本發(fā)明屬于計(jì)量校準(zhǔn)，涉及一種工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前工業(yè)機(jī)器人具有極高的重復(fù)定位精度，但是其絕對(duì)定位精度在使用過程中可能降低，并遠(yuǎn)低于重復(fù)定位精度，使其無法滿足持續(xù)高精度作業(yè)的應(yīng)用需求。因此通過建立數(shù)學(xué)模型對(duì)影響機(jī)器人絕對(duì)定位精度的誤差進(jìn)行標(biāo)定補(bǔ)償是提高絕對(duì)定位精度的關(guān)鍵。

2、目前，應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)定工具主要是激光跟蹤儀，市面上的激光跟蹤儀雖然測(cè)量精度較高，但是價(jià)格昂貴。此外，激光跟蹤儀測(cè)量三維坐標(biāo)的工作原理在于球坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系之間的變換，其角度傳感器的誤差具有放大作用，使得變換后的三維坐標(biāo)精度顯著降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。

2、本發(fā)明的第一方面提供了一種工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定裝置，包括：

3、激光測(cè)距組件，用于測(cè)量機(jī)器人末端靶球的三維坐標(biāo)，所述激光測(cè)距組件包括激光干涉儀、分光鏡、二維位置敏感探測(cè)器和殼體；

4、二維移動(dòng)平臺(tái)，用于在x軸和y軸方向上移動(dòng)所述激光測(cè)距組件，所述二維移動(dòng)平臺(tái)包括x軸和y軸方向的絲杠滑塊模組以及光柵尺；

5、支撐裝置，用于固定和支撐所述二維移動(dòng)平臺(tái)，使其能夠在三維空間內(nèi)穩(wěn)定工作。

6、本發(fā)明的第二方面提供了一種工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定方法，包括以下步驟：

7、步驟1.在機(jī)器人末端安裝靶球，并啟動(dòng)激光測(cè)距組件發(fā)射激光束對(duì)準(zhǔn)靶球；

8、步驟2.控制機(jī)器人末端靶球移動(dòng)至工作空間內(nèi)的多個(gè)預(yù)設(shè)位置；

9、步驟3.利用二維位置敏感探測(cè)器反饋的測(cè)量值，調(diào)整二維移動(dòng)平臺(tái)的滑塊位置，使激光束對(duì)準(zhǔn)二維位置敏感探測(cè)器中心，并記錄x軸和y軸方向光柵尺的讀數(shù)作為靶球中心的x和y坐標(biāo)值；

10、步驟4.根據(jù)激光測(cè)距組件記錄的激光束與靶球中心的距離，獲得靶球中心的z坐標(biāo)值；

11、步驟5.記錄機(jī)器人在每個(gè)位置下的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)；

12、步驟6.基于所記錄的靶球三維坐標(biāo)值和關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)，建立位置誤差模型，并利用優(yōu)化算法辨識(shí)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型參數(shù)；

13、步驟7.將辨識(shí)后的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型參數(shù)補(bǔ)償至機(jī)器人控制器，完成位置誤差標(biāo)定。

14、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出一種位置誤差標(biāo)定裝置及方法，在工作原理上避免了球坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系之間的變換，可直接獲得直角坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)。該套裝置有望降低工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)定成本且標(biāo)定精度較高，滿足企業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人低成本、高精度的標(biāo)定裝置的需求。

技術(shù)特征：

1.一種工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定裝置，其特征在于：所述激光測(cè)距組件的激光干涉儀和分光鏡分別固定在殼體內(nèi)部的支架上，分光鏡支架下端固定二維位置敏感探測(cè)器，通過激光干涉儀發(fā)射激光束并經(jīng)分光鏡反射至二維位置敏感探測(cè)器，獲取靶球中心的z軸坐標(biāo)值。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定裝置，其特征在于：所述二維移動(dòng)平臺(tái)的x軸和y軸方向絲杠滑塊模組分別配備有光柵尺和光柵尺讀數(shù)頭，用于精確測(cè)量x軸和y軸方向的移動(dòng)距離。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定裝置，其特征在于：所述支撐裝置為三腳架結(jié)構(gòu)，用于穩(wěn)定支撐二維移動(dòng)平臺(tái)，并確保其在三維空間內(nèi)的定位精度。

5.一種工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟6中，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，并結(jié)合lm算法對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化辨識(shí)，以提高標(biāo)定精度和魯棒性。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定方法，其特征在于：所述步驟6中，基于md-h模型建立機(jī)器人末端坐標(biāo)系相對(duì)于基坐標(biāo)系的齊次變換矩陣，并推導(dǎo)出位置誤差模型，具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定方法，其特征在于：所述第一齊次變換矩陣表達(dá)為：

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，包括指令，當(dāng)其在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)，使得計(jì)算機(jī)執(zhí)行如權(quán)利要求5-8任意一項(xiàng)所述的工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定方法。

10.一種工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定的電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并能在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于：所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求5-8任意一項(xiàng)所述的工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種工業(yè)機(jī)器人的位置誤差標(biāo)定裝置及標(biāo)定方法。本發(fā)明中的位置誤差標(biāo)定裝置包括激光測(cè)距組件，用于測(cè)量機(jī)器人末端靶球的三維坐標(biāo)，激光測(cè)距組件包括激光干涉儀、分光鏡、二維位置敏感探測(cè)器和殼體；二維移動(dòng)平臺(tái)，用于在X軸和Y軸方向上移動(dòng)所述激光測(cè)距組件，二維移動(dòng)平臺(tái)包括X軸和Y軸方向的絲杠滑塊模組以及光柵尺；支撐裝置，用于固定和支撐所述二維移動(dòng)平臺(tái)，使其能夠在三維空間內(nèi)穩(wěn)定工作。本發(fā)明相較于激光跟蹤儀，不需要進(jìn)行球坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系之間的變換，從而可避免激光跟蹤儀內(nèi)圓光柵角度誤差的放大作用。本發(fā)明可以直接測(cè)量反射靶球在測(cè)量坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)值，具有良好的標(biāo)定效果，能夠滿足工業(yè)機(jī)器人的標(biāo)定要求。

技術(shù)研發(fā)人員：孫中海,金英連,王凌,周培松,郭政建,王斌銳,王桂榮,劉萌,竺春祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國計(jì)量大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28