[发明专利]一种机械臂运动学参数分离测量装置及辨识方法

权利要求书

1.一种机械臂运动学参数分离测量装置，其特征在于：包括机器人和球心位置测量系统，所述机器人的末端位置设置有标定球，所述标定球通过标定杆安装在机器人的末端法兰盘上，所述球心位置测量系统由球心检测单元和移动单元组成，所述球心检测单元固定连接于移动单元的Zs轴方向的滑台上，所述移动单元包括三轴滑台，所述三轴滑台的任意两轴相互垂直且相交于一点，该点与三轴滑台的三轴形成移动单元坐标系S，所述三轴滑台的三轴方向即为移动单元坐标系S的Xs轴、Ys轴、Zs轴的方向，所述三轴滑台均与伺服电机相连，所述三轴滑台的三轴上均设置有光栅尺，所述球心检测单元在移动单元上移动测量机器人末端位置和关节角度的数据；所述球心检测单元包括第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、第三激光位移传感器和第四激光位移传感器四个激光位移传感器；所述球心检测单元的四个激光位移传感器的激光束相交于球心检测单元坐标系L的原点，所述球心检测单元坐标系L的原点与标定球球心的初始位置重合，所述球心检测单元坐标系L的X_L轴、Y_L轴和Z_L轴与移动单元坐标系S的Xs轴、Ys轴、Zs轴方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种机械臂运动学参数分离测量装置，其特征在于：所述移动单元的三轴滑台的每个轴的运动范围大于等于机器人球形工作空间的半径。

3.根据权利要求1所述的一种机械臂运动学参数分离测量装置，其特征在于第一激光位移传感器的激光束和第三激光位移传感器的激光束位于球心检测单元坐标系L的XY平面，且关于球心检测单元坐标系L的Y_L轴左右对称,所述第一激光位移传感器的激光束与Y_L轴之间和第三激光位移传感器的激光束与Y_L轴之间的夹角均为θ1，所述θ1的取值范围在30°～70°之间。

4.根据权利要求1所述的一种机械臂运动学参数分离测量装置，其特征在于：所述第二激光位移传感器的激光束和第四激光位移传感器的激光束位于球心检测单元坐标系L的YZ平面，且关于球心检测单元坐标系的Y_L轴上下对称，所述第二激光位移传感器的激光束与Y_L轴之间的角度与第四激光位移传感器的激光束与Y_L轴之间的角度均为θ2，所述θ2的取值范围在30°～70°之间。

5.一种机械臂运动学参数辨识方法，其特征在于：使用如权利要求1-4任一所述的一种机械臂运动学参数分离测量装置，包括以下步骤：

A1)在机器人的球形工作空间内选取m个采样点；

A2)测量装置测量和记录机器人在每个采样点的关节角度和标定球的球心在移动单元坐标系的位置；

A3)采用DH参数法，建立机器人的运动学模型，对步骤A2)的每个采样点的关节角度带入机器人的运动学模型中，得到机器人末端球心在移动单元坐标系S中的理论位置，根据理论位置等于实际位置建立方程组，对方程组求解得到机器人零位、连杆长度和减速比的精确参数值；

A4)将步骤A3)得到的机器人的精确参数值输入机器人控制器中进行执行。

6.根据权利要求5所述的一种机械臂运动学参数辨识方法，其特征在于：所述m的值应大于等于机器人运动学参数数目的两倍，且每个采样点的位置应在机器人的工作范围内和测量装置的工作范围内，任意两个采样点的位置不同，m个采样点位置均匀分布于测量装置的球心位置测量的位置范围内。