一种机械臂末端空间重复定位精度测量装置及方法与流程

本发明属于工业自动化控制技术领域，特别涉及一种机械臂末端空间重复定位精度测量装置及方法。

背景技术：

机械臂作为现代化机械设备的代表，广泛应用于汽车制造、船舶制造、航空航天、机械加工等领域。机械臂可代替人工完成各种危险、繁重的高重复性工作，具有安全性能好、效率高、完成质量好等优点。机械臂末端空间重复定位精度作为机械臂的一项重要参数，对于保证机械臂工作精度具有重要的意义，传统测量方式拉线法体积庞大，测量精度低，装置移动不方便，现代测量方法激光干涉法测量精度高，价格昂贵，便携性差。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种机械臂末端空间重复定位精度测量装置及方法，其具有较高的精度、较低的成本和良好的便携性，对于工业机械臂的生产、制造和使用有一定意义。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种机械臂末端空间重复定位精度测量装置，包括夹持装置2，夹持装置2由三块相互垂直的侧板在边缘连接组成，每块侧板上垂直贯穿安装一个探针式测量装置3，三个探针式测量装置3的中轴线相互垂直，各探针式测量装置3的末端探头都置于夹持装置2的同一侧，且分别与机械臂末端1上焊接的三个探球接触。

所述夹持装置2的侧板为扇形结构板，每块板包含可固定千分表的通孔，在扇形面上有垂直于通孔的螺栓孔，螺栓孔用于紧定螺丝4的安装，千分表3的夹持杆紧定螺丝4通过安装在夹持装置2上。

所述夹持装置2通过卡钳固定于地面。

所述机械臂末端1焊接的探球的位置保证各自分别与一个三个探针式测量装置3接触，三个探针式测量装置3分别测量得到机械臂末端1的探球三个方向相对于夹持装置2三块侧板内侧通孔中心位置的精确距离。

所述探针式测量装置3包含电信号输出功能，能够将所测量的距离数值输出为电信号，所述探针式测量装置3为百分表、千分表或万分表。

还包含计算机5，所述三个探针式测量装置3与计算机5相连。

本发明还提供了一种采用所述机械臂末端空间重复定位精度测量装置的机械臂末端空间重复定位精度测量方法，包含以下步骤：

准备步骤：组装所述机械臂末端空间重复定位精度测量装置，使机械臂末端1上焊接的探球移动至与三个探针式测量装置3末端探球相接触的初始位置；

采集步骤：通过计算机5获得三个探针式测量装置3的读数，重复操作机械臂使机械臂末端1离开然后返回初始位置，获得探针式测量装置3多次读数数据；

计算步骤：机械臂末端1探球半径为r，探针式测量装置3末端探球半径为r，以夹持装置2三块侧板的内侧交点为原点，任意两侧板的相交线为坐标轴，建立三维直角坐标系，夹持装置2三块侧板内侧通孔中心位置分别为(a1,b1,0)、(a2,0,c2)、(0,b3,c3)，根据探针式测量装置3的夹持位置，分别测量得到三块侧板对应的探针式测量装置3末端探头中心与侧板内侧面的距离(l1,l2,l3)，由三个探针式测量装置3的读数(d1,d2,d3)，得到三个探针式测量装置3探球中心坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)分别为：

设机械臂末端探球中心坐标为(x,y,z)，则机械臂末端1的探球球面数学表达式为：(x-x)²+(y-y)²+(z-z)²＝(r+r)²

三个探针式测量装置3的末端探头与机械臂末端1探球相接触，则有：

解上述方程可得两组解，舍去机械臂末端1探球中心坐标小于0的解，即可得到精确的机械臂末端1探球中心坐标；

重复定位精度计算步骤：根据多次机械臂末端1探球空间位置的计算结果，可以得到机械臂末端空间重复定位精度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明每次测量机械臂末端空间位置，只需操作机械臂离开并返回指定位置，操作简单方便。

2、本发明使用的千分表是通用测量设备，加持装置结构简单、制造方便，整个装置具有成本低、便携性好的优点。

附图说明

图1为本发明提供的机械臂末端空间重复定位精度测量装置的结构示意图。

图2为本发明测量部分的三维结构图。

图中，1为机械臂末端；2为夹持装置；3为探针式测量装置；4为紧定螺丝；5为计算机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1和图2所示，一种机械臂末端空间重复定位精度测量装置，包括夹持装置2和探针式测量装置。夹持装置2可通过卡钳固定于地面，由三块相互垂直的侧板在边缘连接组成，侧板可为扇形结构板，每块板包含可固定千分表的通孔，通过该通孔垂直贯穿安装一个探针式测量装置3，在扇形面上有垂直于通孔的螺栓孔，螺栓孔用于紧定螺丝4的安装，千分表3的夹持杆紧定螺丝4通过安装在夹持装置2上，由此三个探针式测量装置3的中轴线相互垂直，各探针式测量装置3的末端探头都置于夹持装置2的同一侧，末端探头为球形，分别与机械臂末端1上焊接的三个探球接触，即探头与探球相切。三个探针式测量装置3分别测量得到机械臂末端1的探球三个方向相对于夹持装置2三块侧板内侧通孔中心位置的精确距离。

本发明探针式测量装置3包含电信号输出功能，能够将所测量的距离数值输出为电信号，根据测量精度需求，可为百分表、千分表或万分表。

本发明可设置计算机5，三个探针式测量装置3与计算机5相连，计算机上5安装有计算软件，可根据探针式测量装置3计算的度数计算得到机械臂末端探球中心精确坐标。

本发明进行机械臂末端空间重复定位精度测量方法，具体包含以下步骤：

准备步骤：对机械臂末端空间重复定位精度测量装置进行组装，使机械臂末端探球移动至与三个千分表末端探球相接触的初始位置；

准备步骤：组装所述机械臂末端空间重复定位精度测量装置，使机械臂末端1上焊接的探球移动至与三个探针式测量装置3末端探头相接触的初始位置，此时，机械臂末端1探球与探针式测量装置3末端探头相切，探针式测量装置3有初始读数。

采集步骤：通过计算机5获得三个探针式测量装置3的读数，重复操作机械臂使机械臂末端1离开然后返回初始位置，获得探针式测量装置3多次读数数据；

计算步骤：机械臂末端1探球半径为r，探针式测量装置3末端探球半径为r，以夹持装置2三块侧板的内侧交点为原点，任意两侧板的相交线为坐标轴，建立三维直角坐标系，夹持装置2三块侧板内侧通孔中心位置分别为(a1,b1,0)、(a2,0,c2)、(0,b3,c3)，根据探针式测量装置3的夹持位置，分别测量得到三块侧板对应的探针式测量装置3末端探头中心与侧板内侧面的距离(l1,l2,l3)，由三个探针式测量装置3的读数(d1,d2,d3)，得到三个探针式测量装置3探球中心坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)分别为：

设机械臂末端探球中心坐标为(x,y,z)，则机械臂末端1的探球球面数学表达式为：(x-x)²+(y-y)²+(z-z)²＝(r+r)²

三个探针式测量装置3的末端探头与机械臂末端1探球相接触，机械臂末端1探球中心与每个探针式测量装置3末端探头中心之间的距离都为r+r，则有：

解上述方程可得两组解，舍去机械臂末端1探球中心坐标小于0的解，即可得到精确的机械臂末端1探球中心坐标；

重复定位精度计算步骤：根据多次机械臂末端1探球空间位置的计算结果，可以得到机械臂末端空间重复定位精度。