一种机器人标定测试组合装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种机器人标定测试组合装置，所述机器人标定测试组合装置与激光系统相配合并用以标定机器人姿态，所述机器人标定测试组合装置包括固定于机器人上的标定板及直接固定于机器人或标定板上的负载组件，所述负载组件包括若干能够拆卸连接的量块以及将若干量块固定至一起的固定件。所述负载组件包括若干能够拆卸连接的量块，因此，在进行机器人标定测试的过程中，可根据需要增加或减少量块的数量，从而对机器人进行更加准确的标定。
【专利说明】
一种机器人标定测试组合装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种机器人标定测试组合装置。
【背景技术】
[0002]工业机器人作为柔性生产和智能制造概念中关键的生产装备，其具备的最基本的功能即要求能够准确定位末端执行器(包括位姿和姿态)，关节型工业机器人为常见的各相邻连杆耦合运动构成的开链机构，其末端执行器位姿的准确控制需要通过对各关节参数值的精准控制来保障。然而，机器人在整个生产及使用周期过程中不可避免地存在制造、装配、磨损等诸多的误差。这些误差的存在使得机器人控制系统中原先预设的内部名义运动学模型与每个机器人个体的实际参数之间发生偏差，从而使控制不够精准。因此，在机器人投入正式使用之前以及在维护调整之后都需要对机器人进行仔细可靠的标定，以期修正机器人的精度。
[0003]工业机器人标定时，按照国家标准《GB/T 12642-2013工业机器人性能规范及其试验方法》的要求需要对机器人的位姿、轨迹以及速度等特性进行测量标定;且对于标定过程中机器人的负载条件有规范性要求，即必须进行满负载(设计要求)运行测试以及建议进行10%负载的测试要求。对于开发重载机器人而言，需要测量的参量纷繁复杂，且最好能在多种负载条件下对机器人样机的运行状况进行标定，以期更好地总结和修改机器人的设计。如此，方便可靠地标定方案和标定测试装置则对于节省机器人标定的时间，提高工作效率至关重要。
[0004]因此，必须设计一种可方便调节负载的机器人标定测试组合装置。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种可测定多种负载条件下的机器人标定测试组合
目.ο
[0006]为实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种机器人标定测试组合装置，所述机器人标定测试组合装置与激光系统相配合并用以标定机器人姿态，所述机器人标定测试组合装置包括固定于机器人上的标定板及直接固定于机器人或标定板上的负载组件，所述负载组件包括若干能够拆卸连接的量块以及将若干量块固定至一起的固定件。
[0007]作为本实用新型的进一步改进，所述量块包括首量块、末量块及夹设于首量块及末量块之间的若干中间量块。
[0008]作为本实用新型的进一步改进，所述首量块、若干中间量块、末量块均重量相等。
[0009]作为本实用新型的进一步改进，所述中间量块具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面向第二表面方向凹陷形成凹槽，所述第二表面向远离第一表面的方向凸伸形成有凸台，相邻两个中间量块固定至一起时凸台和凹槽分别配合固定。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，所述固定件包括螺柱和螺栓，所述首量块、中间量块及末量块通过螺柱和螺栓相锁紧固定;所述首量块、中间量块、末量块均贯穿形成有第一穿孔，所述螺柱自所述第一穿孔穿过，并与所述螺栓相锁紧固定。
[0011]作为本实用新型的进一步改进，所述量块呈四方形，所述第一穿孔设置有四个并设置于量块的四个角上。
[0012]作为本实用新型的进一步改进，所述激光系统包括用以接收激光的激光跟踪仪、用以反射激光的反射靶球;所述机器人标定测试组合装置还包括用以固定反射靶球和/或负载组件和/或标定板的法兰。
[0013]作为本实用新型的进一步改进，所述法兰直接固定于机器人或负载组件上，所述法兰中心位置处设有用以固定反射靶球的靶座。
[0014]作为本实用新型的进一步改进，所述法兰固定于机器人上，所述标定板为呈条状的延伸标定板;所述延伸标定板一端固定至法兰上，另一端延伸至法兰外侧并用以固定所述反射靶球。
[0015]作为本实用新型的进一步改进，所述法兰固定于机器人上，所述标定板为呈板状且面积大于所述法兰及负载组件的姿态标定板;所述姿态标定板设置于所述法兰与负载组件之间，且所述负载组件及法兰均固定于所述姿态标定板上靠近中心的位置;所述姿态标定板远离负载组件的位置上设置有靶座并用以固定三个所述反射靶球。
[0016]作为本实用新型的进一步改进，所述法兰包括末端法兰及标定法兰，所述末端法兰固定于机器人与标定板之间，所述标定板为呈板状的偏置标定板;所述偏置标定板一端固定于末端法兰上，另一端自末端法兰向外延伸并用以固定所述负载组件;所述标定法兰固定于所述负载组件上远离机器人的一侧，所述标定法兰的中心位置处设置有用以固定反射靶球的靶座。
[0017]本实用新型的有益效果是:所述负载组件包括若干能够拆卸连接的量块，因此，在进行机器人标定测试的过程中，可根据需要增加或减少量块的数量，从而对机器人进行更加准确的标定。并且，由于负载组件分为若干个量块，每块量块的重量均较轻，因此进行固定操作时更容易更便捷。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型机器人标定测试组合装置的整体结构示意图；
[0019]图2为本实用新型负载组件的结构示意图；
[0020]图3为本实用新型首量块及末量块的结构示意图；
[0021 ]图4为本实用新型中间量块的结构示意图；
[0022]图5为本实用新型机器人标定测试组合装置的第一种标定方法；
[0023]图6为本实用新型机器人标定测试组合装置的第二种标定方法；
[0024]图7为本实用新型机器人标定测试组合装置的第三种标定方法；
[0025]图8为本实用新型机器人标定测试组合装置的第四种标定方法；
[0026]图9为本实用新型机器人标定测试组合装置的第五种标定方法。
【具体实施方式】
[0027]以下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本实用新型的保护范围内。
[0028]如图1至图9，本实用新型提供了一种机器人标定测试组合装置100，所述机器人标定测试组合装置100与激光系统相配合并用以标定机器人200。所述激光系统包括用以发射并接收激光的激光跟踪仪1、用以反射激光的反射靶球2;所述机器人标定测试组合装置100包括用以标定机器人200的标定板、固定于机器人200上的负载组件4、及用以固定反射靶球2和/或负载组件4和/或标定板的法兰5。
[0029]所述负载组件4固定于机器人200上，通常情况下，所述负载组件4通过法兰5或标定板固定于机器人200上。所述负载组件4包括若干能够拆卸连接的量块41及用以将量块41固定至一起的固定件。所述量块41包括首量块411、末量块412及夹设于首量块411和末量块412之间的若干中间量块413。在本实施方式中，所述首量块411、若干中间量块413、末量块412均沿一个方向排布，即沿一个方向堆叠延伸，当然若所述量块41呈不规则的其他方式堆叠排布，也可达到本实用新型的目的。所述首量块411、末量块412、中间量块413的重量均相等，在本实施方式中，所述量块41的重量均为10kg。所述量块41均呈四方形结构，在本实施方式中，所述量块41的正视投影均呈正方形。所述固定件包括螺柱(未标号)和螺栓(未标号)，所述量块41之间通过螺柱和螺栓固定，所述量块41均贯穿形成有第一穿孔410，所述第一穿孔410的直径大于所述螺柱直径约2mm，方便螺柱穿过并与螺栓装配固定。在本实施方式中，所述量块41均呈正方形，所述第一穿孔410设置有四个并以量块41的中心呈对称分布，并靠近所述量块41的四个角分布。
[0030]如图2和3所示，所述首量块411及末量块412包括呈正方形的基板4111以及自基板4111上向一个方向凸伸形成的凸块4112，所述凸块4112形成于所述基板4111的四个直角上，所述第一穿孔410形成于所述凸块4112上。所述首量块411及末量块412远离凸块4112的一侧加工形成有法兰接口 4113，用以与法兰5相对接。由于凸块4112的存在，所述首量块411及末量块412与中间量块413之间形成有间隙4114，本实施方式中，所述凸块4112的高度约为40mm，因此，所述首量块411及末量块412的基板4111与中间量块413之间形成有大约40mm的间隙4114，所述间隙4114用于首量块411及末量块412与法兰5对接时，方便扳手从间隙4114中伸入操作。
[0031]如图2、3、4所示，所述中间量块413的正视投影与所述首量块411及末量块412的大小一致，并且所述第一穿孔410形成于所述中间量块413的四个直角上并且其大小及位置均与首量块411及末量块412上的第一穿孔410相一致。所述中间量块413具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面向第二表面方向凹陷形成凹槽4131，所述第二表面向远离第一表面的方向凸伸形成凸台4132，相邻两个中间量块413的凸台4132和凹槽4131分别配合固定。因此，在安装中间量块413时，可先将中间量块413的凹槽4131及凸台4132相定位，进而将中间量块413相堆叠，并可确保中间量块413均沿一个方向排布，且若干第一穿孔410相对应以便于固定。
[0032]因此，由于所述量块41的重量均相等且方便拆卸和安装，则在机器人200标定的过程中，可拆卸或安装中间量块413，方便对机器人200在不同负载情况下进行标定。
[0033]所述机器人200标定过程中，可通过不同的标定板，以及固定于不同位置处的一个或多个反射靶球2，对机器人200进行标定。所述激光跟踪仪I和所述反射靶球2按照不同测试要求记录所述机器人200运转时指定点的三维坐标信息，并将数据保存在计算机中，并利用测量系统配套软件处理数据，从而对机器人200进行标定。标定板具有若干种结构，并且反射靶球2与标定板的连接方式不同，则所测得的机器人200的三维坐标数据也不同，可对机器人200进行更全面的标定测试。
[0034]如图5所示为第一种标定方法，将所述法兰5固定于机器人200上，并将所述反射靶球2固定于所述法兰5的中心位置，从而标定在无负载时的机器人200。
[0035]如图6所示为第二种标定方法，将所述负载组件4与所述机器人200相固定，所述法兰5包括标定法兰51及末端法兰52;所述末端法兰52固定连接于所述机器人200与负载组件4之间，通过末端法兰52与负载组件4的末量块412之间的配合，可将负载组件4牢牢固定于机器人200上;所述标定法兰51固定于首量块411远离末量块412的一侧，所述反射靶球2固定于所述标定法兰51的中间位置，从而标定有负载时的机器人200;同时，为了满足不同负载的要求，可增加或拆卸中间量块413，从而进行更加精确的标定。
[0036]如图7所示为第三种标定方法，所述法兰5包括标定法兰51和末端法兰52，将所述标定法兰51和末端法兰52用螺栓和可拆定位销连接，并固定于机器人200上。所述标定板为呈条状的延伸标定板31，所述延伸标定板31上设置有若干用以安装反射靶球2的靶座310。所述延伸标定板31—端固定至标定法兰51上，另一端延伸至标定法兰51外侧，所述反射革巴球2固定至所述延伸标定板31远离法兰5的一端，即所述反射靶球2固定于所述延伸标定板31偏离法兰5中心的一侧。由于机器人200具有若干个轴，不同轴在旋转时，激光跟踪仪I需要跟踪记录反射靶球2的运动轨迹。因此若需要测定图5中反射靶球2所在的轴旋转时的运动轨迹，由于反射靶球2就处于该轴上，则该轴即使旋转也无法测得运动轨迹，因此就需要采用如图7所示的标定方法，采用延伸标定板31，将反射靶球2偏离该轴设置。
[0037]如图8所示为第四种标定方法，所述标定板为呈板状的姿态标定板32，所述姿态标定板32的面积大于负载组件4及法兰5，且完全将量块41包括在内。所述负载组件4及法兰5均固定于所述姿态标定板32上靠近中心的位置。所述姿态标定板32呈四方板状，并且在四个直角上分别形成有用以安装反射靶球2的靶座310，所述反射靶球2具有三个，并分别固定于姿态标定板32的任意三个靶座310。在此种情况下，将法兰5固定于机器人200上，并将负载组件4上的末量块412卸去，而将姿态标定板32连接固定于所述法兰5和位于末端的中间量块413之间。所述姿态标定板32上开设有供螺柱穿过的第二穿孔(未图示)，所述第二穿孔与所述第一穿孔410相对齐且大小一致，从而将姿态标定板32固定于负载组件4的末端。利用所述激光跟踪仪I测试并记录机器人200不同位姿下所述三个反射靶球2的三维坐标信息，从而对机器人200进行姿态标定。同时，为了满足不同负载的要求，可增加或拆卸中间量块413，从而进行更加精确的标定。
[0038]如图9所示为第四种标定方法，所述标定板为呈板状的偏置标定板33，所述偏置标定板33的呈长方形板状，且宽度方向上与所述量块41的宽度保持一致。所述法兰5包括标定法兰51和末端法兰52，所述末端法兰52固定于机器人200上。所述标定法兰51固定于所述负载组件4的首量块411远离机器人的一侧，即位于机器人的前端，所述反射靶球2固定于所述标定法兰51的中心位置。所述偏置标定板33—端固定于末端法兰52上，另一端自末端法兰52向外延伸;所述负载组件4固定于所述偏置标定板33远离末端法兰52的一端。在本实施方式中，在所述负载组件4中卸去末量块，并将位于末端的中间量块413直接与偏置标定板33相固定。从而可在负载整体偏离机器人200的轴时，对机器人200进行标定。同时，为了满足不同负载的要求，可增加或拆卸中间量块，从而进行更加精确的标定。
[0039]所述机器人200标定测试方法的具体步骤为，在本实施方式中，以六轴机器人200作为标定对象，第六轴为如图5中反射靶球2所在的轴线:
[0040]S1:如图5所示，将所述重载机器人200的末端法兰52与所述标定法兰51用螺栓和可拆定位销连接，然后利用M4螺栓连接所述标定法兰51和所述延伸标定板31，然后先将所述反射靶球2安装于所述标定法兰51的中间靶座310上，在手动模式下依次驱动所述重载机器人200的第一轴和第二轴，单轴旋转范围不小于120°。利用所述激光跟踪仪I跟踪记录所述反射靶球2的轨迹，分别得到机器人200按照各轴旋转的轨迹圆，拟合圆和圆轴线，以第一轴轨迹圆轴线为Z轴，第二轴轨迹圆轴线为Y轴，建立机器人200标定用笛卡尔坐标系，根据设计时关节的D-H参数，统一机器人200控制用世界坐标系和标定用笛卡尔坐标系。
[0041 ] S2:依次转动所述重载机器人200的第三轴、第四轴、第五轴，第六轴，利用所述激光跟踪仪I分别记录各单轴运转时所述反射靶球2的轨迹。在记录第六轴轨迹圆时，如图7所示，需先将所述反射靶球2安装在所述延伸标定板31上偏离所述末端法兰52中心的靶座310上。这样利用所述激光跟踪仪I测量系统的专用软件拟合各轴的轨迹圆及轴线，建立所述重载机器人200的实际D-H参数和各轴的坐标系。
[0042]S3:如图6所示，将负载组件4通过末端法兰52直接固定于所述机器人200上，并将标定法兰51固定于所述负载组件4的首量块前端，配合所述激光跟踪仪I可以完成机器人200在不同负载条件下位置和轨迹特性的测量。机器人200运行的轨迹按照相关国标的规定选择。
[0043]S4:如图8所示，采用所述姿态标定板32连接所述末端法兰52与所述负载组件4，所述负载组件4与所述姿态标定板32之间卸去一块末量块412，位于末端的中间量块413直接与姿态标定板32相固定。在所述姿态标定板32上选择三个靶座310，安装三个所述反射靶球
2。利用所述激光跟踪仪I分别记录机器人200不同位姿下的所述三个反射靶球2的三维坐标信息。三点之间建立两个相交的向量，利用垂直向量外积为零的原理，使用MATLAB编程处理数据，得到姿态参数的数据，用来进行机器人200姿态标定。利用所述激光跟踪仪I能够直接获取和记录所述反射靶球2的精确位置，但是不能直接获取所述重载机器人200末端TCP的姿态信息。
[0044]S5:如图9所示，利用所述偏置标定板33连接所述末端法兰52和所述负载组件4，所述负载组件4前端与所述标定法兰51连接，所述反射革E球2安装在所述标定法兰51的中间位置。调整所述负载组件4的中间量块413的数量以变化负载大小，进行负载偏置情况下机器人200性能的测试和标定。
[0045]通过上述方法，可对机器人200进行全面的标定，并且，由于负载的可拆卸设计，可不断增加或减少负载，对机器人200进行更全面的标定测试。
[0046]应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0047]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种机器人标定测试组合装置，所述机器人标定测试组合装置与激光系统相配合并用以标定机器人姿态，其特征在于:所述机器人标定测试组合装置包括固定于机器人上的标定板及直接固定于机器人或标定板上的负载组件，所述负载组件包括若干能够拆卸连接的量块以及将若干量块固定至一起的固定件。2.根据权利要求1所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述量块包括首量块、末量块及夹设于首量块及末量块之间的若干中间量块。3.根据权利要求2所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述首量块、中间量块、末量块的重量均相等。4.根据权利要求2所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述中间量块具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面向第二表面方向凹陷形成凹槽，所述第二表面向远离第一表面的方向凸伸形成有凸台，相邻两个中间量块固定至一起时凸台和凹槽分别配合固定。5.根据权利要求2所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述固定件包括螺柱和螺栓，所述首量块、中间量块及末量块通过螺柱和螺栓相锁紧固定;所述首量块、中间量块、末量块均贯穿形成有第一穿孔，所述螺柱自所述第一穿孔穿过，并与所述螺栓相锁紧固定。6.根据权利要求5所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述量块呈四方形，所述第一穿孔设置有四个并设置于量块的四个角上。7.根据权利要求1所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述激光系统包括用以接收激光的激光跟踪仪、用以反射激光的反射靶球;所述机器人标定测试组合装置还包括用以固定反射靶球和/或负载组件和/或标定板的法兰。8.根据权利要求7所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述法兰直接固定于机器人或负载组件上，所述法兰中心位置处设有用以固定反射靶球的靶座。9.根据权利要求7所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述法兰固定于机器人上，所述标定板为呈条状的延伸标定板;所述延伸标定板一端固定至法兰上，另一端延伸至法兰外侧并用以固定所述反射靶球。10.根据权利要求7所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述法兰固定于机器人上，所述标定板为呈板状且面积大于所述法兰及负载组件的姿态标定板;所述姿态标定板设置于所述法兰与负载组件之间，且所述负载组件及法兰均固定于所述姿态标定板上靠近中心的位置;所述姿态标定板远离负载组件的位置上设置有靶座并用以固定三个所述反射靶球。11.根据权利要求7所述的机器人标定测试组合装置，其特征在于:所述法兰包括末端法兰及标定法兰，所述末端法兰固定于机器人与标定板之间，所述标定板为呈板状的偏置标定板;所述偏置标定板一端固定于末端法兰上，另一端自末端法兰向外延伸并用以固定所述负载组件;所述标定法兰固定于所述负载组件上远离机器人的一侧，所述标定法兰的中心位置处设置有用以固定反射靶球的靶座。
【文档编号】G01B21/00GK205619907SQ201620312053
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】陆炳融, 郭跃, 曹勇, 郭佩佩, 程艳花
【申请人】昆山工研院工业机器人研究所有限公司, 昆山华恒焊接股份有限公司