一種工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，該裝置包括直線位移傳感器和示波器，直線位移傳感器一端經(jīng)柔性連接組件與機器人本體的工作端連接，直線位移傳感器的信號輸出端與示波器的信號輸入端連接，測試狀態(tài)下，隨著機器人本體工作端的運動，直線位移傳感器將測得的電壓信號傳輸給示波器，示波器記錄并顯示機器人本體工作端的一維運動軌跡。由于本發(fā)明提供的測試裝置是通過高精度的直線位移傳感器將測得的機器人本體一維運動軌跡的電壓信號傳輸給示波器來進行記錄并顯示，因而不僅能夠精確實現(xiàn)機器人一維運動的重復(fù)定位，提高測量精度，且還能夠直觀顯示出機器人的一維運動軌跡，便于及時了解運動軌跡的現(xiàn)狀。
【專利說明】
一種工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于工業(yè)自動化、儀器儀表測控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種軌跡測試裝置，具體涉及一種工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機器人作為重要的實現(xiàn)工具，其使用領(lǐng)域不斷擴大。為滿足如精密碼垛等工業(yè)應(yīng)用，需要對機器人的運動軌跡進行測試，以實現(xiàn)利用軌跡數(shù)據(jù)對機器人運動性能進行評估及控制算法的優(yōu)化。
[0003]機器人直線軌跡精度作為工業(yè)機器人性能評估的一項重要指標，綜合反映了機器人的機電性能和運動軌跡的控制能力。因此，機器人直線軌跡檢測技術(shù)和裝置的研究對提高機器人學的研究水平、促進機器人產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展具有重要意義。為了測量機器人的軌跡特性，國內(nèi)外已經(jīng)研究出多種測試裝置，根據(jù)這些裝置的測量原理，可分為非接觸式測量和接觸式測量兩大類。非接觸測量的測試裝置根據(jù)測量原理不同，又可分為基于接近覺傳感器的測量、攝影測量、光學三角測量和多邊測量等【機器人直線軌跡精度測量方法研究，周靜，東北大學】。其中，機器人的運動軌跡測試裝置較為成熟的技術(shù)方案為基于光學三角測量的激光跟蹤系統(tǒng)(Laser Tracker System)，該系統(tǒng)采用激光靜態(tài)或動態(tài)地實時跟蹤一個在空間中運動目標，同時確定目標點的空間三維坐標來完成測量，具體來說其工作原理是在目標點上安置一個反射器，跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上，又返回到跟蹤頭，當目標移動時，跟蹤頭調(diào)整光束方向來對準目標點，同時，返回光束被檢測裝置接收，檢測裝置接收的光束用來測試目標的空間位置。由于該系統(tǒng)集合了激光干涉測距技術(shù)、光電探測技術(shù)、精密機械技術(shù)、計算機及控制技術(shù)以及現(xiàn)代數(shù)值計算理論等各種先進技術(shù)，且又需采用高精密的光學器件，是工業(yè)測量系統(tǒng)中一種高精度的大尺寸測量儀器，故而使光學跟蹤測量系統(tǒng)價格過于昂貴，難以被廣泛應(yīng)用。接觸式測量的測試裝置是直接與機器人工作端執(zhí)行器耦合，從耦合方式上又可分為機械耦合測量和球測量，如Bryan提出的機械耦合測試裝置以及Vira和Estler描述的球形坐標測試裝置【機器人直線軌跡精度測量方法研究，周靜，東北大學】。但接觸性測量因測試裝置的測量端與機器人工作端是硬連接，故而不僅會在測量時對機器人運動造成干擾，影響測量精度，同時對測試裝置也存在潛在的破壞危險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種對機器人一維運動軌跡進行測試的裝置，該裝置不僅具有較高的測試精度和測試效率，而且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，同時還能大大降低測試成本。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明提供的一種工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，該裝置包括直線位移傳感器和示波器，直線位移傳感器一端經(jīng)柔性連接組件與機器人本體的工作端連接，直線位移傳感器的信號輸出端與示波器的信號輸入端連接。測試狀態(tài)下，隨著機器人本體工作端的運動，直線位移傳感器將測得的電壓信號傳輸給示波器，示波器記錄并顯示機器人本體工作端的一維運動軌跡。
[0007]上述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置中所述的柔性連接組件是由平直連接桿和萬向轉(zhuǎn)動連接桿構(gòu)成，該平直連接桿的一端與直線位移傳感器固連，另一端與萬向轉(zhuǎn)動連接桿的萬向頭連接，萬向轉(zhuǎn)動連接桿通過桿頭與機器人本體工作端固連。作為一種連接的實現(xiàn)方式，萬向轉(zhuǎn)動連接桿的萬向頭端部設(shè)置有一凹槽，平直連接桿的一端可以直接卡入凹槽中連接，使得在機器人本體工作端運動過程中，通過萬向頭相對平直連接桿的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)對直線位移傳感器側(cè)平直連接桿與萬向轉(zhuǎn)動連接桿之間的柔性調(diào)節(jié)，避免對直線位移傳感器或機器人本體所產(chǎn)生的硬損傷;更進一步的，平直連接桿端部呈球形，且與之適配的萬向頭端部凹槽內(nèi)側(cè)為球形腔，從而減小萬向頭相對于平直連接桿的轉(zhuǎn)動阻力。上述平直連接桿可以為直線位移傳感器本身自帶，當直線位移傳感器沒有自帶平直連接桿時，可以將外購或加工的平直連接桿通過螺栓、銷釘?shù)冗B接件與直線位移傳感器進行固連。上述萬向轉(zhuǎn)動連接桿也可以由單獨的連接桿和萬向連接頭固定連接構(gòu)成的部件替代。
[0008]上述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置中萬向轉(zhuǎn)動連接桿的桿頭是通過一法蘭盤與機器人本體工作端連接。所述法蘭盤與機器人本體工作端連接面中部為一帶內(nèi)螺紋通孔的圓形凸起，四周盤面上開有連接通孔(數(shù)量至少為4個)，以通過連接件與機器人本體工作端匹配緊固連接，萬向轉(zhuǎn)動連接桿則通過桿頭上的外螺紋與法蘭盤中帶內(nèi)螺紋的通孔匹配相連，或所述法蘭盤與機器人本體工作端連接面中部為一帶內(nèi)螺紋通孔的圓形凹槽，四周盤面上開有連接通孔(數(shù)量至少為4個)，以通過連接件與機器人本體工作端匹配緊固連接，萬向轉(zhuǎn)動連接桿則通過桿頭上的外螺紋與法蘭盤中帶內(nèi)螺紋的通孔匹配相連。為了保證直線位移傳感器、平直連接桿和萬向轉(zhuǎn)動連接桿與機器人本體工作端能夠成一直線，以使直線位移傳感器測得的數(shù)據(jù)能夠更精確的反映機器人本體的運動軌跡，直線位移傳感器應(yīng)通過前后兩固定支架安放在工作平臺上。
[0009]上述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，為了確保機器人沿直線運動，與萬向轉(zhuǎn)動連接桿連接的機器人本體工作端進一步安裝有激光器，通過觀測機器人運動前后激光點的位置變化情況來判斷機器人是否沿直線運動。
[0010]工作時，當直線位移傳感器、平直連接桿和萬向轉(zhuǎn)動連接桿與機器人本體工作端沿X軸、Y軸或Z軸連成一直線后，可以檢測機器人本體沿X軸、Y軸或Z軸的運動軌跡，一旦出現(xiàn)偏差，即可及時對機器人本體的運動進行調(diào)整。
[0011 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0012]1、由于本發(fā)明提供的測試裝置是通過一柔性連接組件與機器人本體的工作端連接，因而不僅能夠避免現(xiàn)有技術(shù)硬連接對直線位移傳感器或機器人本體所產(chǎn)生的硬損傷，且還可增加測試的有效性和可靠性。
[0013]2、由于本發(fā)明提供的測試裝置是通過高精度的直線位移傳感器將測得的機器人本體一維運動軌跡的電壓信號傳輸給示波器來進行記錄并顯示，因而不僅能夠精確實現(xiàn)機器人一維運動的重復(fù)定位，提高測量精度，且還能夠直觀顯示出機器人的一維運動軌跡，便于及時了解運動軌跡的現(xiàn)狀。
[0014]3、由于本發(fā)明提供的測試裝置僅是采用的現(xiàn)有直線位移傳感器、柔性連接組件和示波器等進行組配連接就可以實現(xiàn)對機器人一維運動軌跡的測量，因而該測試裝置不僅具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低等特點，且為工業(yè)機器人一維運動軌跡測試領(lǐng)域提供了一種新的測量裝置。
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單的介紹，顯而易見地，以下描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例需要展示的結(jié)構(gòu)圖，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖所示實施例得到其它的實施例及其附圖。
[0016]圖1為本發(fā)明提供的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明提供的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置中直線位移傳感器和柔性連接組件與機器人本體的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明提供的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置與機器人本體工作端連接的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為本發(fā)明提供的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置中的電氣連接示意圖。
[0020]圖5為本發(fā)明實施例1提供的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置中法蘭盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖6為本發(fā)明實施例2提供的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置中法蘭盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖7為本發(fā)明實施例3提供的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置中法蘭盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖8為用本發(fā)明提供的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置進行試驗測試得到的運動軌跡與運動指令對應(yīng)示意圖。
[0024]圖9為用本發(fā)明提供的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置進行試驗測試得到的運動軌跡與運動方向?qū)?yīng)示意圖。
[0025]其中，1-直線位移傳感器，2-平直連接桿，3-萬向轉(zhuǎn)動連接桿，4-萬向頭，5-法蘭盤，6-凸起，7、8_凹槽，9-連接通孔，10-固定支架，11-示波器，12-工作平臺，13-電源，14-機器人本體，15-機器人本體工作端。
【具體實施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明各實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明所保護的范圍。
[0027]值得說明的是，本發(fā)明實施例所適用的機器人本體14至少具有兩個可活動關(guān)節(jié)，其中第一關(guān)節(jié)固定在一支架上，第一關(guān)節(jié)通過第一懸臂與第二關(guān)節(jié)連接，第二關(guān)節(jié)通過第二懸臂與機器人本體工作端15固定連接;根據(jù)單片機發(fā)出的命令，至少可實現(xiàn)第一懸臂繞第一關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)、第二懸臂繞第二關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，從而帶動機器人本體工作端15沿一維直線運動。
[0028]實施例1
[0029]為了實現(xiàn)對機器人本體一維運動軌跡的檢測，本實施例提供了一種工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，如圖1至圖3所示，該裝置包括直線位移傳感器1、平直連接桿2、萬向轉(zhuǎn)動連接桿3、法蘭盤5、示波器11和工作平臺12。
[0030]直線位移傳感器I一端與平直連接桿2通過螺栓固定連接，輸出端與示波器11的輸入端連接，平直連接桿2的另一端直接卡入萬向轉(zhuǎn)動連接桿3的萬向頭4上設(shè)置的凹槽內(nèi)連接，萬向轉(zhuǎn)動連接桿3是通過與桿頭一端相連的法蘭盤5與機器人本體工作端15連接。本實施例采用的法蘭盤5與機器人本體工作端15接觸的連接面中部為一帶內(nèi)螺紋通孔的圓形凸起6，四周盤面上開有的均勻分布的6個連接通孔9，如圖5所示。萬向轉(zhuǎn)動連接桿3的桿頭是通過法蘭盤圓形凸起6中帶內(nèi)螺紋的通孔與之匹配相連，法蘭盤5中凸起6的外徑與該機器人本體工作端15的凹陷部位相適配，并通過法蘭盤四周盤面上開有的均勻分布的6個連接通孔9用螺栓和螺帽匹配與機器人本體工作端15緊固連接。為了保證測試的穩(wěn)定和準確，直線位移傳感器I是通過兩個固定支架10安放在工作平臺12上。
[0031]如圖4所示，直線位移傳感器I內(nèi)部安裝有滑動變阻器，滑動變阻器的滑片在平直連接桿2帶動下往復(fù)移動，滑動變阻器滑片的電輸出端作為直線位移傳感器I的信號輸出端與示波器11的信號輸入端連接，直線位移傳感器I由電源13供電。
[0032]本實施例采用的直線位移傳感器型號為MIRAN KTM-250mm。
[0033]本實施例采用的電源13為數(shù)字電源，可以提供穩(wěn)定的5V直流電。
[0034]本實施例采用的示波器11為數(shù)字示波器，可以輸出的0-5V連續(xù)模擬信號，型號為RIGOL MSOl104。
[0035]采用本發(fā)明提供的測試裝置對工業(yè)機器人進行一維運動軌跡測試，步驟如下:
[0036]步驟I，將測試裝置與機器人本體14連接
[0037]按照上述描述順次連接直線位移傳感器1、平直連接桿2、萬向轉(zhuǎn)動連接桿3，再將法蘭盤5與機器人本體工作端15固連，然后將萬向轉(zhuǎn)動連接桿3旋入法蘭盤5完成測試裝置與機器人本體14連接。
[0038]步驟2，預(yù)先給機器人設(shè)定運動軌跡
[0039]預(yù)先設(shè)定的運動軌跡需要在直線位移傳感器I的檢測量程范圍內(nèi)；然后根據(jù)機器人運行的速度及時間等參數(shù)結(jié)合直線位移傳感器相關(guān)參數(shù)，調(diào)節(jié)好示波器11的掃描電壓、掃描時間等參數(shù)，位移電壓關(guān)系為:s = Sm/Vm.V。，其中，S:測量位移，Sm:最大位移量程，Vm:供電電壓，V。:傳感器輸出電壓。
[0040]步驟3，調(diào)整測試裝置至機器人沿直線運動
[0041]控制機器人沿設(shè)定的運動軌跡運動，打開安放在機器人本體工作端15激光器(安裝在機器人本體工作端15—側(cè)，圖中未示出)，通過觀測機器人運動前后激光點的位置變化情況來判斷機器人是否沿直線運動，若是進入下一步;若不是，調(diào)整機器人本體工作端15位置或者是萬向轉(zhuǎn)動連接桿3，然后利用激光器重新檢測機器人本體工作端15運動軌跡至機器人運動前后激光點的位置基本沒有變化，說明機器人本體14沿直線運動。
[0042]步驟4，測試機器人一維運動軌跡
[0043]機器人按照預(yù)先給定的運動指令運動，直線位移傳感器I將測量的電壓信號傳輸給示波器11，示波器11上顯示的波形即為機器人隨時間的一維運動軌跡，并記錄下。
[0044]重復(fù)步驟4，可以得到若干波形圖，對比得到的波形圖，可以實現(xiàn)對機器人運動的重復(fù)定位。
[0045]為了探究示波器顯示圖形與機器人一維運動軌跡的關(guān)系，進一步研究了機器人一維運動軌跡與運動指令及運動方向之間的關(guān)系，如圖8和圖9所示。
[0046]如圖8所示，當運動指令為沿正方形移動一段距離時，機器人根據(jù)給定的運動指令運動；隨著機器人移動，示波器11示出的是電壓逐漸升高的波形，電壓越高，代表機器人沿正向運動越遠。
[0047]如圖9所示，當機器人沿正向運動時，示波器11上得到的正向電壓是逐漸升高，當示波器11上得到的正向電壓逐漸降低時，說明機器人沿與負方向(與正方向相反的方向)運動。在機器人運動過程中，可以精確得到直線位移傳感器輸出電壓Vo，再通過公式S = Sm/Vm.V。，可以精確得到機器人沿直線運動的位移，從而能夠?qū)崿F(xiàn)機器人一維運動的重復(fù)定位。
[0048]實施例2
[0049]本實施例與實施例1給出的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置基本相同，與實施例I不同之處在于采用的法蘭盤不同。
[0050]本實施例采用的法蘭盤5具有與機器人本體工作端15接觸的連接面，連接面的中部為一帶內(nèi)螺紋通孔的圓形凹槽7，凹槽7的內(nèi)徑與機器人本體工作端15的凸出部位相適配，法蘭盤5四周盤面上開有均勻分布的4個連接通孔9，見圖6。
[0051 ] 實施例3
[0052]本實施例與實施例1給出的工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置基本相同，與實施例I不同之處在于采用的法蘭盤不同。
[0053]本實施例采用的法蘭盤5具有與機器人本體工作端15接觸的連接面，連接面的中部為一帶內(nèi)螺紋通孔的圓形凹槽8，凹槽8的內(nèi)徑與機器人本體工作端15的凸出部位相適配，法蘭盤5四周盤面上開有6個連接通孔9，見圖7。
[0054]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于該裝置包括直線位移傳感器(I)和示波器(11);直線位移傳感器(I) 一端經(jīng)柔性連接組件與連接在機器人本體工作端(15)連接;直線位移傳感器(I)的信號輸出端與示波器(11)的信號輸入端連接； 測試狀態(tài)下，隨著機器人本體(14)的運動，直線位移傳感器(I)將測得的電壓信號傳輸給示波器(11)，示波器(11)記錄并顯示機器人本體工作端(15)的一維運動軌跡。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于所述柔性連接組件是由平直連接桿(2)和萬向轉(zhuǎn)動連接桿(3)構(gòu)成，該平直連接桿(2)的一端與直線位移傳感器(I)固連，另一端與萬向轉(zhuǎn)動連接桿(3)的萬向頭(4)連接，萬向轉(zhuǎn)動連接桿通過桿頭和機器人本體工作端(15)固連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于所述萬向轉(zhuǎn)動連接桿(3)的萬向頭(4)端部設(shè)置有一凹槽，平直連接桿(2)的一端直接卡入凹槽中連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于所述萬向轉(zhuǎn)動連接桿(3)的桿頭是通過一法蘭盤(5)與機器人本體工作端(15)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于所述法蘭盤(5)與機器人本體工作端連接面中部為一帶內(nèi)螺紋通孔的圓形凸起(6)，四周盤面上開有連接通孔(9)，以通過連接件與機器人本體工作端(15)匹配緊固連接，萬向轉(zhuǎn)動連接桿(3)則通過桿頭上的外螺紋與法蘭盤(5)中帶內(nèi)螺紋的通孔匹配相連。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于所述法蘭盤(5)與機器人本體工作端連接面中部為一帶內(nèi)螺紋通孔的圓形凹槽(7，8)，四周盤面上開有連接通孔(9)，以通過連接件與機器人本體工作端(15)匹配緊固連接，萬向轉(zhuǎn)動連接桿(3)則通過桿頭上的外螺紋與法蘭盤(5)中帶內(nèi)螺紋的通孔匹配相連。7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于所述直線位移傳感器(I)通過前后兩固定支架(10)安放在工作平臺(12)上。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于所述直線位移傳感器(I)通過前后兩固定支架(10)安放在工作平臺(12)上。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于所述直線位移傳感器(I)通過前后兩固定支架(10)安放在工作平臺(12)上。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述工業(yè)機器人一維運動軌跡測試裝置，其特征在于所述直線位移傳感器(I)通過前后兩固定支架(10)安放在工作平臺(12)上。
【文檔編號】B25J9/18GK106041944SQ201610640794
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月6日 公開號201610640794.7, CN 106041944 A, CN 106041944A, CN 201610640794, CN-A-106041944, CN106041944 A, CN106041944A, CN201610640794, CN201610640794.7
【發(fā)明人】劉濤, 佃松宜, 舒夢杰, 樂曉蘭
【申請人】四川樂成電氣科技有限公司