专利名称：测量机器人的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种进行运动特性测试或末端位置测量的可移动的便携式空间位置测试仪，特别是一种随动式的测量机器人。
背景技术：
机械随动式测量机器人的应用越来越广泛，它可用于对其它工业机器人及机电系统进行运动特性测试或标定，在其末端装上探针或测头还可用于三维实体表面测量、飞机汽车三维造型检测及逆向工程技术中。国际上自八十年代开始就已经开展对此类机器人的研究工作，我国于近几年也开始了这项研究工作，其中哈尔滨工业大学机器人研究所研制的机器人运动精度测试仪，就是采用机械随动式测量方法，用一台去掉驱动机构而保留测试部分的被动机器人去测试另一台机器人的运动精度。具体做法是将被测机器人的末端与测量机器人末端连在一起，将测量机器人所得到的测试数据进行处理，从而得到被测机器人在检测系统所建立的坐标系中的实际运动状态和各瞬时的位姿。此方法的研究目前还只停留在位姿参数的相对测量阶段，测量误差也比较大，是一种仍需要完善的测量方法。对机器人位姿和轨迹特性的测试技术与评价理论的研究具有十分重要意义，这项研究已经引起了国内外专家、学者的高度重视。研究的方法大致可归纳为“激光跟踪系统”和“机械随动系统”测量方法。前者的位置精度为0.01～0.1mm，测量范围大、技术难度高，并能实现在线测量，但结构复杂，制造费用十分昂贵。后者随着传感器元件的不断完善，尤其是高分辨率、高精度测角传感器的出现，以及控制系统的不断改进，将大幅度提高其测量精度，另外，其测量范围中等，并具有结构简单、可靠、成本低等优点，同时能进行在线测量。相比之下，“机械随动系统”在现有条件下更具有可行性。
发明内容
本实用新型提供一种随动式测量机器人，该机器人解决了已有测量装置存在的测量误差大、测量范围窄、结构复杂等问题。本实用新型包含产生360°转角的第I关节A、与第I关节A相连的第II关节B、臂C、分别在相互垂直的两平面内产生360°转角的第III关节D和第IV关节E、以及码盘G；第II关节B的支撑体3固定连接在第I关节A的转轴1的端部；与转轴1垂直的第II关节B的转轴4的两端与支撑体3形成转动连接；与臂C相连接的第II关节B的关节体5固定连接在第II关节B的转轴4上，与臂C另一端相连接的第III关节D的转轴6与第III关节D的关节体7形成转动连接；与第III关节D的关节体7固定连接的第IV关节E的转轴8与第四关节E的关节体9形成转动连接；第四关节E的关节体9连接另一根臂C或末端接口法兰F；在每个关节的转轴的端部安装有一个测量关节运动角度的码盘G。本实用新型的测量机器人的第II关节B可有180°的转角，其它关节可达360°的转角，这样大大增加了机器人的运动范围。每个关节都安装有测角元件(码盘G)，用于检测关节运动角度，经过计算得到机器人末端点的位姿。该测量机器人结构形式进行了优化，使之结构紧凑，外形美观，操作方便，提高了其工作适应性，并通过对其运动空间的分析，选择合适的杆件参数增大了测量机器人的空间测试范围。该测量机器人具有测量精度高、结构简单、便于携带的优点。它可用于三维实体表面测量、飞机、汽车三维造型检测及逆向工程技术中，还可用于对其它工业机器人及机电系统进行运动特性测试或标定。
图1是具体实施方式
的测量机器人的总体结构示意图，图2是第III关节D和第IV关节E的结构示意图，图3是第I关节A和第II关节B的结构示意图。
具体实施方式
参阅图1、图2和图3，本实施方式的测量机器人由第I关节A、第II关节B、大臂C1、小臂C2、二组第III关节D和第IV关节E、码盘G、末端接口法兰F组成。第I关节A的转轴1与其关节体2形成转动连接；第II关节B的支撑体3固定连接在第I关节A的转轴1的上端部；与转轴1垂直的第II关节B的转轴4的两端与支撑体3形成转动连接；第II关节B的关节体5固定连接在第II关节B的转轴4上；关节体5与大臂C1的下端固定连接，第III关节D的转轴6与大臂C1的上端固定连接；第III关节D的转轴6与第III关节D的关节体7形成转动连接；与第III关节D的关节体7固定连接的第IV关节E的转轴8与第四关节E的关节体9形成转动连接；第四关节E的关节体9连接在小臂C2的下端，小臂C2的上端连接另一组第III关节D和第IV关节E，该组第III关节D和第IV关节E连接末端接口法兰F。在第II关节B的转轴4上还套装有用于平衡测量机器人自身重量的扭转弹簧10，扭转弹簧10的两端分别与关节体5和支撑体3固定连接。在关节体5的下面还设有用于减少运动时产生震动的阻尼器11。该测量机器人采用模块化设计，设计三对转动关节，共六个自由度，加工、装拆方便。结构上采用平行轴式结构，即大臂C1和小臂C2的轴线错开，并分别位于互相平行的二平面内，大小臂之间由一对转动关节连接起来。其优点是所有关节可以达到最大的转动角度(第II关节B为180°，其它关节接近360°或更大)，大大增加了机器人的运动范围。每个关节都安装有测角元件(码盘)，用于检测关节运动角度，经过计算得到机器人末端点的位姿。为了操作轻便，在测量机器人关节处有平衡装置用于平衡测量机器人自身的重量，使得操作员能够轻松地带动测量机器人做需要的空间运动。测量机器人自身重量的平衡与否对测量精度没有直接的影响，但能影响人机效应，使操作员操作起来轻便，不易疲劳。本实用新型采用弹簧平衡法，即在第II关节B内部装有合适的扭转弹簧，来部分平衡大小臂的重量。由于扭簧安装在关节内部，使得整个机器人看起来简洁美观。考虑到整个测量机器人的外观效果，采用内部走线的形式，即机器人的各个关节的关节体、转轴和臂都设计成空心结构，码盘也选用空心轴式，这样所有码盘线都可以由机器人内部按关节次序依次穿过，最后汇总到机器人底座处引出。该测量机器人已经成功应用在宇航服关节阻尼力矩的机器人测试系统中。机器人杆件参数的确定应能满足运动范围的要求，而且不致过长。因关节长度和测角元件分辨率及精度是决定测量机器人分辨率及测量精度的两个重要参数。当所要求的测量精度一定时，关节越长，需要的测角元件分辨率和精度就越高。为了满足精度要求而又考虑到测量机器人的成本，选用两个高精度码盘，用于第I关节A、第II关节B角度的测量，此高精度码盘的脉冲数为25000，即分辨率为52″，对该脉冲信号进行细分后，它的分辨率为13″。后四个关节角的测量采用脉冲数为2048的编码器，即分辨率为10.5′，对其进行四细分后，将分辨率提高到2.6′。设计大臂C1长为500mm，小臂C2长也为500mm，末端接口法兰F的腕长为108mm，臂的直径为60mm。其空间测量范围为半径1.1m的球状空间。测量精度可达到0.5mm。
权利要求1.测量机器人，其特征在于它包含产生360°转角的第I关节A、与第I关节A相连的第II关节B、臂C、分别在相互垂直的两平面内产生360°转角的第III关节D和第IV关节E、以及码盘G；第II关节B的支撑体(3)固定连接在第I关节A的转轴(1)的端部；与转轴(1)垂直的第II关节B的转轴(4)的两端与支撑体(3)形成转动连接；与臂C相连接的第II关节B的关节体(5)固定连接在第II关节B的转轴(4)上，与臂C另一端相连接的第III关节D的转轴(6)与第III关节D的关节体(7)形成转动连接；与第III关节D的关节体(7)固定连接的第IV关节E的转轴(8)与第四关节E的关节体(9)形成转动连接；第四关节E的关节体(9)连接另一根臂C或末端接口法兰F；在每个关节的转轴的端部安装有一个测量关节运动角度的码盘G。
2.根据权利要求1所述的测量机器人，其特征在于第四关节E的关节体(9)连接小臂C2的下端，小臂C2的上端连接另一组第III关节D和第IV关节E，该组第III关节D和第IV关节E连接末端接口法兰F。
3.根据权利要求1或2所述的测量机器人，其特征在于在第II关节B的转轴(4)上还套装有用于平衡测量机器人自身重量的扭转弹簧(10)，扭转弹簧(10)的两端分别与关节体(5)和支撑体(3)固定连接。
4.根据权利要求1或2所述的测量机器人，其特征在于在关节体(5)的下面还设有用于减少运动时产生震动的阻尼器(11)。
5.根据权利要求1或2所述的测量机器人，其特征在于各个关节的关节体、转轴和臂都设计成空心结构。
6.根据权利要求2所述的测量机器人，其特征在于大臂C1和小臂C2的轴线错开，并分别位于相互平行的二平面内。
专利摘要测量机器人，它涉及一种进行运动特性测试或标定的测量装置，特别是一种随动式的测量机器人。它包含第I关节A、第II关节B、臂C、第III关节D、第IV关节E、码盘G；支撑体(3)固定连接在第I关节转轴(1)的端部；第II关节转轴(4)的两端与支撑体(3)形成转动连接；第II关节B的关节体(5)与臂C和转轴(4)固定连接；与臂C另一端相连的第III关节转轴(6)与其关节体(7)形成转动连接；与关节体(7)固定连接的第IV关节转轴(8)与其关节体(9)形成转动连接；关节体(9)连接另一根臂C或末端接口法兰F。在每个关节转轴的端部安装有一个码盘。该机器人解决了已有测量装置存在的测量误差大、测量范围窄、结构复杂等问题。
文档编号B25J9/06GK2573172SQ0228046
公开日2003年9月17日 申请日期2002年10月9日 优先权日2002年10月9日
发明者刘宏, 高晓辉, 金明河, 杜立彬, 蔡鹤皋 申请人:哈尔滨工业大学