一种多关节机器人定位精度的检测装置及其检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种多关节机器人定位精度的检测装置，包括第一三轴加速度传感器，与设置在多关节机器人基座上的第一转动机构刚性连接；第二三轴加速度传感器，与设置在多关节机器人操作端上的第二转动机构通过第一弹性连接机构连接；若干个第三三轴加速度传感器，分别与设置在第一转动机构和第二转动机构之间的若干个第三转动机构通过第二弹性连接机构连接；控制器，与第一三轴加速度传感器、第二三轴加速度传感器和第三三轴加速度传感器连接。本发明还公开了一种上述多关节机器人定位精度的检测装置的检测方法。本发明能够解决现有技术的不足，提高了多关节机器人定位精度检测的准确度。
【专利说明】
-种多关节机器人定位精度的检测装置及其检测方法
技术领域
[0001] 本发明设及工厂自动化技术领域，尤其是一种多关节机器人定位精度的检测装置 及其检测方法。
【背景技术】
[0002] 多关节机器人凭借着其动作灵活、拓展性强的特点，在各种生产线中得到了广泛 的应用。多关节机器人控制的关键在于多关节机器人的定位精度。现有技术中是通过对于 多关节机器人的定位进行周期性的检测，然后对其定位过程进行闭环调整，实现对于其定 位过程的修正。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种多关节机器人定位精度的检测装置及其检 测方法，能够解决现有技术的不足，提高了多关节机器人定位精度检测的准确度。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
[0005] -种多关节机器人定位精度的检测装置，包括，
[0006] 第一=轴加速度传感器，与设置在多关节机器人基座上的第一转动机构刚性连 接，用于测量第一转动机构的运动加速度；
[0007] 第二=轴加速度传感器，与设置在多关节机器人操作端上的第二转动机构通过第 一弹性连接机构连接，用于测量第二转动机构的运动加速度；
[000引若干个第==轴加速度传感器，分别与设置在第一转动机构和第二转动机构之间 的若干个第=转动机构通过第二弹性连接机构连接，用于测量第=转动机构的运动加速 度；
[0009] 控制器，与第一=轴加速度传感器、第二=轴加速度传感器和第==轴加速度传 感器连接，用于计算多关节机器人定位精度。
[0010] 作为优选，所述第一弹性连接机构包括若干个竖向设置的第一弹黃体，第一弹黃 体的外侧滑动套接有定位套，定位套外侧连接有第一支撑杆，第一支撑杆的另一端连接至 第二弹黃体，相邻的第二弹黃体连接至转动轴，转动轴安装在第一弹性连接机构的底部。
[0011] 作为优选，第二弹性连接机构包括第=弹黃体，第=弹黃体内部设置有螺纹连接 的第二支撑杆和第=支撑杆，第二支撑杆顶部设置有半圆形的第一弹黃片，第一弹黃片的 顶部设置有橡胶层，橡胶层与第二支撑杆的顶面处于同一平面，第二弹性连接机构顶部固 定有若干个第二弹黃片，第二弹黃片环形排列，第二弹黃片的底部选择性的与橡胶层或第 二支撑杆的顶面滑动接触，第=支撑杆的侧壁设置有与第=弹黃体相连接的第四支撑杆。
[0012] -种上述的多关节机器人定位精度的检测装置的检测方法，包括W下步骤：
[0013] A、第一转动机构进行一个固定幅度的转动，第一=轴加速度传感器、第二=轴加 速度传感器和第==轴加速度传感器对相应位置的=轴加速度进行测量；
[0014] B、第=转动机构从靠近第一转动机构一侧开始逐一进行一个固定幅度的转动，第 二=轴加速度传感器和第==轴加速度传感器对相应位置的=轴加速度进行测量；
[0015] C、第二转动机构进一个固定幅度的转动，第==轴加速度传感器对相应位置的= 轴加速度进行测量；
[0016] D、控制器将每个=轴加速度传感器每次的检测结果与相应转动机构的转动幅度 进行对比，得出相应的定位精度。
[0017] 作为优选，步骤D中，控制器进行对比的过程包括W下步骤，
[001引Dl、将=轴加速度传感器每次的检测结果进行傅里叶变换；
[0019] D2、将同一个转动动作的检测结果分为一组，提取同一组内的检测结果变换后的 相互呈线性变化的分量作为目标因子；
[0020] D3、将目标因子作为转换矩阵的元素，转换矩阵为正交矩阵；
[0021] D4、将步骤D3中求得的正交矩阵的特征向量进行拟合，使用拟合得到的函数和理 论计算值得到定位精度的判定结果;判断方式为，
[0022] G(x)=/|F(x)-f(x) Idx,
[0023] 其中，F(X)为理论计算值，f (X)为拟合函数，G(X)与定位精度呈反比，G(X)越大代 表定位精度越低。
[0024] 采用上述技术方案所带来的有益效果在于:本发明设置了一个联动的定位检测系 统，利用多关节机器人本身结构的特点，通过对位移角度在各个检测位置上的测量数值的 比对，得到定位精度的检测结果，可W有效避免测量本身带来的测量误差，提高检测准确 度。而且本发明对于测量数据不采用直接对比的方式，而是通过对检测得到的波形函数进 行傅里叶变换，然后使用通过计算得到的拟合函数与理论值进行对比，运可W有效降低位 置角度在多关节机器人上传递过程中所造成的干扰分量的方法效应。=轴加速度传感器根 据安装位置不同设置有不同的安装结构。第一弹性连接机构可W有效抑制多关节机器人操 作端的窜动，第二弹性连接机构可W有效阻碍高频振动向外传递，从而提高检测准确度。
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的一个【具体实施方式】的原理图。
[0026] 图2是本发明的一个【具体实施方式】中第一弹性连接机构的结构图。
[0027] 图3是本发明的一个【具体实施方式】中第二弹性连接机构的结构图。
[00%]图中：1、第一=轴加速度传感器;2、第一转动机构;3、第二=轴加速度传感器;4、 第二转动机构；5、第一弹性连接机构;6、第==轴加速度传感器;7、第=转动机构;8、第二 弹性连接机构;9、控制器;10、第一弹黃体;11、定位套;12、第一支撑杆;13、第二弹黃体;14、 转动轴；15、第=弹黃体；16、第二支撑杆；17、第=支撑杆；18、第一弹黃片；19、橡胶层;20、 第二弹黃片;21、第四支撑杆。
【具体实施方式】
[0029] 参照图1 -3，本发明的一个【具体实施方式】包括，
[0030] 第一=轴加速度传感器1，与设置在多关节机器人基座上的第一转动机构2刚性连 接，用于测量第一转动机构2的运动加速度；
[0031] 第二=轴加速度传感器3,与设置在多关节机器人操作端上的第二转动机构4通过 第一弹性连接机构5连接，用于测量第二转动机构4的运动加速度；
[0032] 若干个第==轴加速度传感器6,分别与设置在第一转动机构2和第二转动机构4 之间的若干个第=转动机构7通过第二弹性连接机构8连接，用于测量第=转动机构7的运 动加速度；
[0033] 控制器9,与第一=轴加速度传感器1、第二=轴加速度传感器3和第==轴加速度 传感器6连接，用于计算多关节机器人定位精度。
[0034] 所述第一弹性连接机构5包括若干个竖向设置的第一弹黃体10,第一弹黃体10的 外侧滑动套接有定位套11，定位套11外侧连接有第一支撑杆12,第一支撑杆12的另一端连 接至第二弹黃体13,相邻的第二弹黃体13连接至转动轴14,转动轴14安装在第一弹性连接 机构5的底部。
[0035] 所述第二弹性连接机构8包括第=弹黃体15,第=弹黃体15内部设置有螺纹连接 的第二支撑杆16和第=支撑杆17,第二支撑杆16顶部设置有半圆形的第一弹黃片18,第一 弹黃片18的顶部设置有橡胶层19,橡胶层19与第二支撑杆16的顶面处于同一平面，第二弹 性连接机构8顶部固定有若干个第二弹黃片20,第二弹黃片20环形排列，第二弹黃片20的底 部选择性的与橡胶层19或第二支撑杆16的顶面滑动接触，第=支撑杆17的侧壁设置有与第 =弹黃体15相连接的第四支撑杆21。
[0036] -种上述的多关节机器人定位精度的检测装置的检测方法，包括W下步骤：
[0037] A、第一转动机构2进行一个固定幅度的转动，第一=轴加速度传感器1、第二=轴 加速度传感器3和第==轴加速度传感器6对相应位置的=轴加速度进行测量；
[0038] B、第=转动机构7从靠近第一转动机构2-侧开始逐一进行一个固定幅度的转动， 第二=轴加速度传感器3和第==轴加速度传感器6对相应位置的=轴加速度进行测量；
[0039] C、第二转动机构4进一个固定幅度的转动，第==轴加速度传感器6对相应位置的 =轴加速度进行测量；
[0040] D、控制器則尋每个=轴加速度传感器每次的检测结果与相应转动机构的转动幅度 进行对比，得出相应的定位精度。
[0041 ] 步骤D中，控制器9进行对比的过程包括W下步骤，
[0042] Dl、将=轴加速度传感器每次的检测结果进行傅里叶变换；
[0043] D2、将同一个转动动作的检测结果分为一组，提取同一组内的检测结果变换后的 相互呈线性变化的分量作为目标因子；
[0044] D3、将目标因子作为转换矩阵的元素，转换矩阵为正交矩阵；
[0045] D4、将步骤D3中求得的正交矩阵的特征向量进行拟合，使用拟合得到的函数和理 论计算值得到定位精度的判定结果;判断方式为，
[0046] G(x)=/|F(x)-f(x) Idx,
[0047] 其中，F(X)为理论计算值，f (X)为拟合函数，G(X)与定位精度呈反比，G(X)越大代 表定位精度越低。
[0048] 步骤D2中，对目标因子进行加权修正可W提高拟合函数对于实际位移模拟的一致 性。加权修正过程通过修正函数完成，
[0049]
[0050] 其中，H(X)为修正前的目标因子，IT(X)为修正后的目标因子，ki~k3为比例常数， ?为目标因子的频率。
[0051] 步骤D4中，对拟合函数进行修正可W降低拟合函数中残留的干扰分量对于判定结 果的影响。修正过程为，
[0化2]
[0053] 其中，f (X)为修正前的拟合函数，(X)为修正后的拟合函数，t为采样时间，优选 为20ms ~50ms。
[0054] 本发明可W有效提高多关节机器人定位精度测量的准确度。
[0055] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必 须具有特定的方位、W特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0056] 上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单 一限制条件。
【主权项】
1. 一种多关节机器人定位精度的检测装置，其特征在于:包括， 第一三轴加速度传感器（1)，与设置在多关节机器人基座上的第一转动机构(2)刚性连 接，用于测量第一转动机构(2)的运动加速度； 第二三轴加速度传感器(3)，与设置在多关节机器人操作端上的第二转动机构(4)通过 第一弹性连接机构(5)连接，用于测量第二转动机构(4)的运动加速度； 若干个第三三轴加速度传感器(6)，分别与设置在第一转动机构（2)和第二转动机构 (4)之间的若干个第三转动机构（7)通过第二弹性连接机构(8)连接，用于测量第三转动机 构(7)的运动加速度； 控制器(9 )，与第一三轴加速度传感器（1 )、第二三轴加速度传感器(3)和第三三轴加速 度传感器(6)连接，用于计算多关节机器人定位精度。2. 根据权利要求1所述的多关节机器人定位精度的检测装置，其特征在于:所述第一弹 性连接机构(5)包括若干个竖向设置的第一弹簧体（10)，第一弹簧体（10)的外侧滑动套接 有定位套（11 )，定位套（I 1)外侧连接有第一支撑杆（12 )，第一支撑杆（12)的另一端连接至 第二弹簧体（13)，相邻的第二弹簧体（13)连接至转动轴（14)，转动轴（14)安装在第一弹性 连接机构(5)的底部。3. 根据权利要求1所述的多关节机器人定位精度的检测装置，其特征在于:所述第二弹 性连接机构(8)包括第三弹簧体（15)，第三弹簧体（15)内部设置有螺纹连接的第二支撑杆 (16) 和第三支撑杆（17)，第二支撑杆（16)顶部设置有半圆形的第一弹簧片（18)，第一弹簧 片（18)的顶部设置有橡胶层（19)，橡胶层（19)与第二支撑杆（16)的顶面处于同一平面，第 二弹性连接机构(8)顶部固定有若干个第二弹簧片(20)，第二弹簧片(20)环形排列，第二弹 簧片（20)的底部选择性的与橡胶层（19)或第二支撑杆（16)的顶面滑动接触，第三支撑杆 (17) 的侧壁设置有与第三弹簧体(15)相连接的第四支撑杆(21)。4. 一种权利要求1-3任意一项所述的多关节机器人定位精度的检测装置的检测方法， 其特征在于包括以下步骤： A、 第一转动机构（2)进行一个固定幅度的转动，第一三轴加速度传感器（1)、第二三轴 加速度传感器(3)和第三三轴加速度传感器(6)对相应位置的三轴加速度进行测量； B、 第三转动机构(7)从靠近第一转动机构(2)-侧开始逐一进行一个固定幅度的转动， 第二三轴加速度传感器(3)和第三三轴加速度传感器(6)对相应位置的三轴加速度进行测 量； C、 第二转动机构(4)进一个固定幅度的转动，第三三轴加速度传感器(6)对相应位置的 三轴加速度进行测量； D、 控制器(9)将每个三轴加速度传感器每次的检测结果与相应转动机构的转动幅度进 行对比，得出相应的定位精度。5. 根据权利要求4所述的多关节机器人定位精度的检测装置的检测方法，其特征在于： 步骤D中，控制器(9)进行对比的过程包括以下步骤， Dl、将三轴加速度传感器每次的检测结果进行傅里叶变换； D2、将同一个转动动作的检测结果分为一组，提取同一组内的检测结果变换后的相互 呈线性变化的分量作为目标因子； D3、将目标因子作为转换矩阵的元素，转换矩阵为正交矩阵； D4、将步骤D3中求得的正交矩阵的特征向量进行拟合，使用拟合得到的函数和理论计 算值得到定位精度的判定结果;判断方式为，G(X) = J IF(X) -f (X) I dx， 其中，F(x)为理论计算值，f (X)为拟合函数，G(x)与定位精度呈反比，G(x)越大代表定 位精度越低。
【文档编号】G01C21/10GK105953792SQ201610265740
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】宋明安, 李志博, 孙洁, 宋凯鑫, 丁建龙, 同彦恒, 麻辉
【申请人】宁夏巨能机器人系统有限公司