Способ аттестации геометрических параметров механической руки промышленного робота

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

QQ (И) у а В 25 J 11/00

lf с Цф

1 ъ Б

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

А0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Й (21) 3814256/25-08 (22) 12. 10. 84 (46) 23.09. 86. Бюл. Ф 35 (71) Институт машиноведения им.А.А.Благбнравова (72) Л.М.Болотин, А,И.Корендясев, Б.Л.Саламандра, Ю.В.Столин и Л.И.Тывес (53) 62-229.72(088.8) (56) Кобринский А.Е., Саламандра Б.Л..

Серков Н.А. и Степанцев Б.N. Измерительные машины с ЧПУ в адаптивных системах управления станками. — Станки и инструмент, 1974, Ф 8, с. 37-39. (54)(57) СПОСОБ АТТЕСТАЦИИ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ РУКИ

ПРОМЬШШЕННОГО РОБОТА, заключающийся в том, что в рабочей зоне устанавливают эталонный объект, доводят рабочий орган с известными геометрическими характеристиками до контакта с объектом, измеряют,и запоминают положение звеньев руки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования рабочего органа при аналитическом программировании эа счет учета реальных геометрических параметров механической руки робота пос- ле его сборки, но номинальным геометрическим параметрам руки н измеренным положениям звеньев руки путем вычислений определяют пространственное положение рабочего органа, соответствующее относительным координатам звеньев руки при ее контакте с эталонным объектом, далее определяют разность абсолютных координат пространственных положений рабочего органа, определенных при контакте с эталонньы объектом ю полученных по результатам вычислений, и по этой разности вычисляют действи- . тельные геометрические параметры звеньев механической руки, при этом необходимое число измерений рассчитывается по Формуле р в r/k npu

r 4п,. где р — число необходимых измерений;

n - -число степеней подвижности механической руки;

k " "число измеряемых независимых геометрических параметров эталона;

r — число аттестуемых параметров.

1258689

Изобретение относится к машиностроению, а именно к манипуляторостроению, и может быть использовано для аттестации геометрических параметров механических рук промышленных роботов, управляемых от вычислительных машин.

Целью изобретения является повышение точности позиционирования рабочего органа при аналитическом программировании за счет учета реальных геометрических параметров механической руки робота после его сборки.

На фиг. 1 представлена общая схема проведения аттестации геометрических параметров механической руки и вариант конструктивного выполнения эталонного объекта; на фиг. 2 — сечение инструментальной плоскости по оси конусного центрового отверстия в момент контакта со сферическим наконечником измерительной головки; на фиг.3кинематическая схема механической руки и ее геометрические параметры, необходимые для реализации алгоритма обработки экспериментальной информации.

Аттестацию механической руки промьш ленного робота проводят следующим образом.

На стенде 1 закрепляют манипулятор 2, В его рабочей зоне устанавливают эталонный объект 3 с известными геометрическими характеристиками.

Выводят рабочий орган 4 со сферической головкой 5 до контакта с конусными отверстиями 6 характерных точек

I, II III IV или плоскостями П объекта, фиксируют по показаниям датчиков 7-11 относительное положение звеньев руки. Но этим похазаниям и номинальным геометрическим параметрам руки (длинам звеньев 12-16) робота путем вычислений определяют пространственное положение рабочего органа, соответствующее относительным координатам звеньев руки при ее контакте с характерными точками этапонного объекта.

Общий алгоритм вычислений заключается в следующем.

По известному соотношению определяют положение и ориентацию рабочего органа в абсолютной системе координат, связанной с основанием робота

Т.„= А, А где А; — (4x4j — матрица, характеризующая положение и ориентацию i-й системы координат, свя5 занной с i-м звеном (фиг. 2), в (i-1)-й система координат;

Т вЂ” (4х4) — матрица, определяющая декартовы координаты центра и направляющие косинусы системы координат, связанной с и-м звеном руки, в данном

15 случае с контрольным инструментом — рабочим органом.

Каждую из матриц А концентрируют ! четыре параметра: обобщенная коорди20 ната q и постоянные параметры a", сс,, S„, определяющие конструкциюгеометрию i-го звена (фиг. 3).

Положение и ориентация рабочего органа ПР определяются преобразовакием Т, рассчитанным по номинальным параметрам q,, а;, a,, S ...

1, 2, ..., и. которые отличаются от фактических q, а», о(", S» на некоторые величины hq;, Ьа;, ЬФ;

З0 4 S, обусловленные погрешностями изготовления звеньев и сборкиманипулятора, а также ошибками установки

"нулей" датчиков оборотных связей по положению в исходных конфигурациях звеньев механической руки.

С другой стороны, можно с достаточной точностью определить с помощью измерений фактическое расположение, определяемое преобразова,10 нием Т> рабочего органа ПР относительно эталонного объекта, установленного в рабочей зоне робота. Приводя к единой системе координат, с помощью линейного преобразования р5 Т определяют разность абсолютных координат пространственных положений рабочего органа, определенных при контакте с эталонным объектом и полученных по результатам вычислений

KD D Th

По этой разности, набрав необходимое число уравнений (больше или равное числу неизвестных), имея аналитическое выражение для преобразования g Т(ьс1, аа, А у, A S), элементы которого являются функциз 1258 ями погрешностей dq,, da;, a()(;, aS;, и, решая систему линейных уравнений первого приближения тица

&T(aq, da, a()C, д8)=Тщ Тв- Т„5 определяют неизвестные a q;, &а;, a()(;, &Я;, i = 1, 2, ..., п и вычисляют геометрические параметры меха)(Ф нической руки q; = q; + a q;; а, = 10

+ &В; ; i = 1, 2, ..., n. Путем вычислений можно воспроизводить как абсолютные геометрические искаженные величины — координаты характер- 15 ных точек I IT ПТ, IV в собственной координатной системе объекта

0)(вУ Z (правый столбец матрицы Т ), так и относительные расстояния между характерными точкайи I, II, III, IV 20 объекта или угол между нормалями к плоскостям П объекта 3. В последнем случае приведение к единой системе координат не требуется, а надо, используя известные из аналитической геометрии формулы принадлежности точек прямой или плоскости, вычислять указанные характеристики— расстояния или (и) углы между плоскостями ° 30

Все укаэанные геометрические характеристики позволяет вычислять конструкция эталона, показанного на фиг. 1.

Так, перемещая каретку 17 вдоль направляющих 18 на известное (аттестованное) расстояние, выводя затем рабочий орган 4 до контакта сферической головки 5 с конусными отвер- 40 стиями 6 характерных точек I, II, Ш, IV инструментальной плоскости

П в каждом из ее фиксированных положений набирается необходимое число уравнений, используя геометрические 45 свойства точек — они соответственно принадлежат одним и тем же прямым.

Это позволяет для каждой пары соответствующих точек записать уравнейие, например для точки I при фиксированных первом и втором положениях каретки 17 т ((R aRL )-(К„+ вК„)) °

689 4

Где К1 .и К . — В екторы, определяющие номинальное положение центра сферической головки 5 рабочего органа 4 в абсолютной системе координат робота; — аналитические выражения для геометрических ошибок положения рабочего органа манипулятора в абсолютной системе координат ПР, обусловленных погрешностями d q(, да;; д()(;

aS;, i=12, ...,n; — аттестованное расстояние между точками I на инструментальной плоскости П при первом и втором фиксированных положениях каретки, кото рое равно линейному перемещению каретки 17 вдоль направляющих 18; — знак транспонирова" ния. (1), пренебрегая малыми ка, можно записать в

aR

Выр второг виде ажение о поряд дК (й -Rr, )-дауд, (К -RT )

-0,5 (Й, -(К -Е, ) (Е "К, )) Левая часть этого уравнения является линейным выражением относительно неизвестных dq;, да;, 4Ф;, d S;, 1, 2, ..., п. а правая вычисляется по номинальным геометрическим параметрам звеньев руки и аттестованному расстоянию между характерными точками объекта (тарированному перемещению каретки). Составив необходимое число уравнений и решая линейную систему, определяются неизвестные.

Эквивалентную (т.е. линейную относительно неизвестных dq;, да;, Ь()(;, &S;, i 1, 2, ..., n) систему уравнений можно составить, используя другую аттестованную геометрическую характеристику — угол между плоскостями. Для этого выводят рабочий орган 4 до контакта с любыми точками

5 1 плоскости П; {индекс — номер положения} при ее фиксированном угловом положении. Затем поворачивают выход° ное звено 19 каретки 18 и соответственно закрепленную на нем инструментальную плоскость П относительно оси 20 аттестованный угол. Далее выводят рабочий орган 4 робота до контакта с любыми точками плоскости H. Каждый раз в момент контакта

258689 d считывают показания датчиков положе ния звеньев механической руки робота. Используя эти показания.и номинальные размеры звеньев по любым трем точкам каждой плоскости, прово дят нормаль к ней и рассчитывают угол между нормалями к плоскостям, По величине отклонения его от аттестованного вычисляют геометрические

10 параметры руки.

1258689

Хо

Фиг. s

Составитель l0. Вильчинский

Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Пилипенко

Редактор Г. Волкова

Заказ 5074/18

Тираж 1031

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4