基于激光跟踪关节臂的机器人位姿测量系统研制

黄雷; 窦艳红; 樊宇; 贺志超; 张爽; 张立秋; 张博

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0005

基于激光跟踪关节臂的机器人位姿测量系统研制

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0005

1.
吉林省计量科学研究院, 长春 130103
2.
长春工程学院, 长春 130000

基金项目: 国家重点研发计划项目(2018YFF0212702)；吉林省科技发展计划项目（20200401107GX，20190302024GX）。

详细信息

作者简介:
黄雷（1982-），吉林省计量科学研究院副高级工程师，研究方向：几何量专业坐标测量、精密测量，邮箱：93768351@qq.com

计量
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出版历程
- 网络出版日期: 2021-12-10
- 刊出日期: 2022-01-24

Development of a Robot Position and Attitude Measuring System Based on a Laser Tracker and an Articulated Arm Coordinate Machine

1.
Jilin Institute of Metrology, Changchun 130103, China
2.
Changchun Institute of Technology, Changchun 130000, China

摘要

摘要: 机器人位姿检测中，全测量范围内精度和检测成本之间的平衡始终是研究人员努力的方向。激光跟踪关节臂测量系统采用激光跟踪仪和关节臂坐标机相结合的方式，利用激光光束跟踪原理，并结合关节臂高刚性高柔顺性测头，对机器人位姿进行高精度和低成本检测。实验结果表明，使用坐标测量机，通过在不同姿态下对测量系统进行验证，系统的最大误差出现在2000 mm处，为−0.042 mm。各点误差均满足±（30+0.8×10⁻⁵L）μm的技术指标。
- 计量学 /
- 机器人位姿检测 /
- 激光跟踪仪 /
- 关节臂坐标机 /
- 坐标转换
Abstract: Due to the limitation of the laser tracking technique in robot position and attitude detection, once the light is blocked, it cannot be detected. A laser tracking joint arm measurement system adopts the combination of a laser tracker and an articulated arm coordinate machine, and uses the principle of laser beam tracking and the high rigidity and flexibility probe of joint arm. It can detect and calibrate the robot's position and attitude. A laser interferometer and a length measuring machine were used to evaluate the system in different attitudes. The experiment results showed that the maximum error of the system was −0.042 mm at 2000 mm. The error at each point did not exceed ±（30+0.8×10⁻⁵L）μm.
- metrology /
- robot position and attitude measuring /
- laser tracker /
- articulated arm coordinate machine /
- coordinate transformation

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图 1 激光跟踪关节臂测量系统结构

1.激光跟踪仪；2.跟踪仪支架；3.关节臂坐标机；4.关节臂支架；5.定位靶球检具；6.被测机器人；7.末端专用靶球检具；8.跟踪定位靶球夹具；9.控制电脑

Figure 1. Structure of the measuring system

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图 2 激光跟踪关节臂测量系统测量步骤

Figure 2. Steps in measurement using the system

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图 3 激光跟踪关节臂测量系统精度校准装置图

Figure 3. Calibration device for the system

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图 4 精度校准结果

Figure 4. Calibration results

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图 5 某型号6轴机器人坐标系示意图

Figure 5. Schematic of the coordinate system of the 6-axis robot

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图 6 机器人检测位置

Figure 6. Test points

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图 7 各测量点XYZ测量数据变化

Figure 7. XYZ measurements versus measurement points

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表 1 某6轴机器人D-H参数

Table 1. D-H parameters of a 6-axis robot

i α_i−1 a_i-1 d_i θ_i

1 0 0 0 θ₁
2 −90° 0 0 θ₂
3 0 131 425 θ₃
4 −90° 127 392 θ₄
5 90° 0 0 θ₅
6 −90° 0 0 θ₆

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