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1、(10)申请公布号 CN 102426014 A (43)申请公布日 2012.04.25 CN 102426014 A *CN102426014A* (21)申请号 201110259981.8 (22)申请日 2011.09.05 G01C 21/00(2006.01) (71)申请人 华南理工大学 地址 510640 广东省广州市天河区五山路 381 号 (72)发明人 张铁 戴孝亮 邹焱飚 (54) 发明名称 一种三线缆式工业机器人位姿检测装置 (57) 摘要 本发明公开了一种三线缆式工业机器人位姿 检测装置， 包括测量转接件、 三根钢丝、 三个测量 单元、 机架和三个重物块 ； 所述。
2、测量单元由光电 编码器、 测量单元盖子、 测量轴、 测量单元基座和 测量单元垫片构成 ； 所述测量转接件安装在机器 人末端法兰盘上， 钢丝的一端固定于测量转接件 上， 钢丝的另一端穿过测量单元盖子上的通孔， 绕 测量轴若干圈， 再穿过测量单元基座的通孔， 拴在 重物块上， 使重物块自然悬挂。 光电编码器与测量 轴连接， 测量测量轴的角度位置。 测量转接件安装 于机器人末端法兰盘上， 机器人运动带动钢丝运 动， 钢丝带动轴的转动， 由测量轴的角度位置变化 计算测量单元到测量转接件的距离， 三个测量单 元确定测量转接件的位置。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)。
3、发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 5 页 CN 102426021 A1/1 页 2 1. 一种三线缆式工业机器人位姿检测装置， 其特征在于包括测量转接件 （1） 、 三根钢 丝 （2） 、 三个测量单元 （3） 、 机架 （4） 和三个重物块 （5） ； 所述测量单元 （3） 由光电编码器 （6） 、 测量单元盖子 （7） 、 测量轴 （8） 、 测量单元基座 （9） 和测量单元垫片 （10） 构成 ； 所述测量转接 件 （1） 安装在机器人末端法兰盘上， 钢丝 （2） 的一端固定于测量转接件 （1） 上， 钢丝 （2） 的 另一端穿过测量单元盖子 （7） 上的通孔， 。
4、绕测量轴 （8） 若干圈， 再穿过测量单元基座 （9） 的 通孔， 拴在重物块 （5） 上， 使重物块 （5） 自然悬挂。 2. 根据权利要求 1 所述三线缆式工业机器人位姿检测装置， 其特征在于光电编码器 （6） 固定在测量单元基座 （9） 的一侧， 测量单元盖子 （7） 固定在测量单元基座 （9） 的另一侧 的上部， 测量轴 （8） 通过轴承安装在测量单元基座 （9） 中， 测量轴 （8） 与空心轴式的光电编 码器 （6） 连接， 整个测量单元 （3） 安装于机架 （4） 上。 3. 根据权利要求 2 所述三线缆式工业机器人位姿检测装置， 其特征在于光电编码器 （6） 记录测量轴 （8） 。
5、转过的角度。 4. 根据权利要求 3 所述三线缆式工业机器人位姿检测装置， 其特征在于测量轴 （8） 的 直径尺寸公差不超过 0.1 mm。 5. 根据权利要求 4 所述三线缆式工业机器人位姿检测装置， 其特征在于测量单元盖子 （7） 的通孔和测量单元基座 （9） 的通孔同轴， 且轴线与测量轴 （8） 相切。 6. 根据权利要求 5 所述三线缆式工业机器人位姿检测装置， 其特征在于三根钢丝一端 拴在测量转接件 （1） 的同一点上。 7. 根据权利要求 6 所述三线缆式工业机器人位姿检测装置， 其特征在于测量单元盖子 （7） 的通孔直径小于 1 mm。 8. 根据权利要求 7 所述三线缆式工业机。
6、器人位姿检测装置， 其特征在于重物块使钢丝 （2） 被恒定的拉力拉紧， 测量过程中， 钢丝 （2） 紧绷。 权 利 要 求 书 CN 102426014 A CN 102426021 A1/3 页 3 一种三线缆式工业机器人位姿检测装置 技术领域 0001 本发明涉及一种工业机器人位姿误差检测装置， 特别涉及一种利用三线缆结构方 式进行工业机器人位姿误差检测的装置。 背景技术 0002 工业机器人产品出厂时是否合格， 需要进行位姿误差的检测， 位姿误差检测方案 归纳起来主要有 ： 基于视觉系统的测量、 三坐标测量机测量、 激光干涉仪测量、 激光动态跟 踪系统测量和经纬仪测量等。 0003 随动。
7、接触式位姿测量机相当于一台在每个关节都装有高精度编码器的无动力机 器人。此种测量方式的优点是人的干预少， 测量效率高， 易于实现自动化。缺点是测量机器 人的制造精度要求较高， 且测量机器人的自由度要求尽可能的多， 否则有可能出现待测机 器人与测量机器人运动之间的干涉。 0004 经纬仪测量是工业机器人末端操作器上目标点的坐标可以通过 2 个经纬仪测量 出来， 2 个经纬仪之间的变换关系也可以通过经纬仪的读数计算出来， 此系统的测量精度非 常高， 在 1 m 的距离内精度可以达到 0.02 mm， 但测量的成本也是非常高。 0005 激光测量系统具有精度高， 测量范围大等优点。 激光测量方法可分。
8、为2种类型 ： 角 度剖分型激光跟踪测量和球坐标型激光跟踪测量。激光动态跟踪仪在 1 m 的测量距离时的 精度为 0.1 mm， 但是激光测量系统的成本极为昂贵。 0006 三坐标测量机是一种以精密机械为基础的高效率高精度的测量设备。 Veitschegger 等利用三坐标测量机对 PUMA560 进行了标定。Driels 等用三坐标测量机实 现了工业机器人的全位姿标定。 能够直接用于机器人标定的三坐标测量机需要的足够大的 尺寸， 往往价格昂贵， 限制了三坐标测量机在机器人标定中的应用。 0007 上述各测量方法在精度、 使用的难易和成本方面各不相同， 它们与理想的测量方 法都还存在差距， 归。
9、纳起来， 缺点和不足主要有 ： (1) 需要专业的技术人员来操作这些仪器。 0008 (2) 数据收集烦琐、 费时， 难以实现自动化。 0009 (3) 设备价格昂贵。 发明内容 0010 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足， 提供一种三线缆式机器人位 姿误差检测装置， 实现位姿数据的自动获取、 自动计算和处理， 提高数据处理的效率， 降低 机器人位姿误差的检测成本， 提高工业机器人的产品精度， 为机器人位姿误差补偿提供原 始数据。 0011 本发明的目的通过下述技术方案来实现 ： 一种三线缆式工业机器人位姿检测装 置， 包括测量转接件1、 三根钢丝2、 三个测量单元3、 机架4和三。
10、个重物块5 ； 所述测量单元3 由光电编码器 6、 测量单元盖子 7、 测量轴 8、 测量单元基座 9 和测量单元垫片 10 构成 ； 所述 说 明 书 CN 102426014 A CN 102426021 A2/3 页 4 测量转接件 1 安装在机器人末端法兰盘上， 钢丝 2 的一端固定于测量转接件 1 上， 钢丝 2 的 另一端穿过测量单元盖子 7 上的通孔， 绕测量轴 8 若干圈， 再穿过测量单元基座 9 的通孔， 拴在重物块 5 上， 使重物块 5 自然悬挂， 以保证钢丝处于紧绷状态。 0012 所述光电编码器 6 固定在测量单元基座 9 的一侧， 测量单元盖子 7 固定在测量单 元。
11、基座 9 的另一侧的上部， 测量轴 8 通过轴承安装在测量单元基座 9 中， 测量轴 8 与空心轴 式的光电编码器 6 连接， 整个测量单元 3 安装于机架 4 上。 0013 机器人的运动带动测量转接件 1 运动， 进而带动钢丝 2 的运动， 钢丝 2 再带动绕有 钢丝 4 的测量轴 8 运动， 光电编码器 6 记录测量轴 8 转过的角度位置。 0014 所述测量轴 8 的直径尺寸公差不超过 0.1 mm。 0015 所述测量单元盖子 7 的通孔和测量单元基座 9 的通孔同轴， 且轴线与测量轴 8 相 切。 0016 所述三根钢丝拴在测量转接件 1 的同一点上。 0017 所述测量单元盖子 。
12、7 的通孔直径小于 1 mm。 0018 所述重物块使钢丝 2 被恒定的拉力拉紧， 测量过程中， 钢丝 2 紧绷。 0019 本发明的工作原理是 ： 已知各测量单元3盖子7上通孔之间的两两距离， 以这三个 距离值可以建立测量装置的坐标系。当工业机器人机械手运动时， 机器人末端法兰盘带动 测量转接件 1 运动， 测量转接件 1 末端连接的钢丝 2 跟随其运动， 钢丝 2 带动测量轴 8 的转 动， 光电编码器 2 读取轴 8 的角度位置， 进而计算得到测量单元 3 盖子 7 上的通孔到测量转 接件 1 末端点的距离。通过各测量单元 3 到测量转接件 1 的距离和平台各测量单元 3 之间 的距离，。
13、 可以计算出测量转接 1 件末端点在检测装置坐标系中的位置。 0020 本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果 ： (1) 与其它位姿测量系统相比， 该三线缆式位姿测量装置， 具有造价低廉， 成本主要为 三个编码器、 机械结构的原料和加工费用 ； (2) 该三线缆式工业机器人位姿检测装置维护方便， 装置结构简单， 光电编码器采用增 量型， 每次使用前， 需要调零， 装置中钢丝易磨损而需要更换， 钢丝更换步骤简单 ； (3) 实时采样数据点 ： 光电编码器的输出端通过转换电路和串口与计算机连接， 可以 实时记录机器人末端点的轨迹和速度 ； (4) 本发明装置可以对精度要求中等的机器人进行位姿误。
14、差检测或误差标定。 附图说明 0021 图 1 是本发明三线缆式工业机器人位姿检测装置的正视图。 0022 图 2 是本发明三线缆式工业机器人位姿检测装置的俯视图。 0023 图 3 是本发明三线缆式工业机器人位姿检测装置的顶视图。 0024 图13中 ： 1测量转接件， 2钢丝， 3测量单元， 4机架， 5重物 块。 0025 图 4 是测量单元的正视图。 0026 图 5 是测量单元的俯视图。 0027 图 6 是测量单元的左视图。 0028 图 4 6 中 ： 6光电编码器， 7测量单元盖子， 8轴， 9测量单元基 说 明 书 CN 102426014 A CN 102426021 A3。
15、/3 页 5 座， 10测量单元垫片。 具体实施方式 0029 下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述， 但本发明的实施方式不限 于此。 实施例 0030 如图 1 所示， 本发明的三线缆式工业机器人位姿检测装置， 包括测量转接件 1、 三 根钢丝 2、 三个测量单元 3、 机架 4 和三个重物块 5 ； 如图 4 所示， 测量单元 3 由光编码器 6、 测量单元盖子 7、 测量轴 8、 测量单元基座 9 和测量单元垫片 10 构成。 0031 所述测量转接件1安装在机器人末端法兰盘上， 钢丝2的一端固定于测量转接件1 上， 钢丝 2 的另一端穿过测量单元盖子 7 上的通孔， 绕测量轴。
16、 8 若干圈， 再穿过测量单元基 座 9 的通孔， 拴在重物块 5 上， 使重物块 5 自然悬挂， 以保证钢丝处于紧绷状态。 0032 所述光电编码器 6 用内六角螺栓固定在测量单元基座 9 的一侧， 测量单元盖子 7 用内六角螺栓固定在测量单元基座 9 的另一侧的上部， 测量轴 8 通过深沟球轴承安装在测 量单元基座 9 中， 测量轴 8 与空心轴式的光电编码器 6 连接， 整个测量单元 3 被四个内六角 螺栓安装于机架 4 上。 0033 机器人的运动带动测量转接件 1 运动， 进而带动钢丝 2 的运动， 钢丝 2 再带动绕有 钢丝 4 的测量轴 8 运动， 光电编码器 6 记录测量轴 8。
17、 轴转过的角度位置。 0034 所述测量轴 8 的直径尺寸公差不超过 0.1 mm。 0035 所述测量单元盖子 7 的通孔和测量单元基座 9 的通孔同轴， 且轴线与测量轴 8 相 切。 0036 所述三根钢丝拴在测量转接件 1 的同一点上， 用螺栓固定。 0037 所述测量单元 3 的盖子 7 上的通孔很小， 为 1mm。 0038 所述重物块使钢丝 2 被恒定的拉力拉紧， 测量过程中， 钢丝 2 紧绷。 0039 本发明所述的各零部件可选型如下， 但选型不限于此 ： 1. 光 电 编 码 器 6 ： 可 选 用 欧 姆 龙 增 量 型 中 空 轴 的 E6H-CWZ3E，内 径 8 mm，。
18、 采用空心轴型可以直接将轴与光电编码器连接， 避免了使用耦合器带来的繁琐结 构。 0040 2. 钢丝 2 ： 选用直径小于等于 0.1 mm 的线切割钢丝， 选用强度高的钢丝， 钢丝的 特性对于该型检测装置的精度影响很大。 0041 3. 测量轴 8 ： 与 61900 型深沟球轴承连接安装在测量单元的基座上， 绕有钢丝的 轴段直径为mm。 0042 4. 重物块 5 并无特殊要求， 重量以 1 kg 为宜， 保证钢丝被恒定的力拉紧。 0043 上述实施例为本发明较佳的实施方式， 但本方明的实施方式并不受上述实施例的 限制， 其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、 修饰、 替代、。
19、 组合、 简化， 均 应为等效的置换方式， 都包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 102426014 A CN 102426021 A1/5 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102426014 A CN 102426021 A2/5 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 102426014 A CN 102426021 A3/5 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 102426014 A CN 102426021 A4/5 页 9 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102426014 A CN 102426021 A5/5 页 10 图 6 说 明 书 附 图 CN 102426014 A 。