Способ определения фактического положения систем координат звеньев манипулятора

 

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при производстве и эксплуатации промышленных роботов для аттестации кинематических параметров их рабочих органов. Цель изобретения - повышение точности и надежности определения фактического положения систем координат робота-манипулятора. Для этого на основании 2 и подвижных звеньях 1 манипулятора размещают контролируемые элементы 3, измеряют фактическое положение этих элементов в системе координат внешней аттестующей установки при последовательном многократном движении звеньев 1 с необходимыми для измерения остановками. Затем производят статическую обработку результатов измерений, из которых определяют наиболее вероятное фактическое положение осей соответствующих систем координат. Контролируемые элементы, устанавливаемые на смежные звенья 1 вращательного перемещения, представляют собой два эталонных тела, закрепленных на концах штанги 4, продольная ось которой располагается параллельно оси вращения данного звена 1. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 25 J 11/00, 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР Я

ЧЕКА.Р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4414033/40-08 (22) 20.04.88 (46) 15.12.90. Бюл, ¹ 46 (72) А.В.Алексеев и В.П,Рэщинский (53) 62.229,72(088,8) (56) Патент CLLIA ¹ 4698572, кл. В 25 J 1/02, 1987. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФАКТИЧЕСКОГО ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМ КООРДИНАТ ЗВЕНЬЕВ МАНИПУЛЯТОРА (57) Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при производстве и эксплуатации промышленных роботов для аттестации кинематических параметров их рабочих органов. Цель изобретения — повышение точности и надежности определения фактического положения систем координат робота-манипулятора. Для

» Я2,,„1613319 А1 этого на основании 2 и подвижных звеньях 1 манипулятора размещают контролируемые элементы 3, измеряют фактическое положение этих элементов в системе координат внешней аттестующей установки при последовательном многократном движении звеньев 1 с необходимыми для измерения остановками. Затем производят статистическую обработку результатов измерений, из которых определяют наиболее вероятное фактическое положение осей соответствующих систем каординэт. Контролируемые элементы, устанавливаемые на смежные звенья 1 вращательного перемещения, представляют собой два эталонных тела, закрепленных на концах штанги 4, продольная ось которой располагается параллельно оси вращения данного звена 1. 6 ил.

1613319

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при производстве и эксплуатации промышленных роботов для аттестации кинематических параметров их рабочих органов.

Цель изобретения -- повышение точности и надежности, На фиг.1 изображен промышленный робот-манипулятор с установленными на его звеньях контролируемыми элементами; на фиг,2- схема определения фактического положения системы координат; на фиг,3 — вариант промышленного робота-манипулятора со звеньями вращательного и линейного перемещения и схема определения положения его системы коорцинат; на фиг.4— вид А на фиг.3; на фиг.5 — робот только со звеньями линейного перемещения и схема определения его системы координат; на фиг.б — показан вариант схемы определения положения системы координат, Данный способ реализуется следующим образом, На подвижных 1 и неподвижном 2 (основании) звеньях робота-манипулятора устанавливают и закрепляют контролируемые элементы 3, например, в виде кубических эталонных тел. Далее робот устанавливают на координатно-измерительную машину или, если робот велик, устанавливают вокруг него аттестующую систему, например, систему оптических датчиков, которые позволяют с достаточной точностью определять в пространстве положение контролируемых элементов 3. =àòåì осуществляют перемещения звеньев " манипулятора последовательно от первого звена до последнего таким образом, чтобы звенья вращательного перемещения останавливались не менее; чем в трех точках, а звенья линейного перемещения — не менее, чем в двух точках, с повторением цикла перемещения каждого звена не менее 10 — 50 оаз. При этом в каждой точке производят измерение положения каждого контролируемого элемента 3, связанного с ссютветствующим звеном. Здесь для куба производят измерени. . координат 6 или 9 точек„расположенных на трех взаимно перпендикулярных плоскостях, которые полносп.ю и однозначно определяют положение куба в пространстве, То -. N gstpepeH ptg мо:. IJT ра с пол ага-гься i1 Q граням куба в соответствии со структурными формулами 3х3х3, 3х, х1 и 2х2х2,при этом три точки на гранях не должны лежать на одной прямо .1, Полученные координаты Точек измерений формируют в массивы данных, используя которые по составленным математическим моделям, производят рас"87 Hñ компьютере (B системе координат

55 аттестующей установки) положения определяемой системы координат манипулятора.

При этом по координатам точек измерения определяют по математической модели координаты точек взаимного пересечения граней каждого куба в каждой из реализаций его положения, заданного программой.

При определении положения системы координат, расположенной в шарнирном соединении двух звеньев 1 с вращательным перемещением, на каждом из смежных звеньев устанавливается контролируемый элемент, состоящий из двух эталонных тел, которые закреплены на концах жесткой штанги 4, продольная ось которой располагается параллельно оси вращения данного звена 1. Определение положения системы координат в данном случае осуществляется следующим образом, По координатам точек (см, фиг.2) последовательного положения звеньев вращения {х1, у1, z1), (х2, у2, z2), (хз, уз, za) получают как центр окружности, проходящей через указанные точки, точку (х), y) к) ), аналогично получают точки (х2, y), Я2), (x), уЗ, z3 ), (xj, yj, 4 ). По координатам точек (х), у), z) ) и (х2, у2, z) ) вычисляют уравнечие оси первого шарнира, а по точкам (х3, узз, r3 ) и (х1, yj, zj) уравнение оси второго шарнира. При статистической обработке нескольких циклов определяют координаты точек, соответствующих математическомуожиданию центров окружностей, проходящих через вершины кубов, фиксируемых, например, в трех положениях при повороте звена, По координатам этих точек определяют уравнения прямых а и Ь, принимаемых с наименьшими ошибками и высокой достоверностью за оси вращения звеньев. В общем случае мгновенные оси вращения звеньев будут распределяться в пространственных трубках Т1 и Т2 произвольным образом, а прямые а и Ь скрещиваются, По уравнениям прямых а и Ь вычисляют уравнение прямой с, проходящей через две данные прямые так, что отрезок б, отсекаемый г1рямыми а и Ь, имеет наименьшую длину. Точку пересечения О прямой с с прямой а принимают за цетр декартовой системы координат, Ось 2о этой системы совпадает с прямой а, являющейся наиболее вероятной осью вращения первого подвижного звена. Две другие оси ей перпендикулярны и проходят через точку Qo.

При этом ось Х0 располагают в плоскости, проходящей через ось Zo и делящей угол поворота вокруг этой оси, например, пополам. Далее по измерениям точек поверхностей кубо, расположенного на основании 2.

1613319

20

40

55 определяют положение системы координат

Хз, У3, 2з и вычисляют вектор Qp смещения центров систем Хо, Yp Zp и Хз, Уз, 2з и углы а, Р у, из разворота, После чего производят пересчет положения системы координат

ХзУз2з в систему координат XpYpZp манипулятора и записывают полученные значения угловых и линейных смещений в память системы управления и паспорт манипулятора.

Для роботов-манипуляторов с звеньями линейного перемещения (фиг.5) количество определяемых положений контролируемых элементов 3 не должно быть менее двух.

При этом кубы размещают так: на основании 2 и на третьем подвижном звене 1 робота по одному кубу, Затем перемещают первое подвижное звено 5 в несколько фиксированных положений и измеряют в них положения куба, по которым высчитывают положения в системе ХкУк2к вершин куба.

По ним высчитывают положение в системе

ХкУк2к наиболее вероятной оси а звена 1.

Эту процедуру повторяют со звеном 6— вторым подвижным звеном и высчитывают положение его наиболее вероятной оси Ь, При этом вероятные оси определяют при установленных на ноль-метку датчиках обратной связи двух других звеньев (т.е, при крайних положениях двух других звеньев), Центр системы координат робота определяют как точку Ор пересечения наиболее вероятного положения оси первого подвижного звена а и линии с наикратчайшего расстояния между наиболее вероятными осями первого а и Ь второго подвижных звеньев.

Оси этой системы определя.ет исходящими из центра 0о так, что одна иэ них Уо совпадает с наиболее вероятной осью первого подвижного звена, вторая ось Х исходит из центра так, чтобы угол Q, образуемый ею с прямой Ь, исходящей иэ центра Ор парал-! лельно вероятной оси b второго звена, был минимален, т.e, a = а млн и ось Хр была перпендикулярна оси Уо, Третья ось Zp перпендикулярна двум другим. Далее определяют фактическое положение куба 7, установленного на основании 2, и определяют его систему координат ХзУз2з. Затем аналогично вышеописанному алгоритму производят пересчет положения системы координат и запись полученных значений отклонений в память системы управления и паспорт робота-манипулятора.

Для роботов-манипуляторов в варианте на фиг.3 положение системы координат определяют сг едующим образом.

На роботе устанавливают соответствующие контролируе лые элементы 3. При этом куб на основании 2 должен располагаться в пределах рабочей эоны. Роботустанавливают на стол измерительной машины.

Перемещают дискретно по колонне 8 основания 2 первое подвижное звено 1 и фиксируют в некоторых положениях, в каждом из которых производят измерения положений куба, установленного на этом звене, Измерения повторяют многократно по приведенному выше алгоритму для других роботов. Затем многократно производят измерения координат трех точек по периметру колонны в двух ее сечениях с целью определения положения ее оси, По данным измерений вычисляют в системе ХкУк2, координат измерительной машины положения наиболее вероятной оси колонны 02 и прямой 0>Zi, сумма квадратов расстояний положений точки А — вершины куба от которой минимальна. Далее определяют координаты точек О и 0 пересечения этих линий с плоскостью основания робота и высчитывают координаты вектора 010. Точку О принимают за центр определяемой системы координат, Вертикальная ось OZp этой системы исходит из точки О параллельно прямой 0>Z>, Затем подвижные звенья робота многократно перемещают по программе в исходное положение, в котором производят всякий раз поворот последнего звена с установленной на нем парой кубов с фиксацией в трех положениях, в которых измеряют положение по приведенной выше методике этих кубов. По положениям кубов определяют статистическое множество положений центров вращений и их математическое ожидание. Через эти точки проводят линию, определяют ее положение и принимают ее за наиболее вероятную ось вращения последнего звена, Затем проводят из точки О прямую, перпендикулярную оси OZp так, чтобы она пересекла полученную ось вращения последнего звена и определяют координаты точки пересечения В. После этого определяют ось ОХО как прямую, проходящую через точки О и B. Третья ось ОУо исходит иэ точки О перпендикулярно двум другим ОХО и OZ„. Далее измеряют положение куба, установленного на основании 2 робота и определяют в системе координат измерительной машины систему координат

ХзУз2з, связанную с кубом, Затем рассчитывают положение этой системы координат в системе координат Xp YpZp робота, определяемое вектором 030 и углами Q.P,ó (которые не показаны на фиг.3) разворота осей

ОзХз, ОзУз, Оз2з относительно осей ОХр, OYp, OZp соответственно.

Наличие на основании 2 неподвижного контролируемого элемента 3, который не

1613319 удаляется после измерений, позволяет роботу при оснащении его сменными контактными щупами с системой контроля положения, связанной с системой управления робота, с высокой точностью корректи- 5 ровать ошибки положения рабочего органа в неподвижной системе координат в автоматическом режиме и выполнять операции измерения, например расположения объектов сборки, в системе координат робота и 10 корректировать траекторию движения рабочего органа автоматически, Формула изоб ретения

Способ определения фактического по- 15 ложения систем координат звеньев манипулятора, заключающийся в том, что с помощью внешней измерительной системы определяют фактические координаты положения контролируемого элемента, расположенного на звене манипулятора, в нескольких последовательных положениях звена, а по результатам измерений осуществляют определение положения соответствующей системы координат, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, контролируемый элемент размещают на каждом из соответствующих смежных звеньев вращательного перемещения или на соответствующем звене линейного перемещения, а также на основании манипулятора, при этом контролируемый элемент, устанавливаемый на звеньях вращательного перемещения, состоит из двух эталонных тел, закрепленных на концах штанги, продольная ось которой располагается параллельно оси вращения данного звена.

1613319

1613319

36333>9

1613319

Составитель Н.Богданов

Техред M,Mîðãåèòàë Корректор Т,Палий

Редактор М.Товтин

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3858 Тираж 695 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб„4/5