1.本发明涉及自动化装配技术领域，尤其涉及一种工业机器人精度测试装置、测试方法及标定方法。
背景技术:2.工业机器人是指在生产过程和环境中使用的机器人，其特点是代替人工劳动进行一些单调、频繁、重复性的长时间操作。工业机器人有很多种形式，以适应现场使用环境和功能为基础，并不局限于人的体型。近年来，工业机器人产业蓬勃发展，越来越多的工业机器人代替人力出现在物体搬运、零件装配、机械加工等生产线上。
3.在机器人正式应用前(或量产前)，一般会对机器人进行精度测试，以保证机器人的末端法兰在承受载荷后能移动到指定位置。为了方便地获取端法兰的位置，利用激光跟踪仪和靶球技术对端法兰的位置进行了验证。
4.为了验证工业机器人在不同载荷下的运动精度，需要在工业机器人的测试阶段对机器人进行不同载荷的配置，载荷以多个载荷块的形式存在(由于所有载荷块都需要手动移动，载荷测试一般包括多个载荷块)，载荷块需要逐个拆卸。具体而言，负载块和端部法兰设有多个螺纹孔和固定孔。首先，通过螺钉穿过载荷块固定孔的方式将一个载荷块锁定在端部法兰的螺纹孔上，其余载荷块通过螺钉逐个锁定在前一个载荷块上，从而实现载荷块的逐个堆叠。为了保证负载块的稳定连接，每个负载块一般需要至少四个螺钉来固定位置， 这导致测试不同负载和拆卸负载的复杂操作，并且特别费时费力。
5.另外，在检测完工业机器人的精度后，需要手动控制机器人进行多次测试调试，才能实现工业机器人的运动标定，耗时长，自动化程度低。
技术实现要素:6.本发明的目的在于提供一种工业机器人精度测试装置，以解决目前工业机器人精度测试前后复杂的载荷块拆装操作问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:
8.一种工业机器人精度测试装置，包括激光跟踪仪和靶球，所述靶球安装在待测机器人的端法兰上，还包括可安装在端法兰上的负载组件，所述负载组件包括快换夹具和夹具。机构该快换夹具包括机械手固定端和工具固定端，机械手固定端可与工具固定端进行快速连接/快速释放，机械手固定端固定在待测试机器人的端部法兰上进行夹持。机构包括导向柱和可沿导向柱轴向移动的支撑件；工具固定端固定连接在导柱的顶端；工具固定端的横截面积小于导柱的横截面积；导向柱上可套有负载块； 套在导向柱上的载重块可被端法兰和支撑件夹紧。
9.本发明的原理和优点如下:
10.在实际应用中，夹紧机构进行优化，使负载块只需套在导向柱上即可使用。
通过移动到位的支撑件将所有的载重块均匀的推到法兰上，然后在法兰和支撑件夹住载重后将支撑件固定在导向柱上，这样整个过程只需要插入载重块，移动一个支撑件，锁紧一个支撑件，就可以安装所有的载重块，在拆卸载重块时， 只需松开快换夹具，就可以方便地直接从导柱中取出载荷块，整个拆卸过程不需要逐个安装载荷块。
11.优选地，作为改进，夹紧机构还包括自锁偏心轮，所述支撑件包括位于中间的支撑块和位于支撑块两侧并向支撑块外侧突出的卡爪，所述导柱的相对两侧壁上设有滑槽，卡爪位于滑槽内；轴承座位于导柱的侧面，自锁偏心轮偏心转动连接在轴承座上，在自锁时轴承座紧靠导柱的侧壁，同时自锁偏心轮在自锁时带动轴承座远离导柱；自锁时，卡爪卡紧滑槽侧壁。
12.有益效果:通过支撑件和自锁偏心轮的特定结构设计，支撑件既可以快速锁紧在导向柱上，也可以快速解锁在导向柱上，进一步简化了拆卸和组装载重滑车的操作过程。
13.优选地，作为一种改进，自锁偏心轮的转动中心与手柄固定连接，手柄转动的平面平行于导柱的轴向。
14.有益效果:手柄使自锁偏心轮的转动更加省力。
15.优选地，作为改进，导向柱是多边形的。
16.有益效果:一方面，导柱的形状为自锁偏心轮实现自锁提供了基础；另一方面，导柱也是承载件沿导柱轴向移动的滑槽；此外，导柱的截面形状还限制了套在导柱上的负载块的运动，保证了负载在工业机器人驱动下在空间运动时不会发生旋转，有利于工业机器人在测试过程中的稳定性。
17.优选地，作为一种改进，导向柱的底部固定连接有推杆，用于在自锁前推动支撑件沿导向柱轴向移动。
18.有益效果:一方面，推杆使得支撑件带动载荷移动更加方便，同时，在支撑件和端部法兰夹住载荷后，推杆可以继续抵靠在支撑件上，为支撑件锁定在导柱上提供了进一步的保证；此外，推动件的输出端与支撑件相抵后，即推动机的输出端更靠近端法兰，有利于整个夹紧装置的重心向端法兰移动，进而有利于测试过程的安全和稳定。
19.优选地，作为一种改进，连接板固定设置在端法兰上，靶球固定连接在连接板上，负载块可被连接板和支撑件夹紧，负载块和靶球分别位于连接板的两侧。
20.有益效果:采用这种方案，一方面通过连接板的设置方便了靶球的安装，另一方面，端部法兰不需要直接与负载块接触，保护了端部法兰。
21.本发明还提供了一种使用该工业机器人精度测试装置的测试方法，包括以下步骤:
22.1、嵌套载荷:从导向柱顶部嵌套所有测试所需的载荷块，并将载荷块堆叠在支撑件上方；
23.s2、将端法兰与负载部件连接:通过控制系统控制待测机器人的运动，使端法兰在导柱上方运动，快换夹具机械手的固定端与安装在导柱上的工具的固定端快速连接；
24.3、锁定轴承位置:沿导向柱移动轴承，使轴承带动载重块靠近端部法兰，直至顶部载重块紧靠端部法兰，然后转动自锁偏心实现自锁，自锁偏心自锁时，轴承上的卡爪卡紧滑槽，实现轴承的位置锁定；
25.4、在端法兰上安装靶球；
26.5、控制测试机器人的运动，激光跟踪仪记录目标球的实时运动轨迹，并将运动轨迹传输给控制系统，控制系统将实时运动轨迹与控制系统计算的理论运动轨迹进行比较。
27.本发明的优点在于:通过将激光跟踪仪获得的实时运动轨迹与理论运动轨迹进行比较，便于工作人员快速直观地判断机器人的运动是否存在偏差，实现了机器人运动精度测试的可视化。
28.优选地，作为一种改进，在导向柱上组装负载块的顺序是先组装重量轻的负载块，再组装重量重的负载块。该方案通过限制载荷块由轻到重的堆放规则，使较重的载荷块更靠近工业机器人的端部法兰，有利于提高试验过程的安全性，减少试验过程中对工业机器人的损伤。
29.本发明还提供了一种利用工业机器人精度测试装置的标定方法，包括以下步骤:
30.步骤a、嵌套载荷:按照质量先轻后重的原则，从导向柱顶部开始依次嵌套试验所需的载荷块，并堆放在支撑件上方；
31.步骤b、将端法兰连接到负载部件上:通过控制系统控制待测机器人的运动，使端法兰运动到导柱上方，快换夹具机械手的固定端与安装在导柱上的工具的固定端快速连接；
32.步骤c、锁定支撑件的位置:沿导向柱移动支撑件，使支撑件带动载重块靠近端部法兰，直至顶部载重块抵靠端部法兰，旋转自锁偏心轮实现自锁，自锁偏心轮自锁后锁定支撑件的位置；
33、步骤d，在端法兰上安装靶球，并通过激光跟踪仪记录靶球的初始位置；
34.步骤e，控制被测机器人在空间运动后再次驱动负载部件运动到初始位置，激光跟踪仪记录目标球的最终位置；
步骤f，控制系统比较目标球的初始位置和最终位置，得到位置偏差值，当位置偏差值在控制系统设定的可接受范围内时，不需要对测试机器人进行标定；当位置偏差值超过可接受范围时，进行步骤g；
36.步骤G，控制系统根据位置偏差值调整机器人的运动，并再次执行步骤E和F，直到位置偏差值在可接受的范围内。
37.优选地，作为改进，在步骤d至f中，激光跟踪器还获得目标球的初始姿态和最终姿态以及目标球运动的实时轨迹，并且控制系统比较初始姿态和最终姿态以获得角度偏移值，并且控制系统根据角度偏移值和位置偏移值调整机器人手臂的运动，直到位置偏移值和角度偏移值都在可接受的范围内。
38.本发明的优点是:通过激光跟踪仪、靶球和控制系统的配合，可以快速准确地知道待测工业机器人的初始位置、初始姿态、最终位置和最终姿态，知道这些数据后可以判断最终位置和最终姿态的偏差。当判断有偏差时，控制系统还可以结合目标球的实时轨迹，快速调整机器人机械臂的运动，实现快速姿态和位置。
速度调整，整个校准过程不需要工作人员多次调整测试，大大提高了校准速度和精度。
附图简述
39.图1示出了在本发明的实施例中待测试的工业机器人及其夹持。机构快换夹具结构图。
40.图2示出了在本发明的实施例中，待测试的工业机器人的端部法兰被快速夹具对接和夹紧。机构后的结构示意图。
41.图3是图2的正视图。
42.图4是图2中的承载块和端部法兰被拆除后的结构示意图，支撑件是透视的。
43.图5是图2中的载荷块和端部法兰被移除后的结构示意图。
44.图6是图5的俯视图。
45.图7是图5的俯视截面图。
46.图8是使用本发明的工业机器人精度测试装置的测试方法的流程图。
47.图9是第二实施例的流程图。
详细描述
48.下面将通过具体实施例进一步详细解释:
49.说明书附图中的附图标记包括:夹紧。机构10.导柱1、滑槽11、支架2、卡爪21、自锁偏心轮3、手柄4、底座5、推动器6、机械手固定端20、工具固定端30、端部法兰40、连接板41、负载块50、激光跟踪仪60和靶球70。
50.具体实施方式如图1至图8所示，工业机器人精密测试装置包括激光跟踪器60、目标球70和负载部件。激光跟踪器60放置在待测工业机器人旁边，待测工业机器人的端法兰40的端面通过螺钉与连接板41固定连接。目标球70固定安装在连接板41上，并且负载部件可以与连接板41连接。
51.负载组件包括快换夹具和夹紧装置。机构10.快速更换夹具包括操纵器固定端20和工具固定端30。操纵器固定端20可以与工具固定端30快速连接/释放。操纵器固定端20固定在连接板41上，工具固定端30固定连接到夹具。机构10、夹紧机构10可带负荷安装。快换夹具可以采用专利公告号的机械手快换夹具结构，夹具固定端相当于本实施例的工具固定端30。
52.箝位机构10包括导柱1、支撑件2和自锁偏心轮3，导柱1为方形；支撑部2包括一体成型的轴承座和两个卡爪21，两个卡爪21固定在轴承座的两侧并伸出轴承座，轴承座位于导柱1的侧面，导柱1的相对两侧壁上均设有滑槽11，卡爪21位于滑槽11内；自锁偏心轮3转动连接在轴承座上，自锁时紧靠导柱1的侧壁，自锁时带动轴承座远离导柱1；当自锁时，爪21紧固滑槽11的侧壁。
53.为了方便控制自锁偏心轮3，在自锁偏心轮3的偏心转动中心固定连接有手柄4，手柄4转动的平面与导柱1的轴向平行，这样自锁更加省力。
54.底座5通过螺栓固定在导向柱1的底部，推杆6固定连接在底座5上。推动器6用于在自锁之前推动支撑件2沿滑槽11移动。在该实施例中，推动器6采用电动缸。
55.工具固定端30完全嵌入导柱1的顶端，机械手固定端部分嵌入连接板41，因此
当导柱1和连接板41通过快换夹具固定连接后，导柱1上的载荷两端可以被连接板41和支撑块夹紧。
56.待测试的机器人、激光跟踪器60、推进器6和快换夹具都与所提供的控制系统连接。
57.一种使用工业机器人精密测试装置的测试方法，包括以下步骤:
58.s1 .加载:按照先轻后重的原则，从导向柱1的顶部依次插入测试所需的载荷块50，载荷块50堆叠在支撑件2的上方。本实施例中使用的负载块50有各种规格。所有负载块50具有相同的横截面积(横截面形状是圆盘中心的方形孔)。负载块50越重，它就越厚，并且每个负载块50都标有相应的负载规格。例如，负载块50的规格为1kg、2kg、5kg、10kg、20kg、50kg和。在堆叠载荷块50之前，可以根据载荷块50的堆叠高度来调整导向柱1上的轴承2的高度位置，从而可以尽可能地减小在导向柱1上移动的后续轴承2的长度。
59.s2 .将端法兰40连接到负载部件:控制系统控制待测机器人的运动，使机器人的端法兰40运动到导柱1上方，并控制快换夹具的机械手固定端20实现与安装在导柱1上的工具固定端30的快速连接。
60.s3、锁定支撑部件2的位置:控制推动器6的输出端向上移动，同时搬运机器人通过自锁偏心轮3解锁支撑部件2，使推动器6推动支撑部件2带动负载块50向上移动，然后控制推动器6停止推动，直到最上面的负载块50抵靠在端法兰40上的连接板41上。然后，手动或通过另一辅助机器人转动手柄4，使得自锁偏心轮3抵靠导向柱1以实现自锁。自锁偏心轮3自锁完成后，支撑件2上的卡爪21卡紧滑槽11的侧壁，实现支撑件2的位置锁定。
61.s4 .将目标球70安装在连接板41上。
62.5 .控制待测试机器人的移动。激光跟踪器记录目标球70的实时轨迹，并将该轨迹传送给控制系统。控制系统将实时轨迹与由控制系统计算的理论轨迹进行比较。
63.当该实施例用于测试机器人在负载下的运动精度时，负载块50可以在测试前后快速拆卸，这大大提高了测试效率。同时，负载部件的改进使得负载在测试过程中相对于端法兰40具有良好的稳定性，保证了测试过程中的稳定性和安全性，减少了负载对被测机器人寿命的影响。
64.此外，在测试过程中，通过激光跟踪仪60、靶球70和控制系统的配合，便于工作人员快速直观地判断机器人的运动是否有偏差，实现了机器人运动精度测试的可视化。
示例2
66.参见图9，第二实施例提出了一种基于第一实施例的工业机器人精度测试装置的标定方法，包括以下步骤:
67.步骤a:设置载荷:按照先轻后重的原则，从导向柱1的顶部开始依次设置测试所需的载荷块50，并将载荷块50堆放在支撑件2的上方；在堆叠载荷块50之前，可以根据载荷块50的堆叠高度来调整导向柱1上的轴承2的高度位置，从而可以尽可能地减小在导向柱1上移动的后续轴承2的长度。
68.步骤b:将端法兰40连接到负载部件:通过控制系统控制待测机器人的移动，使端法兰40移动到导柱1上方，快换夹具的机械手固定端20与安装在导柱1上的工具固定端30快速连接。
69.步骤c:锁定支撑部件2的位置:控制推动器6的输出端向上移动，同时，搬运机器人通过自锁偏心轮3解锁支撑部件2，使推动器6推动支撑部件2，带动负载块50向上移动，然后控制推动器6停止推动，直到最上面的负载块50抵靠在端法兰40上的连接板41上。然后，手动或通过另一辅助机器人旋转手柄4，使得自锁偏心轮3抵靠导向柱1以实现自锁。自锁偏心轮3自锁完成后，支撑件2上的卡爪21卡紧滑槽11的侧壁，实现支撑件2的位置锁定。
70.步骤d，将靶球70安装在端部凸缘40上，并通过激光跟踪器60记录靶球70的初始位置和姿态；
71.步骤e，控制待测机器人驱动负载部件在空间运动后再次运动到初始位置，激光跟踪仪60记录目标球70的最终位置和姿态。在目标球70的运动过程中，激光跟踪器60记录目标球70的实时轨迹。
72.步骤f，控制系统比较目标球70的初始位置和最终位置，得到位置偏差值，控制系统比较初始位置和最终位置，得到角度偏差值。当位置偏差值和角度偏差值都在控制系统设定的可接受范围内时，不需要对测试机器人进行标定；当位置偏差值或/和角度偏差值超出可接受范围时，进行步骤g；
73.步骤G，控制系统根据位置偏差值或/和角度偏差值调整机器人的运动，并再次执行步骤E和F，直到位置偏差值和角度偏差值都在可接受的范围内。
74.当采用本实施例时，通过激光跟踪器60、目标球70和控制系统的配合，可以快速、准确地获知待测工业机器人的初始位置、初始姿态、最终位置和最终姿态，并在获知这些数据后判断最终位置和最终姿态之间的偏差。当判断有偏差时，控制系统还可以结合目标球70的实时轨迹。快速调整机器人机械臂的运动，实现姿态和位置的快速调整。整个标定过程不需要工作人员多次调整和测试，大大提高了标定速度和精度。
75.上面已经描述的只是本发明的一个实施例，诸如具体技术方案和/或方案中已知的特征等常识在此不再描述。需要指出的是，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案的情况下，可以进行多种修改和改进，这也应视为本发明的保护范围，这些不会影响本发明的实施效果和本专利的实用性。技术要求的保护范围以权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式可以用来解释权利要求的内容。