专利名称：一种三线缆式工业机器人位姿检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工业机器人位姿误差检测装置，特别涉及一种利用三线缆结构方式进行工业机器人位姿误差检测的装置。
背景技术：
工业机器人产品出厂时是否合格，需要进行位姿误差的检测，位姿误差检测方案归纳起来主要有基于视觉系统的测量、三坐标测量机测量、激光干涉仪测量、激光动态跟踪系统测量和经纬仪测量等。随动接触式位姿测量机相当于一台在每个关节都装有高精度编码器的无动力机器人。此种测量方式的优点是人的干预少，测量效率高，易于实现自动化。缺点是测量机器人的制造精度要求较高，且测量机器人的自由度要求尽可能的多，否则有可能出现待测机器人与测量机器人运动之间的干涉。经纬仪测量是工业机器人末端操作器上目标点的坐标可以通过2个经纬仪测量出来，2个经纬仪之间的变换关系也可以通过经纬仪的读数计算出来，此系统的测量精度非常高，在1 m的距离内精度可以达到0.02 mm，但测量的成本也是非常高。激光测量系统具有精度高，测量范围大等优点。激光测量方法可分为2种类型角度剖分型激光跟踪测量和球坐标型激光跟踪测量。激光动态跟踪仪在1 m的测量距离时的精度为0. 1 mm，但是激光测量系统的成本极为昂贵。三坐标测量机是一种以精密机械为基础的高效率高精度的测量设备。 Veitschegger等利用三坐标测量机对PUMA560进行了标定。Driels等用三坐标测量机实现了工业机器人的全位姿标定。能够直接用于机器人标定的三坐标测量机需要的足够大的尺寸，往往价格昂贵，限制了三坐标测量机在机器人标定中的应用。上述各测量方法在精度、使用的难易和成本方面各不相同，它们与理想的测量方法都还存在差距，归纳起来，缺点和不足主要有
(1)需要专业的技术人员来操作这些仪器。(2)数据收集烦琐、费时，难以实现自动化。(3)设备价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种三线缆式机器人位姿误差检测装置，实现位姿数据的自动获取、自动计算和处理，提高数据处理的效率，降低机器人位姿误差的检测成本，提高工业机器人的产品精度，为机器人位姿误差补偿提供原始数据。本发明的目的通过下述技术方案来实现一种三线缆式工业机器人位姿检测装置，包括测量转接件1、三根钢丝2、三个测量单元3、机架4和三个重物块5 ；所述测量单元3 由光电编码器6、测量单元盖子7、测量轴8、测量单元基座9和测量单元垫片10构成；所述测量转接件1安装在机器人末端法兰盘上，钢丝2的一端固定于测量转接件1上，钢丝2的另一端穿过测量单元盖子7上的通孔，绕测量轴8若干圈，再穿过测量单元基座9的通孔， 拴在重物块5上，使重物块5自然悬挂，以保证钢丝处于紧绷状态。所述光电编码器6固定在测量单元基座9的一侧，测量单元盖子7固定在测量单元基座9的另一侧的上部，测量轴8通过轴承安装在测量单元基座9中，测量轴8与空心轴式的光电编码器6连接，整个测量单元3安装于机架4上。机器人的运动带动测量转接件1运动，进而带动钢丝2的运动，钢丝2再带动绕有钢丝4的测量轴8运动，光电编码器6记录测量轴8转过的角度位置。所述测量轴8的直径尺寸公差不超过0. 1 mm。所述测量单元盖子7的通孔和测量单元基座9的通孔同轴，且轴线与测量轴8相切。所述三根钢丝拴在测量转接件1的同一点上。所述测量单元盖子7的通孔直径小于1 mm。所述重物块使钢丝2被恒定的拉力拉紧，测量过程中，钢丝2紧绷。本发明的工作原理是已知各测量单元3盖子7上通孔之间的两两距离，以这三个距离值可以建立测量装置的坐标系。当工业机器人机械手运动时，机器人末端法兰盘带动测量转接件1运动，测量转接件1末端连接的钢丝2跟随其运动，钢丝2带动测量轴8的转动，光电编码器2读取轴8的角度位置，进而计算得到测量单元3盖子7上的通孔到测量转接件1末端点的距离。通过各测量单元3到测量转接件1的距离和平台各测量单元3之间的距离，可以计算出测量转接1件末端点在检测装置坐标系中的位置。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果
(1)与其它位姿测量系统相比，该三线缆式位姿测量装置，具有造价低廉，成本主要为三个编码器、机械结构的原料和加工费用；
(2)该三线缆式工业机器人位姿检测装置维护方便，装置结构简单，光电编码器采用增量型，每次使用前，需要调零，装置中钢丝易磨损而需要更换，钢丝更换步骤简单；
(3)实时采样数据点光电编码器的输出端通过转换电路和串口与计算机连接，可以实时记录机器人末端点的轨迹和速度；
(4)本发明装置可以对精度要求中等的机器人进行位姿误差检测或误差标定。
图1是本发明三线缆式工业机器人位姿检测装置的正视图。图2是本发明三线缆式工业机器人位姿检测装置的俯视图。图3是本发明三线缆式工业机器人位姿检测装置的顶视图。图1 3中1——测量转接件，2——钢丝，3——测量单元，4——机架，5——重物块。图4是测量单元的正视图。图5是测量单元的俯视图。图6是测量单元的左视图。图4 6中6——光电编码器，7——测量单元盖子，8——轴，9——测量单元基座，10——测量单元垫片。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例如图1所示，本发明的三线缆式工业机器人位姿检测装置，包括测量转接件1、三根钢丝2、三个测量单元3、机架4和三个重物块5 ；如图4所示，测量单元3由光编码器6、 测量单元盖子7、测量轴8、测量单元基座9和测量单元垫片10构成。所述测量转接件1安装在机器人末端法兰盘上，钢丝2的一端固定于测量转接件1 上，钢丝2的另一端穿过测量单元盖子7上的通孔，绕测量轴8若干圈，再穿过测量单元基座9的通孔，拴在重物块5上，使重物块5自然悬挂，以保证钢丝处于紧绷状态。所述光电编码器6用内六角螺栓固定在测量单元基座9的一侧，测量单元盖子7 用内六角螺栓固定在测量单元基座9的另一侧的上部，测量轴8通过深沟球轴承安装在测量单元基座9中，测量轴8与空心轴式的光电编码器6连接，整个测量单元3被四个内六角螺栓安装于机架4上。机器人的运动带动测量转接件1运动，进而带动钢丝2的运动，钢丝2再带动绕有钢丝4的测量轴8运动，光电编码器6记录测量轴8轴转过的角度位置。所述测量轴8的直径尺寸公差不超过0. 1 mm。所述测量单元盖子7的通孔和测量单元基座9的通孔同轴，且轴线与测量轴8相切。所述三根钢丝拴在测量转接件1的同一点上，用螺栓固定。所述测量单元3的盖子7上的通孔很小，为1mm。所述重物块使钢丝2被恒定的拉力拉紧，测量过程中，钢丝2紧绷。本发明所述的各零部件可选型如下，但选型不限于此
1. 光电编码器6:可选用欧姆龙增量型中空轴的E6H-CWZ3E，内径
Φ 8 mm，采用空心轴型可以直接将轴与光电编码器连接，避免了使用耦合器带来的繁琐结构。2.钢丝2:选用直径小于等于0.1 mm的线切割钢丝，选用强度高的钢丝，钢丝的特性对于该型检测装置的精度影响很大。3.测量轴8 与61900型深沟球轴承连接安装在测量单元的基座上，绕有钢丝的轴段直径为谇Ie000^5 mm。4.重物块5并无特殊要求，重量以1 kg为宜，保证钢丝被恒定的力拉紧。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本方明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种三线缆式工业机器人位姿检测装置，其特征在于包括测量转接件(1)、三根钢丝(2)、三个测量单元(3)、机架(4)和三个重物块(5);所述测量单元(3)由光电编码器(6)、 测量单元盖子(7)、测量轴(8)、测量单元基座(9)和测量单元垫片(10)构成；所述测量转接件(1)安装在机器人末端法兰盘上，钢丝(2)的一端固定于测量转接件(1)上，钢丝(2)的另一端穿过测量单元盖子(7)上的通孔，绕测量轴(8)若干圈，再穿过测量单元基座(9)的通孔，拴在重物块(5)上，使重物块(5)自然悬挂。
2.根据权利要求1所述三线缆式工业机器人位姿检测装置，其特征在于光电编码器 (6)固定在测量单元基座(9)的一侧，测量单元盖子(7)固定在测量单元基座(9)的另一侧的上部，测量轴(8)通过轴承安装在测量单元基座(9)中，测量轴(8)与空心轴式的光电编码器(6)连接，整个测量单元(3)安装于机架(4)上。
3.根据权利要求2所述三线缆式工业机器人位姿检测装置，其特征在于光电编码器(6)记录测量轴(8)转过的角度。
4.根据权利要求3所述三线缆式工业机器人位姿检测装置，其特征在于测量轴(8)的直径尺寸公差不超过0. 1 mm。
5.根据权利要求4所述三线缆式工业机器人位姿检测装置，其特征在于测量单元盖子(7)的通孔和测量单元基座(9)的通孔同轴，且轴线与测量轴(8)相切。
6.根据权利要求5所述三线缆式工业机器人位姿检测装置，其特征在于三根钢丝一端拴在测量转接件(1)的同一点上。
7.根据权利要求6所述三线缆式工业机器人位姿检测装置，其特征在于测量单元盖子 (7)的通孔直径小于1 mm。
8.根据权利要求7所述三线缆式工业机器人位姿检测装置，其特征在于重物块使钢丝 (2 )被恒定的拉力拉紧，测量过程中，钢丝(2 )紧绷。
全文摘要
本发明公开了一种三线缆式工业机器人位姿检测装置，包括测量转接件、三根钢丝、三个测量单元、机架和三个重物块；所述测量单元由光电编码器、测量单元盖子、测量轴、测量单元基座和测量单元垫片构成；所述测量转接件安装在机器人末端法兰盘上，钢丝的一端固定于测量转接件上，钢丝的另一端穿过测量单元盖子上的通孔，绕测量轴若干圈，再穿过测量单元基座的通孔，拴在重物块上，使重物块自然悬挂。光电编码器与测量轴连接，测量测量轴的角度位置。测量转接件安装于机器人末端法兰盘上，机器人运动带动钢丝运动，钢丝带动轴的转动，由测量轴的角度位置变化计算测量单元到测量转接件的距离，三个测量单元确定测量转接件的位置。
文档编号G01C21/00GK102426014SQ20111025998
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者张铁, 戴孝亮, 邹焱飚 申请人:华南理工大学