一種基于雙拉線編碼器的平面位置測定及SCARA機(jī)器人末端誤差檢測的方法

侯昱輝

摘 ?要：測量技術(shù)與各個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展息息相關(guān)。近百年以來各行各業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，尤其是信息技術(shù)方面的迅猛發(fā)展對測量技術(shù)提出了更高的要求。測量技術(shù)的蓬勃發(fā)展更是大大提高了測試測量儀器的準(zhǔn)確性和效率，為科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了有力的保證。在精密機(jī)械，電子和微機(jī)電系統(tǒng)等行業(yè)中，對精密測量和定位的要求更是日益嚴(yán)格。如今，各種各樣的定位測量設(shè)備充斥著市場，二維光柵和三維測量機(jī)更是已在世界范圍內(nèi)廣泛使用，但是由于其價(jià)格昂貴以及需要學(xué)習(xí)如何使用支持軟件，它無疑提高了其使用的門檻。本文主要使用雙拉線編碼器組成直角坐標(biāo)系，以檢測SCARA機(jī)器人末端的錯(cuò)誤。

關(guān)鍵詞：測量技術(shù);雙拉線編碼器;笛卡爾坐標(biāo)系;末端誤差檢測

引言

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，測量技術(shù)對測量技術(shù)和測量設(shè)備提出了更高的要求，目前市場上廣泛使用的二位光柵和三維測量機(jī)價(jià)格昂貴且軟件學(xué)習(xí)成本大，上手較難。圖像處理容易丟幀且對設(shè)備的響應(yīng)速度要求極高否則會(huì)影響數(shù)據(jù)處理。

對機(jī)械設(shè)備的位置及速度檢測精度越來越要求嚴(yán)格，同時(shí)也對成本，安全性與可靠性方面也有更高的要求，本文采用雙拉線編碼器可以完善這些要求，以雙拉線編碼器為主要測量器件，通過數(shù)據(jù)采集板和上位機(jī)可以得到雙拉線編碼器的坐標(biāo)位置，同時(shí)該系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，能夠?qū)ξ恢眠M(jìn)行補(bǔ)償，精度更加準(zhǔn)確。

1 測量方法

1.1標(biāo)定笛卡爾直角坐標(biāo)系的位置

如下圖1所示，坐標(biāo)系標(biāo)定系統(tǒng)是由基板1、拉線編碼器2、旋轉(zhuǎn)臺(tái)部件3、直線軸承基座4、法蘭直線軸承5、鉸接部件6、數(shù)據(jù)采集板7、計(jì)算機(jī)8組成的，所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)部件3和所述的直線軸承基座4都通過螺栓固定在所述的基板1上，所述的鉸接部件6的軸末端裝配在所述的法蘭直線軸承5內(nèi)，所述的拉線編碼器2裝配在所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)部件3上。所述的兩拉線編碼器2通過數(shù)據(jù)線與所述的數(shù)據(jù)采集板7連接，所述的數(shù)據(jù)采集板7通過數(shù)據(jù)線與所述的計(jì)算機(jī)8連接。

如下圖2所示為測量原理圖，兩拉線編碼器之間的距離N使用光柵尺進(jìn)行標(biāo)定，且兩拉線編碼器旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)分別與鉸接點(diǎn)的距離L1、L2可以通過編碼器讀出，而后使用如下公式：

即可求出θ值，而后使用如下公式：

即可求出笛卡爾直角坐標(biāo)系中的x、y值。

所求出的x、y值 進(jìn)行反推，即為我們所設(shè)立的笛卡爾直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)。至此笛卡爾直角坐標(biāo)系的標(biāo)定完成。

1.2旋轉(zhuǎn)臺(tái)部件

旋轉(zhuǎn)臺(tái)部件3是由上轉(zhuǎn)臺(tái)、軸承、軸承基座組成的，所述的上轉(zhuǎn)臺(tái)的末端軸端和所述的軸承的內(nèi)圈配合，所述的軸承基座和所述的軸承的外圈配合，拉線編碼器通過螺栓固定在所述的上轉(zhuǎn)臺(tái)上面。

1.3鉸接部件

鉸接部件6是由上鉸接片、微型軸承、下鉸接片組成的，所述的上鉸接片的末端軸端和所述的微型軸承內(nèi)圈配合，所述的下鉸接片和所述的微型軸承外圈配合，所述的下鉸接片的末端軸端和法蘭直線軸承內(nèi)圈配合。

2 分辨率及精度確定

拉線編碼器使用市場上常用的高分辨率高精度款，常用的為，分辨率：0.003 mm/脈沖，精度：0.05%FS，再使用可對脈沖信號(hào)進(jìn)行四倍頻的數(shù)據(jù)采集板，可將分辨率提升至0.00075mm/脈沖，使得測量結(jié)果可達(dá)到微米級精度。

3 模擬試驗(yàn)

如下圖3所示，測量系統(tǒng)是由基板1、拉線編碼器2、旋轉(zhuǎn)臺(tái)部件3、鉸接部件6、數(shù)據(jù)采集板7、計(jì)算機(jī)8、SCARA機(jī)器人9組成的，所述的SCARA機(jī)器人9的末端與鉸接部件6的軸承內(nèi)圈配合，而后通過所述的計(jì)算機(jī)8調(diào)整所述的SCARA機(jī)器人9的末端高度使其與所述的拉線編碼器2的出線處保持在同一高度，所述的計(jì)算機(jī)8對所述的SCARA機(jī)器人9發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令，而后所述的拉線編碼器2會(huì)將測得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步傳送到所述的采集板7，而后所述的采集板7通過數(shù)據(jù)線傳送給所述的計(jì)算機(jī)8，將理論數(shù)據(jù)和實(shí)際測得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較即可得到SCARA機(jī)器人的末端運(yùn)動(dòng)誤差。

4 結(jié)論

采用此方法測得的SCARA機(jī)器人末端的圓度誤差達(dá)到微米級，較為精確。此外其相較于三坐標(biāo)測量機(jī)、激光跟蹤儀、高速視覺CDD等設(shè)備造價(jià)低廉和機(jī)械結(jié)構(gòu)較為簡單，容易上手操作。其缺點(diǎn)是使用對象單一。但是其研究意義還是非常重大，發(fā)展前景還是一片光明。

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