平臺坐標系{D0}。

8.如權利要求1～7任一所述的六自由度并聯機器人剛度薄弱環節定量測試裝置的測試方法,其特征在于，包括如下步驟：

步驟S10：將靶球(4)分別固定在被測六自由度并聯機器人(3)的基準部位、活動部位以及薄弱部位上；

步驟S20：采用激光跟蹤儀(6)測試設置在所述基準部位上的基準靶球(4a)，計算出三個靶球中心的位置，建立基準坐標系{B}，依據幾何模型計算出六個下端球鉸鏈的初始位置坐標Qd0以及六個上端球鉸鏈的初始位置坐標Qu0；

步驟S30：采用所述激光跟蹤儀(6)測試設置在所述活動部位上的活動靶球(4c)，計算出三個靶球中心的位置，建立動平臺坐標系{D0}，計算出所述六自由度并聯機器人(3)初始狀態下所述動平臺(34)相對于基準坐標系的位置P0和姿態R0；

步驟S40：采用所述激光跟蹤儀(6)測試設置在所述薄弱部位上的薄弱環節靶球(4b)，計算出六個靶球中心的位置，計算出所述六自由度并聯機器人(3)初始狀態下六個下端球鉸鏈的位置Q0；

步驟S50：在所述六自由度并聯機器人(3)的所述動平臺(34)上添加載塊(5)，使所述動平臺(34)產生剛體變形，穩定后重新測試所述活動靶球(4c)及所述薄弱環節靶球(4b)的球心位置，得到所述六自由度并聯機器人(3)在負載狀態下所述動平臺(34)相對于基準坐標系的位置P1和姿態R1及六個下端球鉸鏈的位置Q1；

步驟S60：計算所述六自由度并聯機器人(3)施加負載時，所述動平臺(34)的位置變化為和姿態變化為：△P＝P1-P0，△R＝R1-R0；△P和△R即為所述六自由度并聯機器人(3)的整體剛體變形；

步驟S70：計算施加負載之后，六個下端球鉸鏈的新位置坐標為：Qdnew＝Qd0+Q1-Q0；

步驟S80：根據六自由度并聯機器人(3)的逆運動學計算出僅由球鉸鏈位置變化引起的所述動平臺(34)剛體變形△Pq和△Rq；

由球鉸鏈位置變化引起的動平臺34剛體變形為△Pq和△Rq，每個量有三個分量，共引入六個未知量，通過這六個量可以求得動平臺34的變換矩陣T，然后得到施加載塊5時的上端球鉸鏈的新坐標值為：Qunew＝T Qu0；根據每條支鏈兩端的球鉸鏈之間的桿長為定值的約束條件，建立六個方程，求解出僅由球鉸鏈位置變化引起的動平臺34剛體變形△Pq和△Rq；

步驟S90：定量計算僅由薄弱環節位置變化引起的所述動平臺(34)剛體變形△Pq和△Rq與整體剛體變形的比值，得到影響值Kp＝△Pq/△P，KR＝△Rq/△R。