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专利号: 2020103417017
申请人: 南京工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种工业机器人位姿测量靶标装置,其特征在于,包括激光跟踪仪(3)和末端位姿测量靶标装置(2),所述末端位姿测量靶标装置(2)设于工业机器人(1)的末端,所述激光跟踪仪(3)设于所述工业机器人(1)的一侧,所述激光跟踪仪(3)用于测量所述末端位姿测量靶标装置(2)中靶球(206)的空间位姿。

2.根据权利要求1所述的工业机器人位姿测量靶标装置,其特征在于,所述末端位姿测量靶标装置(2)包括X轴步进电机伺服电缸(201)、X轴拉杆装置(202)、Y轴步进电机伺服电缸(203)、Y轴拉杆装置(204)、二维滑台(207)、靶球基座(205)和靶球(206),所述靶球(206)设于所述靶球基座(205)上表面,所述靶球基座(205)固定于所述二维滑台(207)的上表面,所述X轴拉杆装置(202)与所述X轴步进电机伺服电缸(201)连接,所述Y轴拉杆装置(204)与所述Y轴步进电机伺服电缸(203)连接,所述二维滑台(207)分别与所述X轴拉杆装置(202)和所述Y轴拉杆装置(204)连接,所述X轴步进电机伺服电缸(201)用于控制二维滑台(207)在X轴方向运动,所述Y轴步进电机伺服电缸(203)用于控制二维滑台(207)在Y轴方向运动,所述X轴和Y轴正交。

3.根据权利要求2所述的工业机器人位姿测量靶标装置,其特征在于,所述靶球(206)在X轴运动的极限位置为第一测量点(301),所述靶球(206)在X轴和Y轴零位位置为第二测量点(302),所述靶球(206)在Y轴运动的极限位置为第三测量点(303)。

4.一种工业机器人关节位置敏感误差标定方法,应用权利要求1-3中任一项所述的工业机器人位姿测量靶标装置,其特征在于,包括以下步骤:建立工具坐标系、基坐标系和测量坐标系之间的转换矩阵;

测量工业机器人(1)各关节的极限位置坐标,得到可测量的关节空间;

在所述关节空间内选取一组位姿点并进行测量,得到测量位姿;

根据测量位姿和位姿点建立关节位置敏感误差模型,完成关节位置敏感误差标定。

5.根据权利要求4所述的工业机器人关节位置敏感误差标定方法,其特征在于,所述在关节空间内选取一组位姿点并进行测量具体包括以下步骤:通过拟随机序列生成一组关节空间内的位姿点;

根据位姿点调整工业机器人(1)末端的位姿,同时通过激光跟踪仪(3)测量每个位姿点的第一测量点、第二测量点和第三测量点,计算得到测量位姿。

6.根据权利要求4所述的工业机器人关节位置敏感误差标定方法,其特征在于,所述建立工具坐标系和测量坐标系之间的转换矩阵具体包括以下步骤:定义工具坐标系的原点为B点,X轴向量为BA,Y轴向量为BC,根据X轴向量和Y轴向量的叉积计算得到Z轴坐标系向量,得到工业机器人(1)的工具坐标系在激光跟踪仪(3)的测量坐标系中的位姿表达矩阵。

7.根据权利要求4或5所述的工业机器人关节位置敏感误差标定方法,其特征在于,所述根据测量位姿和位姿点建立关节位置敏感误差模型具体包括以下步骤:通过齐次旋转矩阵对工业机器人(1)关节位置敏感类误差进行建模,齐次旋转矩阵中各误差均为工业机器人(1)关节角θ的函数,其中,齐次旋转矩阵为:其中,δx,δy和δz分别为x轴,y轴和z轴的位置偏差,εx,εy和εz为x轴,y轴和z轴的角度偏差;

通过5阶切比雪夫多项式拟合齐次旋转矩阵中的元素,计算公式为:

其中,ci和bi均为该关节的切比雪夫系数;

计算工业机器人(1)减速箱的回程误差,计算公式为:

其中,当k=1时,表示该关节正转;k=-1时,表示该关节反转;εz,k(θ)为误差参数;

建立工业机器人(1)的正运动学模型T,得到:

T=TbE01(θ)T1E12(θ)T2E23(θ)T3E34(θ)T4E45(θ)T5E56(θ)T6Tt其中,Ti为工业机器人(1)关节i的齐次转换矩阵,i的取值范围为自然数[1,6];Tb为基坐标系转换矩阵,Tt为工具坐标系转换矩阵;

通过LM优化算法的目标函数辨识出关节位置敏感类误差模型中的参数,其中,LM优化算法的目标函数为:min(TR-TbE01(θ)T1E12(θ)T2E23(θ)T3E34(θ)T4E45(θ)T5E56(θ)T6Tt)其中,TR为激光跟踪仪(3)测量位姿测量靶标装置的实际位姿矩阵;

结合关节位置敏感类误差模型中的参数、测量位姿和位姿点,得到关节位置敏感误差模型,完成关节位置敏感误差标定。