重复定位精度测量装置和重复定位精度测量方法与流程

本申请涉及机器人精度测量技术领域，具体而言，涉及一种重复定位精度测量装置和重复定位精度测量方法。

背景技术：

机器人的重复定位精度是一个非常重要的指标，而关节模组作为机械臂的核心部件，其重复定位精度直接决定着机械臂的最终重复定位精度。关节模组通常是旋转关节，因此测量其转轴的重复定位精度是测量其角度的重复误差。

目前市面上针对关节模组的转轴的重复定位精度的测量主要有编码器测量和激光跟踪仪测量。若使用编码器进行测量，由于关节模组内部的编码器的分辨率通常在17位(bit)以上，因此利用编码器测量关节模组的重复定位精度必须要选择分辨率更高的编码器才能实现测量，这就极大地增加了测量成本，此外由于编码器的稳定性和安装精度的问题也影响了该测量方式的实际应用。若使用激光跟踪仪进行测量，虽然激光跟踪仪具有测量速度快、测量准确等优点，但是由于激光跟踪仪价格昂贵，成本更高。

技术实现要素：

本申请实施方式提出了一种重复定位精度测量装置和重复定位精度测量方法，以解决上述技术问题。

本申请实施方式通过以下技术方案来实现上述目的。

第一方面，本申请实施方式提供一种重复定位精度测量装置，重复定位精度测量装置适于测量旋转动力部件绕其转动轴线转动的重复定位精度，重复定位精度测量装置包括测量块、激光测距传感器以及处理器，测量块具有测量面，测量块适于与旋转动力部件传动连接并与旋转动力部件的转动轴线间隔。激光测距传感器朝向测量面，用于在测量块处于测量位置时发射激光光束至测量面以形成测量点，并获取与测量点之间的距离，激光光束与测量面呈预设夹角，激光光束与转动轴线的距离为预设距离。处理器根据预设夹角、预设距离以及距离确定旋转动力部件绕转动轴线转动的重复定位精度。

本申请实施方式提供的重复定位精度测量装置中，通过将测量块与旋转动力部件传动连接，可以使得旋转动力部件带动测量块转动，由于测量块与转动轴线间隔，则旋转动力部件由于其自身存在一定的误差会导致测量块每次实际处于的测量位置相对标准的测量位置产生偏差，该偏差可以反映出旋转动力部件的误差；而根据激光测距传感器的测量出的距离可以确定出测量块的位置偏差，并最终使得处理器根据激光光束与测量面之间的预设夹角，激光光束与转动轴线的预设距离以及距离可以确定旋转动力部件绕转动轴线转动的重复定位精度，从而将旋转动力部件的重复定位精度的测量转化为距离和角度的测量，不仅避免了采用高分辨率的编码器和激光跟踪仪，降低了重复定位精度测量装置的成本，而且测量方式简单，效果好。

在一些实施方式中，预设夹角为45度。

本实施方式中，预设夹角为45度可以避免重复定位精度测量装置在确定测量重复定位精度的过程增加对正切预设夹角的换算，使得重复定位精度的计算过程减少了一个参数，而参数越少，误差越少，从而有助于降低重复定位精度测量装置的测量误差。

在一些实施方式中，测量块为等腰直角三角形测量块，测量块包括垂直连接的第一表面和第二表面，以及与第一表面和第二表面呈45度角连接的第三表面，测量面位于第三表面，第一表面垂直于转动轴线，入射的激光光束垂直于第一表面。

本实施方式中，等腰直角三角形测量块亦有助于降低重复定位精度测量装置的测量误差，并且等腰直角三角形测量块的结构简单，有助于降低测量块的制造难度，降低测量块的成本。此外，由于第一表面垂直于转动轴线，入射的激光光束垂直于第一表面，从而有助于激光测距传感器获取的第一距离和第二距离更为准确，有利于降低激光测距传感器的测距误差，有利于降低重复定位精度测量装置的测量误差。

在一些实施方式中，重复定位精度测量装置还包括摆杆，旋转动力部件和测量块分别连接于摆杆的长度方向的两端，且摆杆的长度方向与预设距离的径向一致。

本实施方式中，通过摆杆连接旋转动力部件和测量块有助于增加预设距离的大小，有助于将旋转动力部件自身的误差进一步放大，从而有助于降低激光测距传感器所需达到的测量精度，继而有助于降低重复定位精度测量装置的成本。

在一些实施方式中，测量块具有磁性部，摆杆具有磁吸部，测量块通过磁性部安装于摆杆的磁吸部。

本实施方式中，测量块可以通过磁性部安装于摆杆的磁吸部，从而便于将测量块安装于摆杆，以及便于将测量块从摆杆取下来。

在一些实施方式中，入射的激光光束平行于转动轴线。

本实施方式中，激光测距传感器获取的第一距离和第二距离更为准确，从而有助于降低激光测距传感器的测距误差，有助于计算出的距离差值更为准确，继而有利于降低重复定位精度测量装置的测量误差。

在一些实施方式中，重复定位精度测量装置还包括测试平台，测试平台具有安装平面，旋转动力部件安装于安装平面。

本实施方式中，将旋转动力部件安装于测试平台，可以减少旋转动力部件在转动时引起自身晃动而导致自身位置发生偏移的情况，从而有助于降低重复定位精度测量装置的测量误差。

在一些实施方式中，重复定位精度测量装置还包括测距支架，激光测距传感器安装于测距支架。

本实施方式中，激光测距传感器安装于测距支架，则有助于激光测距传感器所在位置的稳定性，可以减少激光测距传感器在测距过程中因外力的碰撞而引起自身的位置发生偏移的情况，从而有助于降低重复定位精度测量装置的测量误差。

第二方面，本申请实施方式还提供一种重复定位精度测量方法，重复定位精度测量方法适于测量旋转动力部件绕其转动轴线转动的重复定位精度，测量块与旋转动力部件传动连接并与旋转动力部件的转动轴线间隔，激光测距传感器朝向测量块的测量面。重复定位精度测量方法包括：激光测距传感器在测量块处于测量位置时发射激光光束至测量面以形成第一测量点，并获取与第一测量点之间的第一距离；转动旋转动力部件后，激光测距传感器在测量块处于测量位置时再次发射激光光束至测量面以形成第二测量点，并获取与第二测量点之间的第二距离；根据预设夹角、预设距离、第一距离和第二距离确定旋转动力部件绕转动轴线转动的重复定位精度。

本申请实施方式提供的重复定位精度测量方法中，通过将测量块与旋转动力部件传动连接，可以使得旋转动力部件带动测量块转动，由于测量块与转动轴线间隔，则旋转动力部件由于其自身存在一定的误差会导致测量块每次实际处于的测量位置相对标准的测量位置产生偏差，该偏差可以反映出旋转动力部件的误差；而根据激光测距传感器的测量出的距离可以确定出测量块的位置偏差，并最终使得处理器根据激光光束与测量面之间的预设夹角，激光光束与转动轴线的预设距离以及距离可以确定旋转动力部件绕转动轴线转动的重复定位精度，从而将旋转动力部件的重复定位精度的测量转化为距离和角度的测量，不仅避免了采用高分辨率的编码器和激光跟踪仪，降低了重复定位精度测量装置的成本，而且测量方式简单，效果好。此外，由于激光测距传感器只需进行两次距离测量，有助于提高重复定位精度测量装置的测量效率。

在一些实施方式中，根据预设夹角、预设距离以及距离确定旋转动力部件绕转动轴线转动的重复定位精度，包括：根据第一距离和第二距离获取测量点沿激光光束方向的距离差值；以及根据预设夹角、预设距离、距离差值确定旋转动力部件绕转动轴线转动的重复定位精度。

本实施方式中，巧妙地通过第一距离和第二距离获取测量点沿激光光束方向的距离差值来计算出测量块的位置偏差，并根据该距离差值、预设夹角和预设距离确定出旋转动力部件的重复定位精度，使得测量方式简单，效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施方式提供的重复定位精度测量装置的结构示意图。

图2示出了图1的重复定位精度测量装置的部分结构示意图。

图3示出了图2的重复定位精度测量装置处于另一视角的部分结构示意图。

图4示出了图3的重复定位精度测量装置简化为几何原理的示意图。

图5示出了图1的重复定位精度测量装置的另一部分结构示意图。

图6示出了本申请实施方式提供的重复定位精度测量方法的流程示意图。

图7示出了本申请另一实施方式提供的重复定位精度测量方法的流程示意图。

附图标记

重复定位精度测量装置100、测量块10、测量面11、第一表面13、第二表面15、磁性部17、旋转动力部件200、转动轴线201、激光测距传感器30、激光光束31、处理器50、摆杆70、磁吸部71、测距支架80、支撑部81、装配部83、金属板体831、磁性件833、测试平台90、安装平面91。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1，本申请实施方式提供一种重复定位精度测量装置100，重复定位精度测量装置100适于测量旋转动力部件200绕其转动轴线201转动的重复定位精度。旋转动力部件200可以为关节模组、驱动电机等可提供旋转驱动能力的部件。

重复定位精度测量装置100包括测量块10、激光测距传感器30以及处理器50。

测量块10适于与旋转动力部件200传动连接，使得旋转动力部件200可以带动测量块10转动。测量块10与旋转动力部件200的转动轴线201间隔，则旋转动力部件200由于其自身存在一定的误差会导致测量块10每次实际处于的测量位置相对标准的测量位置产生偏差，该偏差可以反映出旋转动力部件200的误差。测量块10具有测量面11，测量面11用于配合激光测距传感器30进行距离测定。

激光测距传感器30朝向测量面11，则激光测距传感器30发射的激光光束31可以照射至测量面11。激光测距传感器30用于在测量块10处于测量位置时发射激光光束31至测量面11以形成测量点，并获取与测量点之间的距离，从而可以得到每次激光测距传感器30与处于测量位置的测量块10的距离。其中，激光光束31与测量面11呈预设夹角，激光光束31与转动轴线201的距离为预设距离。测量位置可以根据实际情况进行位置的调整，例如当激光测距传感器30发射激光光束31形成的测量点大体位于测量面11的中心位置时，此时可以将测量块10所处的位置称为测量位置，使后续操作过程中的旋转动力部件200带动测量块10转动并重新复位至测量位置后，激光测距传感器30发射的激光光束31仍可以照射至测量面11并形成测量点。

处理器50可以集成于激光测距传感器30中，也可以作为一个独立的结构。处理器50根据预设夹角、预设距离以及距离确定旋转动力部件200绕转动轴线201转动的重复定位精度。处理器50可以设定相应的程序来自动执行测量，从而可以减少用户的辅助操作，有助于提高重复定位精度测量装置100的测量效率。

例如处理器50可以控制激光测距传感器30在测量块10处于测量位置时发射激光光束31至测量面11以形成第一测量点，并控制激光测距传感器30获取与第一测量点之间的第一距离。处理器50在获得第一距离后，还可以控制旋转动力部件200转动，例如可以控制旋转动力部件200转动至少一圈，或者可以控制旋转动力部件200转动设定角度后再反向转动设定角度以复位。处理器50在转动旋转动力部件200后，还可以控制激光测距传感器30在测量块10处于测量位置时再次发射激光光束31至测量面11以形成第二测量点，并控制激光测距传感器30获取与第二测量点之间的第二距离。则处理器50可以根据预设夹角、预设距离、第一距离和第二距离确定旋转动力部件200绕转动轴线201转动的重复定位精度。其中，处理器50可以根据第一距离和第二距离获取测量点(第一测量点和第二测量点)沿激光光束31方向的距离差值，并可以根据距离差值、预设夹角和预设距离确定出旋转动力部件200的重复定位精度。

如图2至图3所示，当测量块10处于测量位置时，激光测距传感器30第一次发射激光光束31至测量面11形成的第一测量点为o′1；当旋转动力部件200带动测量块10转动并使测量块10再次处于测量位置时，激光测距传感器30第二次发射激光光束31至测量面11形成的第一测量点为o2。为便于直观地确定出旋转动力部件200绕转动轴线201转动的重复定位精度，根据图3建立图4所示的几何原理图，c为旋转动力部件200的转动轴线201上的点，o1是o′1沿转动轴线201在平行于旋转动力部件200的径向的平面的投影，使得c、o1、o2形成平面co1o2。

由于激光光束31打在测量面11上，激光光束31的方向平行于o1o1′的方向，因此测量得到的距离差值o1o1′＝δd。

由于d是o1在直线co2上的投影，因此do1垂直于co2，则激光光束31与测量面11的预设夹角β＝∠do′1o1，因此存在关系：

化简后为：

do1＝δdtanβ

由于o1和o2均是圆周上的点，因此激光光束31与转动轴线201的预设距离为co1＝co2＝l。

由于△o1co2为等腰三角形，等腰三角形的中线，垂线和角平分线重合，因此ce⊥o1o2，o1e＝1/2o1o2，∠eco1＝α/2，∠eco1＝∠eo1f＝α/2，因此存在关系：

将上述两式相乘可以得到旋转动力部件200的重复定位精度为α，因此存在关系：

化简后为：

根据上述推导可知，将旋转动力部件200的重复定位精度α的测量转化为距离和角度的测量，即转化为对o1o1′、co1和β的测量，使得测量方式成本低、简单且效果好。因为根据上述推导可知，重复定位精度测量装置100测量重复定位精度的误差主要为激光测距传感器30的测量误差，若要求旋转动力部件200的重复定位精度达到0.005°才符合要求，当预设距离设置得合适时，例如预设距离为200mm，则激光测距传感器30的测量误差只需小于或等于0.017mm就可以测量出旋转动力部件200的重复定位精度是否符合要求，由于普通的激光测距传感器30的测量误差一般都小于或等于0.017mm，而普通的激光测距传感器30的价格低，从而可以极大地节省了测量成本，不仅避免了采用高分辨率的编码器和激光跟踪仪，降低了重复定位精度测量装置100的成本，而且测量方式简单，效果好。

在一些实施方式中，入射的激光光束31可以平行于转动轴线201，使得激光测距传感器30获取的第一距离和第二距离更为准确，从而有助于降低激光测距传感器30的测距误差，有助于计算出的距离差值o1o1′更为准确，继而有利于降低重复定位精度测量装置100的测量误差。

在一些实施方式中，预设夹角β可以小于或等于45度且大于0度，相较于预设夹角β大于45度的情况下，可以使得到的距离差值o1o1′更大，有助于将旋转动力部件200自身的误差进一步放大，从而有助于降低激光测距传感器30所需达到的测量精度，继而有助于降低重复定位精度测量装置100的成本。其中预设夹角β可以为45度、40度、35度、30度、25度、20度、15度、10度、5度、1度或上述两个相邻角度之间的任意角度。

在一些实施方式中，预设夹角β可以为45度。由于do1的大小通过距离差值o1o1′与tanβ进行计算得到，当β不为45度时，导致计算出do1的值因包含tanβ而存在一定的误差，而β为45度时，△do1o1′为等腰直角三角形，do1＝o1o1′，则可以避免重复定位精度测量装置100在确定测量重复定位精度α的过程增加对tanβ的换算，使得重复定位精度的计算过程减少了一个参数，而参数越少，误差越少，从而有助于降低重复定位精度测量装置100的测量误差。

如图1所示，在一些实施方式中，测量块10可以为等腰直角三角形测量块。如此，等腰直角三角形测量块亦可以使β为45度，则同样可以避免重复定位精度测量装置100在确定重复定位精度α的过程增加对tanβ的换算，从而有助于降低重复定位精度测量装置100的测量误差。此外，等腰直角三角形测量块的结构简单，有助于降低测量块10的制造难度，降低测量块10的成本。

其中，测量块10还可以包括第一表面13、第二表面15以及第三表面19，第一表面13和第二表面15垂直连接，第三表面10分别与第一表面13、第二表面15呈45度角连接，测量面11位于第三表面19，第一表面13垂直于转动轴线201，入射的激光光束31垂直于第一表面13，从而有助于激光测距传感器30获取的第一距离和第二距离更为准确，有利于降低激光测距传感器30的测距误差，则计算出的距离差值o1o1′更为准确，继而有利于降低重复定位精度测量装置100的测量误差。

在一些实施方式中，重复定位精度测量装置100还可以包括摆杆70，旋转动力部件200和测量块10可以分别连接于摆杆70的长度方向的两端，且摆杆70的长度方向与预设距离的径向一致，如此，通过摆杆70连接旋转动力部件200和测量块10有助于增加预设距离的大小，有助于将旋转动力部件200自身的误差进一步放大，从而有助于降低激光测距传感器30所需达到的测量精度，继而有助于降低重复定位精度测量装置100的成本。

在一些实施方式中，测量块10具有磁性部17，磁性部17可以包括钕铁硼磁铁，例如可以选用n52牌号的钕铁硼磁铁。摆杆70具有磁吸部71，磁吸部71也可以包括钕铁硼磁铁，也可以选用n52牌号的钕铁硼磁铁。测量块10可以通过磁性部17安装于摆杆70的磁吸部71，从而便于将测量块10安装于摆杆70，以及便于将测量块10从摆杆70取下来。此外，由于钕铁硼磁铁的磁吸力强，有助于测量块10安装于摆杆70后不易因旋转动力部件200的转动而引起震动并导致测量块10的位置发生偏移的情况。

在一些实施方式中，重复定位精度测量装置100还可以包括测试平台90，测试平台90可以通过螺栓等紧固件固定于地面。测试平台90具有安装平面91，旋转动力部件200安装于安装平面91，转动轴线201可以平行于安装平面91。如此，将旋转动力部件200安装于测试平台90，可以减少旋转动力部件200在转动时引起自身晃动而导致自身位置发生偏移的情况，从而有助于降低重复定位精度测量装置100的测量误差。

在一些实施方式中，重复定位精度测量装置100还包括测距支架80，测距支架80可以为三脚支撑架，测距支架80可以稳定地放置于地面。激光测距传感器30安装于测距支架80，则有助于激光测距传感器30所在位置的稳定性，可以减少激光测距传感器30在测距过程中因外力的碰撞而引起自身的位置发生偏移的情况，从而有助于降低重复定位精度测量装置100的测量误差。

请参阅图1和图5，在一些实施方式中，测距支架80可以包括支撑部81和装配部83，支撑部81可以包括铁、钢等金属件。装配部83可以包括金属板体831和磁性件833，金属板体831可以为铁、钢等制成的金属板体；磁性件833可以为钕铁硼磁铁，例如可以选用n52牌号的钕铁硼磁铁，则装配部83可以利用磁吸力稳定地安装于支撑部81。激光测距传感器30可以通过螺钉、螺栓等紧固件60固定连接于装配部83的金属板体831，从而便于将激光测距传感器30安装于支撑部81，以及便于将激光测距传感器30从支撑部81取下来。

请参阅图1和图6，本申请实施方式还提供一种重复定位精度测量方法，重复定位精度测量方法适于测量旋转动力部件200的重复定位精度。重复定位精度测量方法可以采用上述任一实施方式的重复定位精度测量装置100来进行测量，例如将测量块10安装于旋转动力部件200并与旋转动力部件200的转动轴线201间隔，激光测距传感器30朝向测量块10的测量面11。重复定位精度测量方法包括步骤s20、步骤s40和步骤s60。

步骤s20：激光测距传感器30在测量块10处于测量位置时发射激光光束31至测量面11以形成第一测量点，并获取与第一测量点之间的第一距离。

步骤s40：转动旋转动力部件200后，激光测距传感器30在测量块10处于测量位置时再次发射激光光束31至测量面11以形成第二测量点，并获取与第二测量点之间的第二距离。

步骤s60：根据预设夹角、预设距离、第一距离和第二距离确定旋转动力部件200绕转动轴线201转动的重复定位精度。

本申请实施方式提供的重复定位精度测量方法中，通过将测量块10与旋转动力部件200传动连接，可以使得旋转动力部件200带动测量块10转动，由于测量块10与转动轴线201间隔，则旋转动力部件200由于其自身存在一定的误差会导致测量块10每次实际处于的测量位置相对标准的测量位置产生偏差，该偏差可以反映出旋转动力部件200的误差；而激光测距传感器30朝向测量块10的测量面11，激光测距传感器30用于在测量块10处于测量位置时发射激光光束31至测量面11以形成测量点，并获取与位于测量面11的测量点之间的距离，则根据激光测距传感器30的测量出的距离可以确定出测量块10的位置偏差，并最终使得处理器50根据激光光束31与测量面11之间的预设夹角，激光光束31与转动轴线201的预设距离以及距离可以确定旋转动力部件200绕转动轴线201转动的重复定位精度，从而将旋转动力部件200的重复定位精度的测量转化为距离和角度的测量，即转化为对o1o1′、co1和β的测量，不仅避免了采用高分辨率的编码器和激光跟踪仪，降低了重复定位精度测量装置100的成本，而且测量方式简单，效果好。此外，由于激光测距传感器30只需进行两次距离测量，有助于提高重复定位精度测量装置100的测量效率。

请参阅图1和图7，在一些实施方式中，步骤s60可以包括步骤s62和步骤s64。

步骤s62：根据第一距离和第二距离获取测量点沿激光光束31方向的距离差值。

步骤s64：根据预设夹角、预设距离、距离差值确定旋转动力部件200绕转动轴线201转动的重复定位精度。

本实施方式中，巧妙地通过第一距离和第二距离获取测量点沿激光光束31方向的距离差值来计算出测量块10的位置偏差，并根据该距离差值、预设夹角和预设距离确定出旋转动力部件200的重复定位精度，使得测量方式简单，效果好。

在本申请中，除非另有明确的规定或限定，术语“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通，也可以是仅为表面接触，或者通过中间媒介的表面接触连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为特指或特殊结构。术语“一些实施方式”、“其他实施方式”等的描述意指结合该实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本申请中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本申请中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。

以上实施方式仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。