[发明专利]基于针刺光照法测量工业机器人重复精度的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于针刺光照法测量工业机器人重复精度的系统和方法。

背景技术

近年来由于老龄化程度加剧，适龄工作人口减少，导致了我国劳动力成本上升，人口红利急剧下降，工业产品的国际竞争力下降。工业机器人作为减少工作人员，提高工作效率，降低，劳动强度的有力武器，被越来越多的应用于工业生产的各个环节。

为了更好的适应多变的工作环境和工作对象，人们设计了种类繁多，结构各异的工业机器人，对机器人的各项性能也提出来更高的要求。机器人末端执行器重复精度是机器人综合性能指标中最重要的指标之一，它体现了机器人末端执行器多次从空间内任何一点到空间内固定点的精确定位能力。由于定位要求精度极高，某些工业机器人(如SCARA机器人)对重复精度要求达到0.01mm，所以对该指标的测量一直比较困难。市场上一般采用摄像机摄像的方法对末端执行器进行跟踪定位，然后提取录像中每一帧的图像，对其进行比较，计算出单位时间内目标移动的像素个数，从而得到末端执行器的位置信息；这种方法需要手工编程，其测量精度容易受到摄像机分辨率、拍摄位置、光照强度等因素的影响。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种基于针刺光照法测量工业机器人重复精度的系统和方法。使其在测量精度、操作性和测量成本上都能够满足工业现场的需要。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于针刺光照法测量工业机器人重复精度的系统，包括待检测机器人，检测用针，软性垫物，不透光黑纸，黑箱，带孔黑纸，点光源，黑箱支撑架，导轨，光电池阵列，光电池支撑架，移动平台，导轨摇把，光电流检测仪和单片机显示系统；所述检测用针安装在待检测机器人的末端执行器上，所述不透光黑纸平整地固定在软性垫物上，检测用针的安装方向与不透光黑纸保持垂直，移动末端执行器，使得检测用针作用在不透光黑纸上后形成带孔黑纸；所述黑箱固定在黑箱支撑架上，点光源安装在黑箱的中心处，所述黑箱的前侧面开口，开口端的两侧设有插槽，所述带孔黑纸插于插槽内固定；所述黑箱支撑架安装在导轨的一端，所述移动平台安装在导轨上，通过导轨摇把带动沿导轨水平移动；所述光电池阵列通过光电池支撑架安装在移动平台上，光电池阵列的中心与点光源的高度相同；所述光电流检测仪和单片机显示系统连接在一起，安装在光电池阵列的背面。

一种基于针刺光照法测量工业机器人重复精度的方法，包括如下步骤：

步骤1，将检测用针固定在待检测机器人的末端执行器上，安装方向与不透光黑纸垂直，移动末端执行器，使检测用针能够刺透不透光黑纸，重复执行n次步骤1，执行时保证每一个针刺的小孔不重叠，形成带孔黑纸；

步骤2，确定测量系统的测量精度：将步骤1的带孔黑纸插入到黑箱的插槽内固定，关闭室内灯光，打开点光源，转动导轨摇把带动移动平台沿导轨移动，使得点光源通过带孔黑纸射出的所有光线都能投射到光电池阵列上形成光斑，光电流检测仪接收到光信号后转化为电信号传递给单片机显示系统，读取单片机显示系统的读数i₂；撤出带孔黑纸，使点光源射出的光线直接投射到光电池阵列上，再读取单片机显示系统的读数i；则此时满足关系式

其中S₂表示有带孔黑纸时，点光源通过带孔黑纸射出的所有光线投射到光电池阵列上形成所有光斑的面积之和，S表示撤出带孔黑纸，点光源射出的光线直接投射到光电池阵列上的面积；

则求得光电池阵列上一个光斑的面积为：

S₃＝S₂/n(2)

以及光电池阵列上一个光斑的直径为：

在导轨上读取此时点光源到光电池阵列的距离l₂，点光源到带孔黑纸的距离l₁由黑箱的大小决定；通过光照原理可得

其中d₂为光电池阵列上一个光斑的直径，d₁为带孔黑纸上一个小孔的直径；

求得一个小孔直径d₁：

该孔径d₁表明了测量系统的测量精度；

步骤3：重新换一张不透光黑纸，移动待检测机器人末端执行器从空间任何一点到被测点，将检测用针刺透不透光黑纸，重复执行n次步骤3，此时不透光黑纸上的小孔一定会有重叠的，形成带孔黑纸；