1.本发明涉及机器人精度测试，具体地，涉及一种机器人重复定位精度测量装置及方法。
背景技术：2.随着机器人技术在各行各业中的广泛应用，对机器人精度要求也越来越高。目前机器人重复定位精度测量一般要借助激光跟踪仪、三坐标测量机、球杆仪等昂贵的精密测量仪器，而且需要专业人员操作。
3.专利文献cn201810424833.9公开了一种高精度工业机器人重复定位精度的测量装置和测量方法，采用特定结构的装置实现工业机器人重复定位精度的测量，测量成本低、精度高、易操作，满足大部分机器人厂家的测试需求，有助于提高其工业机器人产品质量。然而该测量装置的高精度有赖于设备出厂前使用高精度测量设备对位移测量传感器测头位置及测杆方向的准确标定，如此高精度的设备必然带来高成本。同时，若测量装置在客户现场发生意外的冲击碰撞等导致位移测量传感器安装位置的偏移，必然导致测量结果偏离被测机器人样品定位精度的真实值，这使得测量的操作办法十分复杂繁琐。因此亟需一种不但能够降低测量成本，还能提高测量效率的机器人精度测量装置及方法，显得尤为重要。
技术实现要素：4.针对机器人重复定位精度测量设备昂贵、操作复杂等技术问题，提供一种机器人重复定位精度测量装置及方法，降低测量成本，提高测量效率。
5.根据本发明提供的一种机器人重复定位精度测量装置，包括测量传感装置、测量球、激光位移传感器、控制装置；
6.所述测量传感装置的一端安装于机器人末端法兰的；
7.所述测量传感装置的另一端固定所述激光位移传感器；
8.所述测量球固定于机器人的工作区域内；
9.所述测量传感装置通过激光位移传感器获取测量球的球心在机器人运动到同一位置的不同位姿下对于法兰坐标系的坐标；并多次记录所述坐标，再控制装置计算该位置的重复定位精度值。
10.进一步地，所述测量球采用光滑的圆形钢球。
11.进一步地，所述激光位移传感器沿测量传感装置圆周均匀分布固定。
12.进一步地，所述激光位移传感器至少设置3个。
13.本发明还提供了一种机器人重复定位精度测量方法，采用了上文所述的机器人重复定位精度测量装置，还包括以下步骤：
14.step1确定激光位移传感器使用的数量i，将测量传感装置安装在机器人末端法兰上；
15.step2将测量球固定在机器人工作空间内；
16.step3机器人根据控制装置输出的指令，执行指令移动到指定位置，记录i个激光位移传感器的读数li，i＝1,2,3
…
，其中i为激光光束的数量；同时记录机器人关节角度θi，根据测量球的半径r计算测量球球心相对于机器人法兰坐标系的位置；
17.step4机器人重复执行控制装置输出的指令，到达指定位置n次，记录n次测量球球心对于法兰坐标系的位置(rxj,ryj,rzj),j＝1,2,3
…
,n，计算n次测量点的几何中心
18.step5计算重复定位精度rp。
19.进一步地，所述step2中的i个激光位移传感器发出的i束激光光束能够交汇一起共同打在测量球上。
20.进一步地，所述step3中计算测量球球心相对于机器人法兰坐标系的位置的方法如下：
21.设定激光位移传感器相对于机器人法兰坐标系的初始坐标分别为(xi,yi,zi)，则此时测量球表面激光点的坐标为(xi,yi,z
i-li)，测量球球心相对于法兰坐标系的坐标(x,y,z)可以通过求解下面的方程组得到,
22.(x
i-x)2+(y
i-y)2+(z
i-z-li)2＝r2ꢀꢀ①
23.通过求解可以得到两组解；
24.根据测量球表面激光点的坐标(xi,yi,z
i-li)求得平面方程
25.ax+by+cz+d＝0
ꢀꢀ②
26.将通过方程组
①
的两组解分别代入ax+by+cz+d，选择ax+by+cz+d》0的一组解；其中，a,b,c,d平面方程参数
27.进一步地，所述step4中的n次测量点的几何中心的计算方法为：
28.其中j＝1,2,3
…
,n。
29.进一步地，所述step5中的重复定位精度值rp的计算方法如下：
[0030][0031]
其中s为标准偏差。
[0032]
进一步地，所述step4中的n次测量的n≥30。
[0033]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0034]
1、本发明用于机器人的重复定位精度测量，非接触式测量，精度较高。
[0035]
2、本装置使用三个激光位移传感器和测量球，成本很低，操作简便，测量效率高，可以广泛应用于中小企业。
[0036]
3、本装置采用的组成元件或设备均可从现有成熟商业产品中选择，在实际中具有良好的可行性。
附图说明
[0037]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0038]
图1为本发明机器人重复定位精度测量装置的结构示意图；
[0039]
图中示出：
[0040]
机器人1
[0041]
测量传感装置2
[0042]
测量球3
[0043]
激光位移传感器4
具体实施方式
[0044]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0045]
本发明提供了一种机器人重复定位精度测量装置，其特征在于，包括测量传感装置2、测量球3、激光位移传感器4、控制装置；测量传感装置2的一端安装于机器人1末端法兰的；测量传感装置2的另一端固定所述激光位移传感器4，具体地，激光位移传感器4沿测量传感装置2圆周均匀分布固定，并且至少设置3个。测量球3固定于机器人1的工作区域内；测量传感装置2通过激光位移传感器4获取测量球3的球心在机器人1运动到同一位置的不同位姿下对于法兰坐标系的坐标；并多次记录所述坐标，再控制装置计算该位置的重复定位精度值。具体的，测量球3采用光滑的圆形钢球。
[0046]
本发明还提供了一种机器人重复定位精度测量方法，采用了机器人重复定位精度测量装置，还包括以下步骤：
[0047]
step1确定激光位移传感器4使用的数量为i，将测量传感装置2安装在机器人1末端法兰上；在本实施例中激光位移传感器4使用的数量为3，即i＝1,2,3。
[0048]
step2将测量球3固定在机器人1工作空间内；
[0049]
step3机器人1根据控制装置输出的指令，执行指令移动到指定位置，记录3个激光位移传感器4的读数li，i＝1,2,3，其中i为激光光束的数量；同时记录机器人1关节角度θi，根据测量球3的半径r计算测量球3球心相对于机器人1法兰坐标系的位置；
[0050]
step4机器人1重复执行控制装置输出的指令，到达指定位置n次，记录n次测量球3球心对于法兰坐标系的位置(rxj,ryj,rzj),j＝1,2,3
…
,n，计算n次测量点的几何中心
[0051]
step5计算重复定位精度rp。
[0052]
本发明的工作原理如下：
[0053]
关于机器人重复定位精度测量装置：包括安装在机器人1末端法兰的测量传感装置2，机器人1工作区域内固定有测量球3，其中测量传感装置2安装三个激光位移传感器4，通过激光位移传感器4获取测量球3球心在机器人不同位姿下的坐标。
[0054]
如图1所示，测量传感装置2一端安装在机器人1法兰上，另一端沿测量传感装置2圆周均匀分布固定三个激光位移传感器4。测量球3放置在机器人1工作区域，确保移动机器人1，激光位移传感器4能够测到测量球3表面。
[0055]
关于机器人重复定位精度方法，包含以下步骤：
[0056]
1)确定激光位移传感器4使用的数量为3，将测量传感装置2安装在机器人1末端法兰上；法兰末端安装测量传感装置2可以测量测量传感装置2到测量球3的距离。在实际应用中，测量传感装置2选取测量装置精度高的设备。
[0057]
2)将测量球3固定在机器人1工作空间内；一般来说，可以采用任何方式的固定方式，只要确保测量球3固定在机器人1工作空间，能够接受和反射从激光位移传感器4来的激光，便于测量距离即可。比如可以采用螺钉固定、或者直接放置在工作台上，只需保证测量过程中测量球3不移动。测量球3可以采用光滑的圆形钢球，直径应具备一定大小，避免因为太小而无法实现对激光光束的接收和反射。
[0058]
3)机器人1执行指令移动，使三个激光位移传感器4(激光位移传感器4圆周分布，三束光线尽量交汇)的激光光束均能够打在测量球3上，记录三个激光位移传感器4的读数li，i＝1,2,3，i为激光光束的数量；同时记录机器人1关节角度θi，根据测量球3半径r可以计算测量球3球心相对于机器人1法兰坐标系的位置，计算方法如下：
[0059]
测量球3半径r，激光位移传感器4相对于机器人法兰坐标系的初始坐标分别为(xi,yi,zi),i＝1,2,3，则此时测量球3表面激光点的坐标为(xi,yi,z
i-li),＝1,2,3，测量球3球心相对于法兰坐标系的坐标(x,y,z)可以通过求解下面的方程组得到,
[0060]
(x
i-x)2+(y
i-y)2+(z
i-z-li)2＝r2,i＝1,2,3
ꢀꢀ①
[0061]
通过求解可以得到两组解；
[0062]
根据测量球3表面激光点的坐标(xi,yi,z
i-li),i＝1,2,3求得平面方程
[0063]
ax+by+cz+d＝0
ꢀꢀ②
[0064]
将通过方程组
①
的两组解分别代入ax+by+cz+d，选择ax+by+cz+d》0的一组解；其中，a,b,c,d平面方程参数。
[0065]
4)机器人1重复执行同一指令到达该位置n次(n≥30)，记录n次测量球3球心对于法兰坐标系的位置(rxj,ryj,rzj),j＝1,2,3
…
,n，计算n测测量点的几何中心,n，计算n测测量点的几何中心其中j＝1,2,3
…
,n。
[0066]
5)计算重复定位精度其中
[0067]
其中s为标准偏差。
[0068]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0069]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
技术特征：1.一种机器人重复定位精度测量装置，其特征在于，包括测量传感装置(2)、测量球(3)、激光位移传感器(4)、控制装置；所述测量传感装置(2)的一端安装于机器人(1)末端法兰的；所述测量传感装置(2)的另一端固定所述激光位移传感器(4)；所述测量球(3)固定于机器人(1)的工作区域内；所述测量传感装置(2)通过激光位移传感器(4)获取测量球(3)的球心在机器人(1)运动到同一位置的不同位姿下对于法兰坐标系的坐标；并多次记录所述坐标，再利用控制装置计算该位置的重复定位精度值。2.根据权利要求1所述的机器人重复定位精度测量装置，其特征在于，所述测量球(3)采用光滑的圆形钢球。3.根据权利要求1所述的机器人重复定位精度测量装置，其特征在于，所述激光位移传感器(4)沿测量传感装置(2)圆周均匀分布固定。4.根据权利要求1所述的机器人重复定位精度测量装置，其特征在于，所述激光位移传感器(4)至少设置3个。5.一种机器人重复定位精度测量方法，其特征在于，采用了权利要求1-4所述的机器人重复定位精度测量装置，还包括以下步骤：step1确定激光位移传感器(4)使用的数量为i，将测量传感装置(2)安装在机器人(1)末端法兰上；step2将测量球(3)固定在机器人(1)工作空间内；step3机器人(1)根据控制装置输出的指令，执行指令移动到指定位置，记录i个激光位移传感器(4)的读数l
i
，i＝1，2，3...，其中i为激光光束的数量；同时记录机器人(1)关节角度θ
i
，根据测量球(3)的半径r计算测量球(3)球心相对于机器人(1)法兰坐标系的位置；step4机器人(1)重复执行控制装置输出的指令，到达指定位置n次，记录n次测量球(3)球心对于法兰坐标系的位置(rx
j
，ry
j
，rz
i
)，j＝1，2，3...，n，计算n次测量点的几何中心step5计算重复定位精度rp。6.根据权利要求5所述的机器人重复定位精度测量方法，其特征在于，所述step2中的i个激光位移传感器(4)发出的i束激光光束能够交汇一起共同打在测量球(3)上。7.根据权利要求6所述的机器人重复定位精度测量方法，其特征在于，所述step3中计算测量球(3)球心相对于机器人(1)法兰坐标系的位置的方法如下：设定激光位移传感器(4)相对于机器人法兰坐标系的初始坐标分别为(x
i
，y
i
，z
i
)，则此时测量球(3)表面激光点的坐标为(x
i
，y
i
，z
i-l
i
)，测量球(3)球心相对于法兰坐标系的坐标(x，y，z)可以通过求解下面的方程组得到，(x
i-x)2+(y
i-y)2+(z
i-z-l
i
)2＝r2①
通过求解可以得到两组解；根据测量球(3)表面激光点的坐标(x
i
，y
i
，z
i-l
i
)求得平面方程ax+by+cz+d＝0
②
将通过方程组
①
的两组解分别代入ax+by+cz+d，并选择ax+by+cz+d＞0的一组解；其中，a，b，c，d平面方程参数。
8.根据权利要求7所述的机器人重复定位精度测量方法，其特征在于，所述step4中的n次测量点的几何中心的计算方法为：其中j＝1，2，3...，n。9.根据权利要求8所述的机器人重复定位精度测量方法，其特征在于，所述step5中的重复定位精度值rp的计算方法如下：其中s为标准偏差。10.根据权利要求9所述的机器人重复定位精度测量方法，其特征在于，所述step4中的n次测量的n≥30。
技术总结本发明提供了一种机器人重复定位精度测量装置及方法，包括测量传感装置、测量球、激光位移传感器、控制装置；测量传感装置的一端安装于机器人末端法兰的；测量传感装置的另一端固定所述激光位移传感器；测量球固定于机器人的工作区域内；测量传感装置通过激光位移传感器获取测量球的球心在机器人运动到同一位置的不同位姿下对于法兰坐标系的坐标；并多次记录坐标，再控制装置计算该位置的重复定位精度值。本发明为非接触式测量，精度较高，使用三个激光位移传感器和测量球，成本很低，操作简便，测量效率高，应用面广。应用面广。应用面广。
技术研发人员：王永超 郭震
受保护的技术使用者：上海景吾酷租科技发展有限公司
技术研发日：2022.06.17
技术公布日：2022/11/1
