[发明专利]一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量机构及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量机构及测量方法，测量机构基于三个拉线编码器和一个旋转编码器；方法具体为：测量机构在测量之前对自身进行校准，测量机构测量时，工业机器人变换一次末端空间待测试点位姿，首先旋转编码器不旋转，测量机构获得三个拉线位移长度数据，然后旋转编码器旋转一定角度第一次，测量机构又获得三个拉线位移长度数据，基于以上数据并借助Stewart数学模型得到工业机器人末端空间待测试点在测试机构基坐标系下的一组位姿解，通过坐标转换，得到在工业机器人末端运动的基坐标系中的一组位姿解。本发明具有自身校准功能，结构简单，环境适应性强，成本低，精度高。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，尤其是一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量机构及测量方法。

背景技术

随着工业机器人在工业生产中应用范围及其任务复杂程度的不断扩大，不同位置和姿态精度的工业机器人因成本和技术等因素被应用在不同场合，因此对工业机器人进行性能评价成为必然。

常用的工业机器人性能测试仪器有三坐标测量仪、激光追踪仪和四线式空间测量仪等。三坐标测量仪是以精密机械为基础的高效率、高精度的测量设备，但占用空间大、成本高；同样的，激光追踪仪精度高、测量范围广、使用也相对方便，但是价格十分昂贵；四线式空间测量仪可以实现对机器人的位置的绝对精度和重复定位精度的三维动态测量，精度虽然比激光追踪仪精度低一些，但也基本满足目前市面上的工业机器人使用，并且价格比激光追踪仪价格低很多，四线式空间测量仪对机器人的姿态的性能无法进行评价，并且使用一定时间后需要返厂进行保养。

对于拉线位移传感器相关的工业机器人性能测试方法，现有技术几乎都是通过机械加工保证性能测试机构的误差，上述误差的大小，一定程度上影响性能测试机构在测试之前对自身进行标定的准确性；现有技术中对机器人的位置和姿态(以下简称位姿)均能够测量，几乎都是通过至少六个拉线位移传感器，并基于并联机构运动学原理，再借助误差最小化处理，获得最终的位姿解，这就带来传感器数量增多导致误差变量的增多，势必影响工业机器人性能测试结果的有效性，并且提高了测试机构的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量机构及测量方法，能够通过三个拉线位移传感器和一个旋转编码器，对测试机构自身进行校准，并且可以测得工业机器人末端的位姿。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量机构，包括：基座1和测试平台7；基座1上安装有旋转平台2，在上述旋转平台2上分方向安装有三个拉线编码器3和三个转向机构4，所述的测试平台7上安装有三个拉线适配机构6，三个拉线编码器3中的拉线5通过各自的转向机构4与各自的拉线适配机构6相连。

相应的，一种基于拉线旋转传感器的工业机器人空间位姿测量方法，包括如下步骤：

(1)机器人处于初始位姿，在此位姿下，把机器人的腕坐标系作为机器人末端运动的基坐标系，机器人运动，对应的腕坐标系相对上述基坐标系的位姿变化即为机器人的位姿解；

(2)旋转平台2旋转，通过旋转编码器获得旋转平台2旋转角度，通过拉线编码器3获得三个拉线5位移长度数据；

(3)重复步骤(2)共5次；借助步骤(2)中数据，共获得三个拉线5的位移长度数据18个，其中每根拉线的位移长度数据6个，记为1组拉线数据；共获得旋转平台2旋转角度6个，记为1组旋转平台数据；选择上述1组拉线数据和1组旋转平台数据，根据并联机构运动学原理联立方程，并利用牛顿迭代法进行反复迭代求出解析解，其他2组拉线数据分别和上述1组旋转平台数据结合同理可得，完成转向机构4在旋转平台2上、拉线适配机构6在测试平台7上的校准，并计算出转向机构4与拉线适配机构6之间三个拉线5的初始长度；

(4)机器人回到初始位姿，控制机器人的腕坐标系的原点不变，改变机器人的姿态1次，通过拉线编码器3获得三个拉线5位移长度数据；