[發明專利]一種機器人關節剛度的標定裝置及標定方法

有效

• 申請號: 202110395144.1
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113091670B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 李育文;莊正浩;劉穎
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01B21/00
• 分類號: G01B21/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發明涉及一種機器人關節剛度的標定裝置及標定方法。該方法包括：利用標定塊對閉環測量裝置進行初始標定，記錄多個標定點對應的關節角度以及閉環測量裝置內的位移傳感器測量的標定位移變化量；在串聯機器人的末端更換不同的質量塊，對機器人的末端施加不同載荷，并利用關節角度驅動機器人的末端到達標定點，獲取當前位移變化量；基于測量坐標系以及標定塊坐標系，根據標定位移變化量以及當前位移變化量確定機器人末端產生的偏移量；基于多個不同的坐標系，根據關節角度、機器人的末端產生的偏移量以及不同的載荷下機器人的末端承受的力或力矩標定出串聯機器人的實際關節剛度。本發明能夠簡化標定過程以及降低標定成本。

技術領域

本發明涉及機器人領域，特別是涉及一種機器人關節剛度的標定裝置及標定方法。

背景技術

在高端制造領域快速發展的背景下，工業機器人可作為一個柔性單元嵌入自動化生產線中，其成本往往低于一套專業夾具與一臺數控機床的價格。此外，大多數機床運動空間有限并且靈活性不高，通常具有3至5個自由度，無法加工一些較為復雜的曲面工件，而機器人工作空間較大，一般具有6個自由度，可驅動刀具到達空間任意姿態。但工業機器人受其串聯結構固有特性的影響，其剛度通常僅為數控機床的1/50至1/20，弱剛性的結構特點導致工業機器人對工作載荷的承受能力偏低。對于面向高精度加工領域的工業機器人，機器人本體剛度特性會導致機器人加工精度明顯偏低、表面加工質量差等加工缺陷。研究機器人的剛度特性，尤其是識別和提高機器人剛度對于制造加工產業具有十分重要的意義。對機器人的剛度特性進行研究，往往首先需要對機器人進行關節剛度參數的標定，然后對機器人末端承受載荷時產生的變形關節角度進行誤差補償，來提高機器人的絕對定位精度。目前，文獻中已有關于機器人剛度參數標定的研究，這些方法大多是通過激光跟蹤儀測量得到機器人末端位姿變化量來進行剛度標定，然而現有技術存在以下問題：

(1)傳統的關節剛度標定方法在機器人末端位姿測量時一般使用昂貴的外部計量系統，例如激光跟蹤儀等，并且標定過程操作復雜，需要專業的人員操作，增加了標定的成本。激光跟蹤儀對使用環境也有所要求，限制了其應用場合。

(2)對于機器人末端承受載荷的測量一般使用六維力傳感器或者測力計等設備，增加了關節剛度標定的成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種機器人關節剛度的標定裝置及標定方法，以解決關節剛度標定過程復雜且標定成本高的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種機器人關節剛度的標定裝置，包括：串聯機器人、斜面底座、實驗平臺、閉環測量裝置以及夾板支架；

所述斜面底座以及所述夾板支架設于所述實驗平臺上；所述串聯機器人設于所述斜面底座上，所述串聯機器人的末端與所述閉環測量裝置之間設有質量塊，所述質量塊用于向所述串聯機器人的末端施加載荷；所述閉環測量裝置由所述夾板支架支撐，所述閉環測量裝置內設有標定塊，所述標定塊用于標定所述串聯機器人的末端，所述閉環測量裝置用于標定所述串聯機器人的關節剛度。

可選的，所述閉環測量裝置具體包括：夾板組、位移傳感器、內六角螺釘、定位銷以及活動板；

所述夾板組包括三塊夾板，三塊所述夾板構成兩兩相鄰的虛擬立方體；所述活動板設于所述虛擬立方體的任一側面；

每塊所述夾板上均設有所述位移傳感器；每個所述位移傳感器與所述標定塊的平面相接觸，所述位移傳感器用于測量所述標定塊移動的位移變化量；

所述內六角螺絲以及所述定位銷設于所述活動板上，所述活動板用于帶動所述標定塊移動。

可選的，還包括：初始標定連接件；

所述初始標定連接件設于所述活動板上，并通過所述內六角螺絲以及所述定位銷固定連接所述初始標定連接件以及所述標定塊。

可選的，還包括：末端連接件；