[实用新型]一体式机器人零位三维位姿校准系统

说明书

本实用新型设计了一种机器人零位三维位姿校准系统，包括：反射体、校准器、电缆、控制器，所述的校准器是一体式的，它可以同时产生三束互相垂直的激光束并在空间相交于一点；当机器人的操作臂带动反射体到达该交点之处之后，三束激光束可以测量出反射体的表面到校准器的工作面之间的距离，由此可以同时实现机器人零位的三维位置与姿态校准。

技术领域

本实用新型涉及的是一种机器人零位校准装置，具体地，是一种一体式的机器人零位三维位姿校准装置。

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，对机器人末端的实际运动精度进行精确测试，是目前所有机器人生产过程中的不可或缺的环节。其中，机器人零位三维位置与姿态校准是一种行之有效的校准方式。

目前行业内已经出现一些高精度的机器人零位三维重复定位精度测试系统，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)、一种机器人三维重复定位精度测试系统(2017100955567)，主要是采用三个互相正交的激光位移传感器通过测量机器人末端的某个部位，或者是测量一个随动的反射体来实现机器人末端零位三维位置的重复精度测量。但是，目前这些方法存在以下问题：

(1)三个传感器仍然是通过三个单独的支架来固定，一方面在安装调试过程中很难保证三个激光位移传感器互相正交并交于空间中同一点，另一方面在使用过程中很难保证三个支架的位置可靠不变，进而影响三个激光位移传感器的方向产生偏差，从而降低校准精度。

(2)三个互相垂直的方向上仅有一个一维的位移传感器，仅能测量机器人末端的三维位置坐标偏差，而不能测量三个方向的姿态角度偏差。

实用新型内容

本实用新型针对目前已有的机器人零位校准系统存在的固定不可靠且不能校准姿态角等弊端，提出一种一体式的机器人零位三维位姿校准系统，可以显著提高系统的稳定性、显著提高校准精度和长期工作的稳定性，还可以同时实现机器人零位的三维位置与姿态两方面参数的校准。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型提出一种一体式的机器人零位三维位姿校准系统，所述系统包括：反射体、校准器、电缆、控制器，其特殊之处在于，所述的校准器是一体式的，它可以同时产生三束互相垂直的激光束并在空间相交于一点；当机器人的操作臂带动反射体到达该交点之处之后，三束激光束可以测量出反射体的表面到校准器的工作面之间的距离，由此可以同时实现机器人零位的三维位置与姿态校准。

本实用新型的机器人零位校准系统的特殊之处还在于，所述的校准器包括校准器本体和传感器，其中：

所述的校准器本体为一体式结构，具有三个互相垂直的工作平面，围成一个内凹的测量空间，用于测量反射体的空间位置坐标与姿态角度；

所述的传感器为激光位移传感器，数量为6个，每个工作平面布置两个传感器，每个工作平面上的两个传感器平行布置、距离相同，三个工作平面上的三组传感器的排列方向也互相垂直，可以分别实现三个方向的姿态角度测量与校准。

本实用新型的机器人零位校准系统的特殊之处还在于，所述的反射体包括连接件、正方体、反射板，其中：

所述的连接件为高刚性材料制成，其结构形式与机器人操作臂的末端安装形式相一致，可将反射体可靠安装于机器人操作臂的末端之上；