[发明专利]一种机器人三维重复定位精度测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人三维重复定位精度测试系统，具体地，是一种基于激光位移传感器和同步采集控制器的机器人三维重复定位精度测试系统。

背景技术

机器人是一种开环的运动学结构，通过角度测量装置（通常是增量式码盘）得到关节转动的角度值，通过机器人运动学模型得到当前机器人末端执行器的空间位姿。由于在机器人生产过程中机械制造与装配、编码器、运动控制等环节均不可避免地存在各种误差，在机器人的使用过程中的重力形变、热变形、间隙和磨损以及其他随机误差等，机器人末端的实际空间位姿与理想值相比通常存在较大偏差，从而影响机器人的运动精度。因此，对机器人末端的重复定位精度进行精确测试，是目前所有机器人生产过程中的不可或缺的环节。

目前机器人三维重复定位精度测试主要采用三个互相正交的激光位移传感器通过测量随机器人末端移动到反射体来实现，例如“一种工业机器人重复定位精度测量装置”（2014101018958）、“一种用于测量工业机器人重复定位精度的测试系统”（2015100985690），但是，目前这些方法存在以下问题：

（1）三个传感器相对独立工作，分别与PLC或者工控机等数据采集系统相连，无法保证三个传感器采样的同步性。而且采集过程一般为逐个传感器依次进行通讯，实际得到的一组三维坐标所需时间为单个传感器采样周期的三倍，由此导致整个系统的测试速度下降，无法满足快速生产的需求；

（2）传感器与支架以及支架本身的定位方式不佳，三个传感器无法保证可靠而准确的正交定位精度（例如2015100985690），或者三个传感器无法灵活调节（例如2014101018958）；

（3）激光位移传感器的反射面直接采用机器人本体末端的表面，传感器的测量精度无法保证，而且不同表面的精度无法保证一致；

（4）现有各种方法并不能保证三个激光位移传感器的测量线交点处于空间同一点，由此将产生较大的定位测量误差。

发明内容

针对目前机器人三维重复定位精度测试系统存在的上述问题，本发明提出一种基于激光位移传感器和同步采集控制器的机器人三维重复定位精度测试系统，实现三维空间坐标的同步检测，而且具有更高的定位精度和更快的测量速度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提出一种基于激光位移传感器和同步采集控制器的机器人三维重复定位精度测试系统，所述系统包括：反射体、传感器、支架、控制器、立柱、底座等，其中：

所述的传感器共有三个，分别固定于三个支架之上；

所述的三个传感器成两两正交、互成90度直角，三个激光束同时投向反射体；

所述的传感器为具有外触发功能的激光位移传感器，通过同一个触发信号可以实现三个传感器的同步采集，避免同步误差的产生；

所述的反射体为轻质材料制成的正方体，该正方体的一个表面安装有连接件，与机器人末端刚性相连，并随机器人末端一同移动和转动；该正方体的另外五个表面上粘贴有漫反射板，为传感器提供反射面；

优选地，所述反射体采用铝合金或者铜等材料加工而成，漫反射板采用白色亚光漫反射板；

所述的支架采用轻质合金制作，负责定位和固定传感器，并可靠固定于立柱之上；

所述支架采用矩形截面，可以最大限度地保证传感器的定位精度，避免测量方向产生的误差；

所述的控制器为同步采集控制器，安置于立柱一旁，可以并行地将三路传感器测量信号同步读入，整体打包之后作为一组数据上传至上位机，从而避免了三个传感器依次读数造成的不同步问题和产生的测量误差；

所述的控制器由采集器、缓存、处理器、触发器、显示器、通讯接口等组成。

本发明提出一种基于上述传感器和控制器的同步采集方法：

（1）首先在处理器的统一控制下，由触发器向所有三个传感器发出触发信号；

（2）三个传感器接收到触发信号之后开始采样，并分别向控制器传输测量结果；

（3）采集器将三路传感器的测量结果同步采集并存储到缓存之中；

（4）处理器将三个传感器的测量结果进行打包，并生成一组新的数据包；

（5）处理器通过通讯接口将上述数据包上传到上位机，同时在显示器上进行显示测量结果。

所述的立柱采用轻质合金材料制作，有利于减轻整体重量；立柱的截面采用矩形，有利于提高立柱姿态的稳定性。

所述的底座采用金属制作，厚重而稳定，提高抗震性。底座的形状可为圆形或方形，其径向尺寸需根据所在环境的振幅、立柱高度和三维定位精度等参数确定。