一种三自由度并联机器人的零点标定方法
【专利摘要】本发明公开了一种三自由度并联机器人的零点标定方法，采用如下步骤：一)在固定平台和末端平台之间安装一把带刻度的伸缩尺；二)在三自由度并联机器人的工作空间内建立一个空间直角坐标系；三)控制机器人末端平台在其工作空间范围内沿x方向移动一个固定向量、沿y方向移动一个固定向量、沿z方向移动一个固定向量，并分别记录下伸缩尺的相应读数；四)通过计算获得机器人末端平台经三次移动后所处位置处机器人主动臂与水平面的夹角，进而求出三次移后主动臂与其理论零位的夹角，然后使主动臂驱动电机驱动主动臂旋转相应角度，至其工作空间范围内的理论零位。本发明能够在三自由度并联机器人零点丢失的情况下简易、快速、精确地找回零点。
【专利说明】一种三自由度并联机器人的零点标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业机器人的标定【技术领域】，更具体的说涉及一种三自由度并联机械 手的零点标定方法。
【背景技术】
[0002] 并联机器人具有无累积误差、精度较高，结构紧凑、刚度高、承载能力大等优点，已 广泛应用于军事工业、生物医学、运动模拟等生活的方方面面。零点是机器人坐标系的基 准，无法确定零点的机器人就没有办法判断自身位置，更不用说精确控制其运动到指定位 置。通常工业机器人在出厂之前均会对机器人的机械参数进行标定，给出工业机器人各连 杆的参数与零点位置。但在一些特殊情况下，如突然断电、与环境发生碰撞、超越机械极限 位置、手动移动机器人关节等均会造成零点的丢失，如何简易、快速并精确地找到机器人零 点位置是精确控制机器人运动的前提和保证。然而，目前三自由度并联机器人的零点标定 方法主要是采用外部传感器来进行标定，或人工使用水平尺等工具标定。没有比较简易精 确的方法使失去零点的机器人找回零点。
【发明内容】
[0003] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种三自由度并联机器人的零 点标定方法，采用该方法能够在三自由度并联机器人零点丢失的情况下简易、快速、精确地 找回零点，以提高并联机器人在运动过程中的精度。
[0004] 本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种三由度并联 机器人的零点标定方法，采用如下步骤：
[0005] -）在固定平台和末端平台之间安装一把带刻度的伸缩尺，所述固定平台和所述 末端平台分别通过一个球副与所述伸缩尺的端部连接；
[0006] 二）在三自由度并联机器人的工作空间内建立一个空间直角坐标系，并将直角坐 标系的原点设定在固定平台上；
[0007] 三）使机器人末端平台处于工作空间范围内的任意一个位置，并记录下当前初始 位置伸缩尺的读数H 1，然后控制机器人末端平台沿X方向移动一个固定向量m = (a，0, 0)， 并记录下首次移动后伸缩尺的读数H2，接着再控制机器人末端平台沿y方向移动一个固定 向量η = (0, b，0)，并记录下再次移动后伸缩尺的读数H3，最后控制机器人末端平台沿z方 向移动一个固定向量P = (〇, 〇, c)，并记录下第三次移动后伸缩尺的刻度H4 ;机器人末端平 台的三次移动必须保证均在机器人工作空间范围内完成；
[0008] 四）通过计算获得机器人末端平台经三次移动后所处位置处的坐标；然后根据相 应的向量公式计算即可得到三次移动后所处位置处机器人主动臂与水平面的夹角，从而求 出三次移动后主动臂与其理论零位的夹角，然后使主动臂的驱动电机驱动主动臂旋转相应 角度，至其工作空间范围内的理论零位，完成三自由度并联机器人的零点标定工作。
[0009] 所述步骤二）建立的空间直角坐标系Ο-xyz,以三个主动臂旋转中心的内切圆的 中点为坐标系的原点0,以其中一个主动臂的旋转中心与原点O的连线为y轴，原点O到主 动臂旋转中心的方向为y轴正方向；z轴过坐标原点0,并与水平面垂直，以原点0向上为正 方向；过坐标原点0,并与Ο-yz平面垂直的为X轴，其正方向根据右手定则确定；
[0010] 所述步骤一），使伸缩尺与固定平台固联的位置位于z轴的负半轴；
[0011] 所述步骤四），通过计算得出机器人末端平台三次移动后所处位置处的坐标
【权利要求】
1. 一种三自由度并联机器人的零点标定方法，其特征在于，采用如下步骤： 一） 在固定平台和末端平台之间安装一把带刻度的伸缩尺，所述固定平台和所述末端 平台分别通过一个球副与所述伸缩尺的端部连接； 二） 在三自由度并联机器人的工作空间内建立一个空间直角坐标系，并将直角坐标系 的原点设定在固定平台上； 三） 使机器人末端平台处于工作空间范围内的任意一个位置，并记录下该初始位置伸 缩尺的读数H1，然后控制机器人末端平台沿X方向移动一个固定向量m = (a，0, 0)，并记录 下首次移动后伸缩尺的读数H2，接着再控制机器人末端平台沿y方向移动一个固定向量n =(〇, b，0)，并记录下再次移动后伸缩尺的读数H3，最后控制机器人末端平台沿z方向移动 一个固定向量P = (〇, 〇, c)，并记录下第三次移动后伸缩尺的刻度H4 ;机器人末端平台的三 次移动必须保证均在机器人工作空间范围内完成； 四） 通过计算获得机器人末端平台经三次移动后所处位置处的坐标；然后根据相应 的向量公式计算即可得到三次移动后所处位置处机器人主动臂与水平面的夹角，进而求出 三次移动后主动臂与其理论零位的夹角，然后使主动臂的驱动电机驱动主动臂旋转相应角 度，至其工作空间范围内的理论零位，完成三自由度并联机器人的零点标定工作。
2. 根据权利要求1所述的三自由度并联机器人的零点标定方法，其特征在于，所述步 骤二）建立的空间直角坐标系〇-xyz，以三个主动臂旋转中心的内切圆的中点为坐标系的 原点〇,以其中一个主动臂的旋转中心与原点O的连线为y轴，原点O到主动臂旋转中心的 方向为y轴正方向；z轴过坐标原点0,并与水平面垂直，以原点0向上为正方向；过坐标原 点〇,并与〇-yz平面垂直的为X轴，其正方向根据右手定则确定； 所述步骤一），使伸缩尺与固定平台固联的位置位于z轴的负半轴； 所述步骤四），通过计算得出机器人末端平台三次移动后所处位置处的坐标 P， (x+a, y+b, z+c),
与从动臂的杆长，r为末端平台的位置矢量，ei(i = 1，2, 3)为主动臂旋转中心距的位置矢 量，Pi表示固定平台结构角，
3.根据权利要求1所述的三自由度并联机器人的零点标定方法，其特征在于，所述伸 缩尺的测量精度不大于0. 02mm。
【文档编号】B25J9/16GK104354166SQ201410364801
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】杨文明, 梅江平, 田二勋, 贾凯凯 申请人:天津大学