[發明專利]基于圓周封閉原則的工業機器人自校準裝置及方法

有效

• 申請號: 202111044399.X
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113752297B
• 公開（公告）日: 2023-03-03
• 發明（設計）人: 張恩政;李錫睿;陳本永
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;B25J19/02;B25J9/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于圓周封閉原則的工業機器人自校準裝置及方法。包括圓周封閉自校準裝置，包括激光器固定裝置、半導體激光器、兩個PSD位置敏感探測器和電機；一個PSD位置敏感探測器的感光面中心點位于圓周封閉載體圓盤的圓心，另一個在距離圓周封閉載體圓盤半徑R的圓上；根據運動學參數探測獲得PSD位置敏感探測器感光面中心點的理論位置坐標，同方向每次90度旋轉四次探測，建立運動學自校準方程組求解參數誤差并更新運動學參數，迭代步驟處理得最終的參數誤差補償。本發明基于圓周封閉原則實現對機器人的校準，可減小校準設備誤差對校準精度的影響，適用于機器人的精度補償等領域，成本低且易于實現。

技術領域

本發明涉及工業機器人技術領域中的一種運動學參數校準方法，尤其是涉及了一種基于圓周封閉原則的工業機器人自校準裝置及方法。

背景技術

由于工業機器人在制造過程中產生的制造誤差以及使用過程中的長期磨損使得工業機器人理論模型與實際運動模型存在一定的差異，導致了工業機器人定位精度較低。目前，提高定位精度的方法主要從以下兩方面考慮:一是誤差預防法，即通過利用先進的加工制造方法來提高機器人加工及裝配的精度，但此方法易受到加工技術的限制且成本較高；二是誤差補償法，即利用測量方法以及辨識算法對機器人參數誤差進行辨識并修正到機器人控制器中，該方法成本較低，且應用范圍廣。

誤差補償法可分為兩大類：第一種方法是運動學模型幾何參數標定法，通過采用高精度測量設備精確測量工業機器人末端的位姿得到位姿誤差并建立誤差模型，從而辨識出參數誤差加以補償修正。高精度測量設備主要包括三坐標測量機、激光跟蹤儀、視覺測量設備等，然而三坐標測量機在測量時具有占用空間大，受使用場地影響使用范圍窄的缺點；激光跟蹤儀存在儀器價格昂貴，操作難度大的缺點；采用視覺測量設備測量存在精度不高，視野范圍小的缺點。第二種方法是機器人自校準方法，即通過在工業機器人末端施加約束條件構成閉環運動學，并建立約束方程辨識誤差進行補償。約束條件可包括：點約束、面約束等，基于單點約束條件的校準方法存在全局空間精度較低的缺點；基于球面約束的方法需安裝高精度測頭與標準件且對所加約束條件較高，不利于工業現場的快速在線校準。

由于采用高精度測量設備導致成本高的問題、現有自校準方法校準設備誤差降低校準精度的問題，因此采用成本低、校準設備誤差對校準精度影響小的測量方案以保證工業機器人工作時的定位精度具有重要的研究意義和實際價值。

發明內容

為了解決校準方法技術中存在的成本過高、校準設備誤差降低校準精度的技術問題，本發明的目的在于提供一種基于圓周封閉原則的工業機器人自校準裝置及方法，解決了上述問題，來提高機器人的定位精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一、一種基于圓周封閉原則的工業機器人自校準裝置：

包括工業機器人、圓周封閉自校準裝置；半導體激光器通過激光器固定裝置固定在工業機器人末端執行器端面；圓周封閉自校準裝置包括激光器固定裝置、半導體激光器、PSD位置敏感探測器一、PSD位置敏感探測器二、圓周封閉載體圓盤、電機、聯軸器和齒輪傳動裝置；電機通過聯軸器與齒輪傳動裝置連接，齒輪傳動裝置與圓周封閉載體圓盤同軸連接，PSD位置敏感探測器二通過PSD固定連接裝置二固定安裝在圓周封閉載體圓盤中間，使得PSD位置敏感探測器二的感光面中心點位于圓周封閉載體圓盤的圓心；PSD位置敏感探測器一通過PSD固定連接裝置一固定安裝在圓周封閉載體圓盤中間，使得PSD位置敏感探測器一的感光面中心點位于距離圓周封閉載體圓盤圓心半徑為R的圓上。

所述的PSD位置敏感探測器二上放置PSD固定蓋板裝置二。

所述的PSD位置敏感探測器一上放置PSD固定蓋板裝置一。

所述工業機器人為串聯型工業機械臂。