[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

说明书

本发明公开了一种机械臂运动学参数分离测量装置及辨识方法，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。解决了现有技术中由于采样点的选取不合理以及测量机器人末端参考点不够准确使得机器人运动学参数不够准确和真实，使得机器人智能在局部小范围内有较高精度，其它范围内精度急剧降低的技术问题。

技术领域

本发明涉及机械人领域，具体的说，是一种机械臂运动学参数分离测量装置及辨识方法。

背景技术

工业机器人有较高的重复定位精度，适用于搬运、点焊等对重复性要求高的场景，但是对于曲面激光切割、曲面打磨等机器人离线编程场景，不仅要求机器人有较高的重复定位精度，而且还要求机器人有较高的绝对位置精度。机器人绝对位置精度取决于运动参数，包括机器人连杆长度、零位、减速比、耦合比。因此，为使机器人具有较高的绝对位置精度，需对上述运动学参数标定。

现有国内机器人运动学参数标定方法大致分为两种：只标定机器人零位和标定机器人零位、连杆长度、减速比、耦合比。只标定机器人零位可使机器人的精度有一定程度的提高,但是仍然达到曲面激光切割、曲面打磨等对绝对位置精度的要求高的场合。而对于现有机器人零位、连杆长度、减速比、耦合比标定方法，一般为采集若干组机器人关节角度以及机器人末端参考点的位置(在测量坐标系下的笛卡尔位置坐标)数据，建立关于这些变量的非线性方程组，然后求解方程组得到机器人运动学参数。由于采样点的选取不合理以及测量机器人末端参考点的位置不够精确等使得辨识得到的参数不够精确和真实，机器人只能在局部小范围(采样空间及附近)有较高精度，其他范围内精度急剧降低，显然无法适用于对绝对位置精度要求较高的场景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器臂运动学参数测量装置及辨识方法，用于解决现有技术中由于采样点的选取不合理以及测量机器人末端参考点不够准确使得机器人运动学参数不够准确和真实，使得机器人智能在局部小范围内有较高精度，其它范围内精度急剧降低的技术问题。

本发明通过下述技术方案解决上述问题：

一种机械臂运动学参数分离测量装置，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。