[发明专利]一种机器人关节刚度的标定装置及标定方法

说明书

本发明涉及一种机器人关节刚度的标定装置及标定方法。该方法包括：利用标定块对闭环测量装置进行初始标定，记录多个标定点对应的关节角度以及闭环测量装置内的位移传感器测量的标定位移变化量；在串联机器人的末端更换不同的质量块，对机器人的末端施加不同载荷，并利用关节角度驱动机器人的末端到达标定点，获取当前位移变化量；基于测量坐标系以及标定块坐标系，根据标定位移变化量以及当前位移变化量确定机器人末端产生的偏移量；基于多个不同的坐标系，根据关节角度、机器人的末端产生的偏移量以及不同的载荷下机器人的末端承受的力或力矩标定出串联机器人的实际关节刚度。本发明能够简化标定过程以及降低标定成本。

技术领域

本发明涉及机器人领域，特别是涉及一种机器人关节刚度的标定装置及标定方法。

背景技术

在高端制造领域快速发展的背景下，工业机器人可作为一个柔性单元嵌入自动化生产线中，其成本往往低于一套专业夹具与一台数控机床的价格。此外，大多数机床运动空间有限并且灵活性不高，通常具有3至5个自由度，无法加工一些较为复杂的曲面工件，而机器人工作空间较大，一般具有6个自由度，可驱动刀具到达空间任意姿态。但工业机器人受其串联结构固有特性的影响，其刚度通常仅为数控机床的1/50至1/20，弱刚性的结构特点导致工业机器人对工作载荷的承受能力偏低。对于面向高精度加工领域的工业机器人，机器人本体刚度特性会导致机器人加工精度明显偏低、表面加工质量差等加工缺陷。研究机器人的刚度特性，尤其是识别和提高机器人刚度对于制造加工产业具有十分重要的意义。对机器人的刚度特性进行研究，往往首先需要对机器人进行关节刚度参数的标定，然后对机器人末端承受载荷时产生的变形关节角度进行误差补偿，来提高机器人的绝对定位精度。目前，文献中已有关于机器人刚度参数标定的研究，这些方法大多是通过激光跟踪仪测量得到机器人末端位姿变化量来进行刚度标定，然而现有技术存在以下问题：

(1)传统的关节刚度标定方法在机器人末端位姿测量时一般使用昂贵的外部计量系统，例如激光跟踪仪等，并且标定过程操作复杂，需要专业的人员操作，增加了标定的成本。激光跟踪仪对使用环境也有所要求，限制了其应用场合。

(2)对于机器人末端承受载荷的测量一般使用六维力传感器或者测力计等设备，增加了关节刚度标定的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种机器人关节刚度的标定装置及标定方法，以解决关节刚度标定过程复杂且标定成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种机器人关节刚度的标定装置，包括：串联机器人、斜面底座、实验平台、闭环测量装置以及夹板支架；

所述斜面底座以及所述夹板支架设于所述实验平台上；所述串联机器人设于所述斜面底座上，所述串联机器人的末端与所述闭环测量装置之间设有质量块，所述质量块用于向所述串联机器人的末端施加载荷；所述闭环测量装置由所述夹板支架支撑，所述闭环测量装置内设有标定块，所述标定块用于标定所述串联机器人的末端，所述闭环测量装置用于标定所述串联机器人的关节刚度。

可选的，所述闭环测量装置具体包括：夹板组、位移传感器、内六角螺钉、定位销以及活动板；

所述夹板组包括三块夹板，三块所述夹板构成两两相邻的虚拟立方体；所述活动板设于所述虚拟立方体的任一侧面；

每块所述夹板上均设有所述位移传感器；每个所述位移传感器与所述标定块的平面相接触，所述位移传感器用于测量所述标定块移动的位移变化量；

所述内六角螺丝以及所述定位销设于所述活动板上，所述活动板用于带动所述标定块移动。

可选的，还包括：初始标定连接件；

所述初始标定连接件设于所述活动板上，并通过所述内六角螺丝以及所述定位销固定连接所述初始标定连接件以及所述标定块。

可选的，还包括：末端连接件；